UNIVERSIDAD UTE
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
E INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MÁQUINA
EXPENDEDORA DE MEDICINAS DE VENTA LIBRE PARA LA
FARMACIA EL DESCUENTO “VIDA NUEVA”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA
CARLOS SANTIAGO VALLE ABRIL
DIRECTOR: ING. MIGUEL SÁNCHEZ MSc
© Universidad UTE 2019
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1721524351
APELLIDO Y NOMBRES: Valle Abril Carlos Santiago
DIRECCIÓN: Sozoranga S13-242 y Japerabi
EMAIL: santovabril@hotmail.com
TELÉFONO FIJO: 022621484
TELÉFONO MOVIL: 0998282393
DATOS DE LA OBRA
TITULO: Diseño e implementación de una
máquina expendedora de medicinas de venta libre para la farmacia el descuento
“Vida Nueva” AUTOR O AUTORES: Carlos Santiago Valle Abril FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: 06/06/2019
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
Ing. Miguel Sánchez
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero en mecatrónica
RESUMEN: Mínimo 250 palabras Una de las formas de venta más utilizadas y lucrativas en el mundo son las máquinas expendedoras de medicina. Gracias a su gran variedad complace a distintos tipos de mercado siendo estos: alimenticios, farmacéuticos, tecnológicos. En el presente proyecto se detalla el diseño y construcción de una máquina expendedora de medicina de venta libre, tomando en cuenta que en el país no existen las referidas máquinas expendedoras. El objetivo de la farmacia solicitante es obtener una máquina funcional para el expendio de medicinas de gran consumo diario, evitando así
aglomeraciones, que generen posibles pérdidas para la farmacia si los clientes deciden realizar la compra en otro establecimiento. Adicional, la máquina expendedora tiene la ventaja de encontrarse disponible las 24 horas del día los 365 días del año con un mantenimiento preventivo adecuado. Para la construcción de este proyecto se utilizó dos mecanismos de empuje, el primero mediante eslabones para las medicinas que se encuentran recubiertas por un blíster y el segundo mediante resorte para medicinas de mayor dimensión. La máquina obtenida cumple con todos los requerimientos funcionales y técnicos propuestos al inicio del proyecto; es capaz de validar, almacenar y dar cambio de la venta; capaz de expender 4 tipos diferentes de medicinas seleccionadas por el encargado farmacéutico (Apronax, Buscapina Tonwas, Salt Andrews), notificar a la persona encargada de la farmacia mediante una aplicación que el producto se está acabando y restringir la venta de medicamentos cuando se excede la dosis diaria recomendada (controlado por el número de cédula). También dispone de una pantalla táctil donde se podrá seleccionar y visualizar el medicamento, y su dosificación diaria lo cual facilitará la interacción entre la máquina y el cliente.
PALABRAS CLAVES: Máquina expendedora, farmacia, medicamento venta libre, validar cédula,
restricción.
construction of an over-the-counter medicine vending machine is detailed, and also in the country there are no such vending machines. The aim of the pharmacy is to obtain a functional machine for the expenditure of daily high consumption medicines, thus avoiding crowds, which generate possible losses for the pharmacy if the clients decide to make the purchase in another place. Additionally, the vending machine has the advantage of being available 24 hours a day, 365 days a year with adequate preventive maintenance. For the construction of this project, two push mechanisms were used, the first using links for medicines that are covered by blister and the second by means of a spring for medicines of greater dimension. The machine meets all the requirements. It is able to validate, store and give change of the sale; able to expense 4 different types of medicines selected by the pharmacist (Apronax, Buscapina, Tonwas, Salt Andrews), notify the person in charge of the pharmacy through an application that is the product that is running out and restricted the sale of medicines when the recommended daily dose is exceeded (controlled by the ID number). It also has a touch screen where you can select and view the medication, and its daily dosage to facilitate the interaction between the machine and the client.
KEYWORDS Vending machine, drug store, over-the-counter medicine, certificate validation, restriction.
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:__________________________________________ VALLE ABRIL CARLOS SANTIAGO
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, VALLE ABRIL CARLOS SANTIAGO, CI 1721524351 autor/a del proyecto titulado: Diseño e implementación de una máquina expendedora de medicinas de venta libre para la farmacia el descuento “VIDA NUEVA” previo a la obtención del título de INGENIERO EN MECATRÓNICA en la Universidad UTE.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad UTE a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, 05 de junio 2019
f:__________________________________________ VALLE ABRIL CARLOS SANTIAGO
CARTA DE AUTORIZACIÓN
Quito, 05 de junio 2019
Yo, INÉS DEL CARMEN ABRIL MAYORGA con cédula de identidad N.- 1801853225 en calidad de Propietaria de la Farmacia “Vida Nueva” autorizo a VALLE ABRIL CARLOS SANTIAGO, realizar la investigación para la elaboración de su proyecto de titulación “Diseño e Implementación de una máquina expendedora de medicinas de venta libre para la farmacia el descuento VIDA NUEVA”, basada en la información proporcionada por la compañía.
f:__________________________________________ ABRIL MAYORGA INES DEL CARMEN
DECLARACIÓN
Yo VALLE ABRIL CARLOS SANTIAGO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad UTE puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño e implementación de una máquina expendedora de medicinas de
venta libre para la farmacia el descuento VIDA NUEVA”, que, para aspirar al título de Ingeniero en Mecatrónica fue desarrollado Carlos Santiago Valle Abril bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27 y 28.
___________________
Ing. Miguel Sánchez
DEDICATORIA
El siguiente trabajo de Tesis, lo quiero dedicar principalmente a Dios, por haberme permitido llegar hasta este punto de mi vida profesional y tener a
mis padres a mi lado.
A mi padre Marcelo Valle, quien, con su ejemplo, amor, apoyo incondicional y confianza, me ayudo a ser un hombre correcto y llegar a lograr este éxito
en mi vida, te amo papito.
A mi madre Inés Abril, quien, con su ayuda, apoyo en los momentos mas difíciles de mi vida, esfuerzo y sacrificio por mí y por mi hermano, eh llegado
tan lejos, te amo madrecita.
A mi hermano Bryan Valle, quien, con su amistad, amor y ayuda, supo estar a mi lado cuando más lo necesitaba, te amo hermanito.
Porque ellos son lo más importante y por ellos soy quien soy ahora.
Y a todas las personas que fueron parte de este camino que recién empieza, en especial a Evelyn Pallasco quien me supo dar ese apoyo incondicional
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ... 1
ABSTRACT ... 2
1. INTRODUCCIÓN ... 2
2. METODOLOGÍA ... 7
2.1. ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS ... 9
2.2. ESTRUCTURA GENERAL ... 11
2.3. ESTRUCTURA INTERNA ... 11
2.4. FUNCIONALIDAD DEL SISTEMA ... 12
2.5. PROCESO FUNCIONAL ... 14
2.6. DISEÑO MECÁNICO ... 16
2.7. DISEÑO ELECTRICO-ELECTRÓNICO ... 24
2.7.1. CIRCUITO ELÉCTRICO ... 24
2.7.2. DIAGRAMA ELECTRÓNICO DEL SISTEMA ... 25
2.7.3. SELECCIÓN DE MOTORES ... 28
2.7.4. DISEÑO DE LA PLACA PCB ... 28
2.7.5. CONSUMO ELÉCTRICO ... 29
2.8. DISEÑO DE CONTROL ... 30
2.8.1. DIAGRAMA DE FLUJO DE SOFTWARE ... 30
2.8.2. SELECCIÓN DEL CONTROLADOR ... 34
2.8.3. SELECCIÓN DEL LECTOR ÓPTICO ... 35
2.8.4. DISPOSITIVOS DE VALIDACIÓN Y CAMBIO DE DINERO .... 36
2.8.5. SENSORES ... 37
2.8.6. APLICACIÓN MÓVIL ... 37
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 39
3.1. RESULTADOS ... 40
3.2. PRESENTACIÓN DE LOS COSTOS ... 40
3.3. PRUEBAS DEL SISTEMA DE VENTA AUTOMÁTICA ... 41
3.3.1. SISTEMA DE COBRO (VALIDADOR) ... 41
3.3.2. SISTEMA DE CAMBIO (HOPPER) ... 43
3.4. PRUEBAS SISTEMA DE LECTURA DE CODIGO DE BARRAS ... 44
ii
PÁGINA
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 46
4.1. CONCLUSIONES ... 47
4.2. RECOMENDACIONES ... 48
iii
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Calibres y diámetros de alambres de resortes ... 20
Tabla 2. Dimensionamiento de elementos internos ... 21
Tabla 3. Consumo mensual máquina expendedora ... 30
Tabla 4. Comparativa entre sistemas de identificación ... 35
Tabla 5. Sistemas de pago vending ... 36
Tabla 6. Comparación tecnologías de comunicación inalámbrica. ... 37
Tabla 7. Costos de los elementos de la máquina expendedora. ... 40
Tabla 8. Resultado de pruebas envío de señal de control ... 42
Tabla 9. Resultados de validación de monedas ... 42
Tabla 10. Resultados conteo de monedas expulsadas por el controlador .. 43
Tabla 11. Resultados cantidad de monedas expulsadas. ... 44
Tabla 12. Resultados cantidad de monedas expulsadas prueba 2 ... 44
Tabla 13. Resultados de la prueba con lector de código de barras ... 44
Tabla 14. Prueba de funcionamiento continuo expendio ... 45
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Máquina expendedora Coca Cola. ... 4
Figura 2. Dispensador automático de medicamentos R1000 ... 5
Figura 3. Máquina Expendedora de Cupcakes ... 6
Figura 4. Modelo en V ... 8
Figura 5. Requerimientos de la máquina expendedora ...10
Figura 6. Estructura general de la máquina expendedora. ...11
Figura 7. Diagrama interno de bloques. ...12
Figura 8. Funcionalidad del sistema. ...13
Figura 9. Proceso funcional etapa 1. ...14
Figura 10. Proceso funcional etapa 2. ...15
Figura 11. Mecanismo de empuje. ...16
Figura 12. Reacciones en el mecanismo de empuje. ...16
Figura 13. Motor y caja reductora para resorte ...18
Figura 14. Notación de longitudes y fuerzas. ...18
Figura 15. Diagramas fuerza y momento de viga en voladizo ...19
Figura 16. Deflexión viga en voladizo ...19
Figura 17. Distribución de elementos internos en despliegue de caja metálica. ....21
Figura 18. Carcasa máquina expendedora. ...23
Figura 19. Distribución elementos internos en la máquina expendedora ...23
Figura 20. Distribución elementos internos en la puerta de la máquina expendedora ...24
Figura 21. Esquema alimentacion eléctrica. ...25
Figura 22. Conexiones del microcontrolador ATMEGA328P. ...26
Figura 23. Diagrama de alimentación eléctrica...26
Figura 24. Motores con conexión al microcontrolador. ...27
Figura 25. Sensores y módulos con conexión al microcontrolador. ...27
Figura 26. PCB circuito electrónico ...29
Figura 27. Placa electrónica de control ...29
Figura 28. Funcionamiento diagrama de flujo ...31
Figura 29. Página principal interfaz gráfico. ...32
Figura 30. Página del menú interfaz gráfico. ...32
Figura 31. Mensaje de restricción para dosificación diaria. ...33
Figura 32. Página de presentacion del medicamento. ...33
Figura 33. Comparativa raspberry Pi. ...34
Figura 34. Página principal app expendedora farmacia vida nueva...38
Figura 35. Notificación de reponer producto ...39
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ÍNDICE DE ANEXOS
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RESUMEN
Una de las formas de venta más utilizadas y lucrativas en el mundo son las máquinas expendedoras de medicina. Gracias a su gran variedad complace a distintos tipos de mercado siendo estos: alimenticios, farmacéuticos, tecnológicos. En el presente proyecto se detalla el diseño y construcción de una máquina expendedora de medicina de venta libre, tomando en cuenta que en el país no existen las referidas máquinas expendedoras. El objetivo de la farmacia solicitante es obtener una máquina funcional para el expendio de medicinas de gran consumo diario, evitando así aglomeraciones, que generen posibles pérdidas para la farmacia si los clientes deciden realizar la compra en otro establecimiento. Adicional, la máquina expendedora tiene la ventaja de encontrarse disponible las 24 horas del día los 365 días del año con un mantenimiento preventivo adecuado. Para la construcción de este proyecto se utilizó dos mecanismos de empuje, el primero mediante eslabones para las medicinas que se encuentran recubiertas por blíster y el segundo mediante resorte para medicinas de mayor dimensión. La máquina obtenida cumple con todos los requerimientos funcionales y técnicos propuestos al inicio del proyecto; es capaz de validar, almacenar y dar cambio de la venta; capaz de expender 4 tipos diferentes de medicinas seleccionadas por el encargado farmacéutico (Apronax, Buscapina Tonwas, Salt Andrews), notificar a la persona encargada de la farmacia mediante una aplicación que el producto se está acabando y restringir la venta de medicamentos cuando se excede la dosis diaria recomendada (controlado por el número de cédula). También dispone de una pantalla táctil donde se podrá seleccionar y visualizar el medicamento, y su dosificación diaria lo cual facilitará la interacción entre la máquina y el cliente.
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ABSTRACT
One of the most used and lucrative forms of sale in the world are medical vending machines. Thanks to its great variety, it pleases different types of market such as these: food, pharmaceutical, technological. In the present project the design and construction of an over-the-counter medicine vending machine is detailed, and also in the country there are no such vending machines. The aim of the pharmacy is to obtain a functional machine for the expenditure of daily high consumption medicines, thus avoiding crowds, which generate possible losses for the pharmacy if the clients decide to make the purchase in another place. Additionally, the vending machine has the advantage of being available 24 hours a day, 365 days a year with adequate preventive maintenance. For the construction of this project, two push mechanisms were used, the first using links for medicines that are covered by blister and the second by means of a spring for medicines of greater dimension. The machine meets all the requirements. It is able to validate, store and give change of the sale; able to expense 4 different types of medicines selected by the pharmacist (Apronax, Buscapina, Tonwas, Salt Andrews), notify the person in charge of the pharmacy through an application that is the product that is running out and restricted the sale of medicines when the recommended daily dose is exceeded (controlled by the ID number). It also has a touch screen where you can select and view the medication, and its daily dosage to facilitate the interaction between the machine and the client.
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Los negocios farmacéuticos han incrementado sus ventas rápidamente en estos años, y la medicina se ha convertido en un producto indispensable para la salud de las personas, siendo este de consumo masivo en las ciudades (Freire & Places, 2014).
Debido al gran consumo de medicamentos de venta libre, en la farmacia el descuento “Vida Nueva”, el personal no es suficiente para la venta cuando el establecimiento se encuentra con gran afluencia de clientela, lo cual causa pérdidas en ventas para el negocio.
El problema planteado, inicia al no existir el espacio físico, ni la cantidad necesaria de personal para la atención de la misma, por lo que se ve en la necesidad de solicitar un sistema que pueda distribuir medicina de venta libre automáticamente.
El desarrollo de máquinas expendedoras se encuentra en crecimiento a nivel mundial, sobre todo en países en los que no se ha desarrollado el sistema del vending (sistema de ventas por medio de máquinas expendedoras) como un punto primordial para el crecimiento económico (BCC Research, 2016).
Existen numerosos tipos de máquinas vending, desde expendedoras de chicles hasta expendedoras de autos. El sistema vending ayuda de forma importante al crecimiento de pequeñas empresas, generando un ingreso económico extra. Se las encuentran de diferentes tipos como son mecánicas, automáticas o controladas remotamente por un operador (Polo, 2015).
Las expendedoras mecánicas, se manejan con mecanismos internos diseñados específicamente para la distribución del producto y cobro de una cantidad exacta de dinero. A diferencia de éstas, las expendedoras electrónicas pueden distribuir diferentes tipos de productos, son capaces de dar cambio, o a su vez realizar cobros con tarjetas de crédito, débito y en la actualidad se puede pagar con un celular mediante NFC (GESVENDING, 2017).
Tanto su estructura, dispositivos internos y sistemas de cobro se deben adaptar con todos los usos y entornos en los que se puede desenvolver. Como ejemplo, si va a estar expuesto al aire libre, debe tener protección contra el polvo y el agua, para así proteger la integridad de los productos internos. Su sistema de cobro debe ser capaz de entregar cambio exacto y despachar la cantidad correcta de producto requerida por el cliente.
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Un diseño diferente que implanto la empresa Coca Cola fue una máquina expendedora de bebidas mostrada en la figura 1, esta utiliza coordenadas cartesianas y mediante rieles, ayudan al desplazamiento de un contenedor hacia la ubicación del producto. Una cinta transportadora desplaza la botella hacia el contenedor, al caer lo lleva a una compuerta donde el cliente puede recogerla.
Figura 1. Máquina expendedora Coca Cola. (Coca Cola, 2017)
El crecimiento y demanda del mercado farmacéutico en los últimos años a nivel mundial va en aumento según la consultora “Evaluate”. La carrera por la supervivencia en el mercado farmacéutico parece estar lejos de detenerse en los próximos años. Para el año 2022 las ventas del sector, únicamente en lo referente a medicamentos con prescripción, llegarán a los 932.934 millones de euros (Contento, 2018).
En distintas partes del mundo se han desarrollado varios sistemas automáticos para la venta de medicamentos, en su mayoría que no contengan sustancias psicotrópicas, con la finalidad de poder aumentar las ventas y dar al consumidor una forma accesible de compra de medicamentos sin necesidad de ir a una farmacia.
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Figura 2. Dispensador automático de medicamentos R1000 (TECNA, 2015)
El problema del dispensador automático de medicamentos R1000 es que fue desarrollado para la entrega automática de medicamentos, los cuales fueron recetados por un médico, mas no para que el cliente seleccione y compre el medicamento que necesite.
Colombia, un país donde en la actualidad está en crecimiento el negocio de las máquinas expendedoras, ha puesto interés en los desarrollos de expendedoras de medicinas (INNSSA, 2016).
La empresa INSSA distribuye una dispensadora automática de medicamentos que controla con la huella digital de sus clientes evitando fraudes y agilitando el proceso de entrega de medicina.
El problema de esta máquina es que al usuario no se le permite comprar libremente; por el contrario, éste tiene que registrarse en el sistema y se le expenderá la receta a él asignada.
Estados Unidos, un país desarrollado con la mayor cantidad de máquinas expendedoras en el mundo, también ha incursionado en el expendio de medicina, pero solo bajo receta médica. InstyMeds distribuye máquinas expendedoras de medicamentos recetados la cual tiene la función de receptar las prescripciones escritas y según la lectura del código de barras distribuye los medicamentos específicos recetados, esta máquina solo permite pagar y retirar el medicamento, mas no seleccionar y hacer una compra libre para el usuario.
En el Ecuador no se ha desarrollado el mercado de máquinas expendedoras, porque la mayoría de estas se las debe importar de otros países.
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desciende hacia una compuerta, donde el cliente puede recoger su producto. Esta máquina tiene una capacidad para 56 cupcakes y cuenta con un sistema de cobro convencional que acepta solo la cantidad exacta de dinero, figura 3.
Figura 3. Máquina Expendedora de Cupcakes (Freire & Places, 2014)
El presente proyecto ejecutó un análisis técnico y metodológico de proyectos desarrollados en otros países, como máquinas expendedoras de alimentos, medicamentos y productos hospitalarios. Se efectuó un análisis de las expendedoras de medicinas existentes y sus principales funciones, con el fin de obtener un sistema conveniente para la actividad aquí planteada.
Se revisó sus sistemas de control, comunicación, estructura y equipamiento, se seleccionó estos elementos de acuerdo con los requerimientos planteados por los solicitantes del proyecto como: los medicamentos, la cantidad de medicamento almacenado para el expendio, tipo de comunicación para el control del stock, forma de control de la identificación del cliente, presentación del producto al consumidor y su estructura física.
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El objetivo general del presente trabajo de titulación se describe:
Diseñar e Implementar una máquina expendedora de medicinas para la farmacia El Descuento “Vida Nueva”.
Y enfocado en el objetivo general, se describe los objetivos específicos:
Diseñar el sistema mecánico, eléctrico y de control para la máquina expendedora de medicinas de venta libre.
Programar un sistema de control de dosificación mediante la identificación del cliente que permita limitar la cantidad de medicina que se va a expender.
Implementar una interfaz (HMI) que permita la visualización, descripción y dosificación del medicamento.
Crear una aplicación móvil que notifique la cantidad de medicamento existente al dueño, durante su permanencia en la farmacia.
Verificar y validar el funcionamiento de la máquina expendedora de medicamento de venta libre.
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El presente proyecto va a hacer uso del modelo en V para el diseño de prototipos mecatrónicos.
Modelo en V
“El modelo en V relaciona las actividades de prueba con el análisis y el diseño del prototipo. Sus aplicaciones principales son ingeniería de software, robótica, sistemas embebidos de control automático y productos de TIC en general”(Sánchez, 2017). En la figura 4 se puede visualizar el modelo en V para el diseño de la máquina expendedora.
Figura 4.Modelo en V
Esta metodología se la va a demostrar en los siguientes pasos:
Requerimientos
Se desarrollaron los requerimientos teniendo en cuenta, que la máquina debe cumplir determinadas funciones tales como: recibir monedas detectando que no sean falsas mediante un módulo de reconocimiento, poseer la capacidad de dar cambio automáticamente cuando se coloque una cantidad superior al valor del producto a comprar, expender la medicina seleccionada (liquida mediante frasco, sobres y pastillas), según el stock de la farmacia. Adicional, tendrá que tener un sistema de identificación para que las personas no puedan adquirir más de la cantidad diaria recomendada.
Diseñogeneral del sistema
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expendido, con una interfaz visual que permita realizar la compra del producto seleccionado.
Diseño Específico
Como se puede observar en la figura 4 se establece 3 dominios.
Diseño mecánico: Se definió la estructura de la máquina expendedora según el lugar donde se la va a ubicar sea el caso dentro o fuera de la farmacia. Se debe distribuir de forma adecuada para la ubicación y conservación de los medicamentos, considerando que no exista algún riesgo de cortocircuito o calor excesivo que afecte a la medicina que se va a expender.
Diseño eléctrico-electrónico: se analizó el consumo eléctrico de todos los sistemas que se van a integrar como el de cobro, identificación, placa de control, drivers de motores. Se integró un trasformador con múltiples derivaciones de voltaje que permiten alimentar los elementos internos de la máquina expendedora.
Diseño del interfaz de control: Se seleccionó un controlador para la interfaz gráfica que permite integrar todos los elementos de la máquina expendedora. La interfaz permite interactuar con el operador al momento de la compra. El sistema envía una notificación hacia una aplicación para que el dueño se entere cuando un producto esté próximo a terminarse en la máquina expendedora.
Integración de los sistemas: En esta etapa se integró el sistema de cobro, cambio, identificación, expendio y de control. Para analizar su comportamiento en conjunto, se realizaron pruebas de funcionamiento por etapas previo a esta integración.
Validación de propiedades: Se realizaron pruebas de funcionamiento para evidenciar el cumplimiento de los objetivos planteados, tomando en cuenta y corrigiendo errores que se puedan producir al momento de la operación. Se revisó el cumplimiento de los requerimientos y del diseño conceptual. Las pruebas se realizaron a cada sistema, la primera al sistema de cobro y cambio, seguido del sistema de identificación y por último al funcionamiento continuo de la máquina expendedora.
2.1. ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
Con base en las exigencias técnicas de la máquina expendedora se planteó el diagrama de requerimientos. La máquina debió ser anclada a una pared dispuesta por la farmacia “El descuento Vida Nueva”.
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por los clientes y las más acordes a los precios de los medicamentos seleccionados para la máquina expendedora.
La visualización de la dosificación y descripción del producto se deberá efectuar en una pantalla, para conceder más información al cliente.
El sistema debe poseer una comunicación inalámbrica hacia un celular, mediante una aplicación que notifique cuando el medicamento está próximo a agotarse, de esta manera el dueño podrá realizar la reposición de unidades.
Para controlar el consumo excesivo de medicamentos, se incluirá un sistema de identificación, acordándose el uso de la cédula de ciudadanía. Así, se podrá limitar la compra de medicamentos a una sola vez por persona diariamente.
La máquina debe ser capaz de expender cuatro medicamentos designados por el solicitante en cuestión, siendo estos los más vendidos según el certificado proporcionado por la farmacia. Esto se puede evidenciar en el
anexo 1, donde se muestran los 8 productos de mayor venta mensual. Se deberá escoger un sistema que permita el expendio para estos productos (dimensiones, tipo de accionamiento para el expendio).
Los requerimientos están resumidos en la figura 5:
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Con el objetivo de obtener datos para el diseño de la interfaz gráfica se procedió a analizar los medicamentos a expender. Ver Anexo 2.
2.2. ESTRUCTURA GENERAL
Descripción de la estructura general de la máquina expendedora:
En la figura 6 se observa los elementos internos de la máquina expendedora de medicinas, mismos que no se pueden desacoplar, cuyo funcionamiento es coordinado.
La fuente de voltaje fue alimentada por corriente alterna. Será utilizada para la alimentación de los motores de expendio, servomotores, la tarjeta de control y el sistema de cambio.
Los actuadores permiten el expendio de la medicina. Se utilizaron dos motores DC adaptados a un espiral y dos servomotores para el empuje del blíster de medicamento.
La pantalla permite la interacción con el cliente.
Figura 6. Estructura general de la máquina expendedora.
El sistema de identificación. El cliente se identificará por medio de la lectura del código de barra de la cédula de identidad.
El entorno gráfico se controló mediante un Raspberry Pi.
El microcontrolador ATmega 328P es capaz de enviar y recibir órdenes, analiza datos y configura los procesos de venta de la máquina expendedora.
2.3. ESTRUCTURA INTERNA
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Figura 7. Diagrama interno de bloques.
La carcasa metálica va a contener todos los componentes internos de la máquina expendedora.
La alimentación AC suministra energía al controlador gráfico y al microcontrolador.
Se colocó el controlador gráfico, el cual va conectado el lector de código de barras y la pantalla touch.
Al microcontrolador se conectó al validador de monedas, Hopper de cambio, módulo bluetooth, servomotores, motores DC y los sensores infrarrojos, éste será el que controle los procesos de expendio.
Los servomotores y motores DC controlan los mecanismos de dosificación.
2.4. FUNCIONALIDAD DEL SISTEMA
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Figura 8. Funcionalidad del sistema.
Descripción de la funcionalidad del sistema:
El cliente solo va a tener acceso a la interfaz gráfica con la que va a interactuar.
Las principales funciones habilitadas son: primero, escanear de cédula de ciudadanía que permite el acceso al menú de productos, segundo selección del producto del menú, tercero pago del mismo y cuarto retiro del producto seleccionado.
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2.5. PROCESO FUNCIONAL
El proceso funcional de la máquina expendedora se representa en la figura 9.
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El proceso comienza con el encendido de la máquina, si existiera algún problema en el sistema, se procederá a llamar al técnico para su reparación. En caso de que todo sea correcto al encender, iniciará el proceso de venta.
El cliente tendrá que escanear su cédula de identidad, el microcontrolador compara si el numero escaneado pertenece a una cédula de identidad, si no es válida le pedirá escanear de nuevo y si es válida ingresará al menú.
En el menú del sistema se puede ver el producto que se desea adquirir. El microcontrolador emitirá un mensaje informando al cliente si el producto ya fue adquirido con anterioridad el mismo día impidiéndole hacer una nueva compra, caso contrario se procederá a hacer la venta del producto requerido.
Para realizar la compra se solicitará el ingreso del dinero requerido (figura 10). El microcontrolador compara el dinero ingresado con el precio del producto a expender, si el valor ingresado es menor al precio indicado, el cliente no podrá realizar la compra hasta que ingrese el precio justo. Si el valor descrito es mayor o igual al precio del producto se procederá a la activación de los motores de expendio y del Hopper de cambio.
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Por último, se verifica si todavía hay stock, si no es así el microcontrolador envía una notificación a la aplicación del celular del dueño.
2.6. DISEÑO MECÁNICO
Para dispensar los medicamentos de mayor tamaño (Tonwas y Salt Andrews) se determinó el uso de un mecanismo de motor-resorte y para los de menor tamaño (Buscapina y Apronax) por su presentación en tabletas, se utilizó un mecanismo de empuje.
En el motor que se acopla al mecanismo de empuje de blisters, se utilizó un servomotor, el cual necesita un control preciso de grados de giro para trasladarse (90 grados para dispensar un producto), en la figura 11 se observa el mecanismo diseñado con sus respectivas medidas.
Figura 11. Mecanismo de empuje.
El servomotor se seleccionó de acuerdo con el torque necesario para realizar el empuje del blíster. El peso tanto de la Buscapina como de la Apronax es de 29.4mN. Se realizó un análisis de las fuerzas en cada punto de unión por cada eslabón, figura 12.
17 Eslabón 1
𝛴𝑓𝑥 = 0
𝐹1 − 𝐹2 = 0
𝐹2 = 29.4𝑚𝑁
Eslabón 2
𝐹2 = 𝐹3
𝛴𝑓𝑥 = 0
𝐹3 − 𝐹4 = 0
𝐹4 = 29.4𝑚𝑁
Eslabón 3
𝐹4 = 𝐹5
𝐹5 = 29.4𝑚𝑁
Torque en eslabón 3
𝑇 = 𝐹5𝑥𝐿3
𝑇 = 29.4𝑚𝑁𝑥0.0485𝑚
𝑇 = 1.4259𝑥10−3𝑁. 𝑚
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Figura 13. Motor y caja reductora para resorte
De acuerdo con las dimensiones de los productos que van a ser colocados entre los resortes, se dimensionaron los mismos. Para la ampolleta bebible de Tonwas con un diámetro de 25mm y un peso de 19g por ampolleta, considerando una tolerancia de 1mm por lado, se obtiene un paso entre cada espiral de 27mm.
Para la selección del calibre del alambre que se va a utilizar en la fabricación del resorte, se realizó el cálculo, utilizandola notación de longitudes y fuerzas de la figura 14.
Figura 14. Notación de longitudes y fuerzas. (Mott, 2008)
Donde:
𝐿𝑓= 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝐿𝑖𝑏𝑟𝑒
𝐿𝑠 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑖𝑑𝑎
𝐿𝑜= 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑂𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝐿𝑖 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎
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Para calcular la longitud libre del resorte se utilizó la siguiente formula que relaciona el paso (p), la longitud libre (𝐿𝑓) y el número de espiras (Na), el promedio de venta diaria es de 10 productos con una tolerancia de +/- 1, se escoge el valor mínimo:
𝐿𝑓 = 𝑝(𝑁𝑎 + 1) [1]
𝐿𝑓 = 27(9 + 1)
𝐿𝑓 = 270𝑚𝑚
El resorte que sirve de empuje para las ampolletas se diseñó como una pequeña viga, la cual va a soportar el peso de la ampolleta. La longitud de la viga será el radio del resorte L=25mm y se asumirá la menor deformación posible, esta será de δ=0.001mm. Se desarrolló un análisis de fuerza y momento como se indica en la figura 15.
Figura 15. Diagramas fuerza y momento de viga en voladizo
Utilizando las fórmulas de deformación de una viga en voladizo mostrado en la figura 16, se encontró el diámetro mínimo para la fabricación del resorte:
20 δmax =−𝑃𝐿3
3𝐸𝐼 [2]
𝑃 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝐿 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑
𝐸 = 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
𝐼 = 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 𝑆𝑒𝑐𝑐𝑖𝑛 𝐶𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟
1𝑥106𝑚 = −(−1.86𝑁) ∗ (0.025
3)𝑚3
3 ∗ 189.6 𝐺𝑃𝑎 ∗𝜋 ∗ 𝐷64 4
𝐷 = 6𝑥10−6𝑚 = 0.006 𝑚𝑚
Uno de los metales más utilizados para la elaboración de resortes para máquinas expendedoras es el acero, con un módulo de elasticidad E=189.6GPa.
Según el diámetro de alambre que se obtuvo en los cálculos y tomando en cuenta que el diámetro es muy pequeño, se escogerá un calibre que permita el empuje de las ampolletas de la tabla 1.
Tabla 1. Calibres y diámetros de alambres de resortes
Calibre num, Calibre U.S. para alambre de acero (pulg) Calibre para alambre de instrumentos musicales (pulg) Calibre Brown $ Sharpe (pulg) Diámetros métricos preferidos (mm)
0 0.3065 0.009 0.3249 8.0
1 0.2830 0.010 0.2893 7.0
2 0.2625 0.011 0.2576 6.5
3 0.2437 0.012 0.2294 6.0
4 0.2253 0.013 0.2043 5.5
5 0.2070 0.014 0.1819 5.0
6 0.1920 0.016 0.1620 4.8
7 0.1770 0.018 0.1443 4.5
8 0.1620 0.020 0.1285 4.0
9 0.1483 0.022 0.1144 3.8
(Mott, 2008)
Se escogió el calibre 6 para alambre de acero, por cuanto este permitió el empuje, sin que la ampolleta caiga y resbale al momento del desplazamiento.
En esta etapa del proyecto se realizó un análisis geométrico y mecánico. Se
21
Para diseñar la carcasa metálica se sumó el volumen de cada elemento, como se especifica en la tabla 2, en ésta se representó las dimensiones y el volumen total de sus componentes; para así diseñar una estructura sin que se interpongan entre sí, mediante una distribución adecuada de los mismos.
Tabla 2. Dimensionamiento de elementos internos No. Elemento Dimensiones (BxAxP)
(mm)
Volumen (mm3)
1 máquina de cambio (hopper)
138x370x80 4084800
2 motor 1 y resorte 1 350x92.4x65 2102100
3 motor 2 y resorte 2 350x92.4x65 2102100
4 servomotor 1 y canal 1 (43.4x24.66x50)-(41.6x289.6x34)
463122.44
5 servomotor 2 y canal 2 (43.4x24.66x50)-(41.6x289.6x34)
463122.44
6 caja para circuitería 270x150x60 2430000
7 validador de monedas 115x136x63 985320
8 pantalla touch 164,9x100x5,7 93993
9 lector de código de barras 69x22x49 74382
10 colector de monedas 150x80x187.7 2252400
11 colector de producto 86x63x207 1121526 16172865,88
El volumen total a utilizar es de 16172865,88 mm3, con este dato se diseñó una carcasa capaz de almacenar todos los elementos y acogerse a las dimensiones de la pared especificada por la farmacia para la ubicación de la máquina expendedora de acuerdo con la tabla 2.
En la figura 17 se representa la distribución de los elementos internos de la máquina:
22
Con la distribución y las dimensiones que se observan en la gráfica anterior, se construyó la carcasa metálica (Anexo 4) con tool acero laminado al frio,un material metálico con mayor dureza que los aceros estándar. Posee resistencia contra la tensión de rotura y contra la deformación debido al endurecimiento mecánico.
El mismo material se utilizó en las chapas metálicas exteriores. Adicional, este material no se encuentra prohibido por el Reglamento Sanitario del Ecuador en el Art.36 que cita “Los productos se colocarán en pallets en buen estado, de madera, plástico o aluminio, a una altura de 150 a 200 mm del piso y adecuadamente espaciados entre sí, a fin de permitir la limpieza e inspección. El establecimiento deberá contar con un procedimiento operativo para el apilamiento, sobre los pallets, de los cartones que contienen productos, a fin de evitar que exista sobrepeso y se maltraten o afecten sus envases secundarios y primarios”(Ministerio de Salud Pública del Ecuador, 2013).
El referido acero fue utilizado por cuanto no entró en contacto directo con ningún producto farmacéutico, pues los mismos se encuentran recubiertos por blisters, sobres y ampolletas plásticas, aislantes estos que no permiten que el medicamento entre en contacto con el metal y por lo mismo no es fuente contaminante, respetando así el Reglamento BPADT (Buenas Prácticas de Almacenamiento, Distribución y Transporte) para Establecimientos Farmacéuticos del Ecuador.
El tool acero laminado al frio recubrirá las capas exteriores de la máquina dándole a los elementos internos protección contra la corrosión y un diseño exterior estético de bajo coste, resistente y con buenas cualidades mecánicas. También se consideró este material, debido a su alta resistencia capaz de soportar los esfuerzos que puede provocar el peso en conjunto de los elementos internos de la máquina, tanto como los esfuerzos normales, axiales y tangenciales que se puedan producir sobre la estructura.
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Figura 18. Carcasa máquina expendedora.
Posterior al diseño se procedió a la construcción de la estructura de la máquina expendedora como se muestra en la figura 19, que define la parte interna de la carcasa.
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En la parte posterior de la puerta se colocó: la pantalla touch, el validador de monedas, el lector de código de barras y, el contenedor de producto y cambio. Figura 20.
Figura 20. Distribución elementos internos en la puerta de la máquina expendedora
2.7. DISEÑO ELECTRICO-ELECTRÓNICO
2.7.1. CIRCUITO ELÉCTRICO
Para el funcionamiento de las tarjetas de control se graficó el esquema eléctrico (Figura 21). En este se puede observar la alimentación de 110 VAC con la conexión a línea y neutro. Conectadas a estas se colocó dos transformadores:
El primer transformador para la tarjeta de control (TTC) reduce el voltaje de 110VAC a 12VAC con un amperaje de 2A, posterior se conecta a un rectificador para obtener 12VDC. La tarjeta de control consume 460 mA lo cual justifica la utilización de este transformador.
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Figura 21. Esquema alimentacion eléctrica.
La tarjeta de control gráfica dispone de un interruptor NA (-S) el cual corta la alimentacion eléctrica.
2.7.2. DIAGRAMA ELECTRÓNICO DEL SISTEMA
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Figura 22. Conexiones del microcontrolador ATMEGA328P.
La alimentación eléctrica para el microcontrolador, motores, sensores y el módulo de comunicación se observa en la figura 23.
Figura 23. Diagrama de alimentación eléctrica.
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Figura 24. Motores con conexión al microcontrolador.
En el siguiente diagrama electrónico (figura 25) se representa las conexiones de los módulos y sensores conectados al microcontrolador
Figura 25. Sensores y módulos con conexión al microcontrolador.
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2.7.3. SELECCIÓN DE MOTORES
El diseño eléctrico-electrónico empieza con la selección de motores para el empuje de las medicinas. Para las medicinas que se expenderán mediante resortes es necesario el uso de motorreductores y para las medicinas que se expenderán mediante un mecanismo de empuje se usará un servomotor.
Los motorreductores para el empuje mediante resorte deben contener un mecanismo que permita controlar el número de vueltas. En el mercado existen motores que son específicos para esta actividad, poseen su propia caja reductora, pueden girar 360 grados y tienen un final de carrera para controlar el número de vueltas.
El motor que se seleccionó fue el D4034388 - USI Vend motor, por sus dimensiones que son las adecuadas para girar el resorte previamente diseñado.
Según los cálculos realizados en el diseño mecánico, para el mecanismo de empuje (Figura 12), se seleccionó el servomotor SG90, con un peso de 9g y un torque de 0.18 N.m. El torque necesario para el empuje del medicamento es de 1.4259x10-3 N.m lo cual justifica la utilización de este servomotor.
El servomotor SG90 es capaz de empujar un blíster de 4 pastillas con una masa de 3g y un peso de 29.4mN. Su voltaje de alimentación es de 5 VDC y para su control de giro necesita una señal PWM que proviene de la tarjeta de control del sistema. La velocidad de desplazamiento del servomotor es de 0.1s por cada 60 grados, según el mecanismo de empuje se desplazó 90 grados y volvió a su posición original, en un tiempo de 0.3s.
Este dispositivo se utilizó para los medicamentos (Apronax y Buscapina), apiladas en un riel con la capacidad para 40 unidades de cada uno. La notificación de producto próximo a agotarse se enviará al disponer de menos de 11 unidades por producto.
2.7.4. DISEÑO DE LA PLACA PCB
Los pines fueron utilizados en su totalidad para el control de 2 servomotores, 2 motores DC, 4 sensores infrarrojos, 1 módulo Bluetooth, Hopper, validador de monedas y la conexión UART con el sistema de control. El circuito se alimenta con 12 VDC, esto se consiguió mediante la implementación de un conversor AC – DC con los valores requeridos para cada dispositivo.
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Figura 26. PCB circuito electrónico
Al haber realizado el diseñó de la placa PCB, se realizó la fabricación de esta, como se muestra en la figura 27.
Figura 27. Placa electrónica de control
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Para analizar el consumo eléctrico mensual de la máquina se realizó un análisis de consumo de cada elemento constitutivo, obteniendo los datos de la tabla 3 a continuación:
Tabla 3. Consumo mensual máquina expendedora Potencia
(Watts)
Horas de uso diario estimado (horas) Energía diaria consumida (Watt-hora) Energía mensual consumida (Watt-mes) Pantalla
Touch 3.3 24 79.2 2376
Lector de código de barras
0.325 24 7.8 234
Validador de
monedas 0.780 24 18.72 561.6
Motor DC 1 0.64 1 0.64 19.2
Motor DC 2 0.64 1 0.64 19.2
Hopper 73 0.5 36.5 1095
Servomotor 1 0.35 1 0.35 10.5
Servomotor 2 0.35 1 0.35 10.5
Raspberry Pi 1.75 24 42 1260
Atmega 328p 0.148 24 3.55 106.5
Sensor
Infrarrojo 1 0.1 24 2.4 72
Sensor
Infrarrojo 1 0.1 24 2.4 72
Sensor
Infrarrojo 1 0.1 24 2.4 72
Sensor
Infrarrojo 1 0.1 24 2.4 72
Módulo
bluetooth 0.2 24 4.8 144
Total 6147
El consumo eléctrico total según la tabla anterior es de 6147 Watts con un precio de $0.49 dólares al mes, un valor bajo, considerando que la máquina expendedora pasa encendida todo el día.
2.8. DISEÑO DE CONTROL
En esta etapa se realizó la selección siguiente: el dispositivo que autentifica las monedas, dispositivo de cambio de las mismas, creación de la interfaz gráfica para la interacción con el usuario, restricción de venta mediante la cédula de ciudadanía, notificación de productos próximos a agotarse y la activación de los actuadores utilizados para dispensar los medicamentos.
2.8.1. DIAGRAMA DE FLUJO DE SOFTWARE
31
Figura 28. Funcionamiento diagrama de flujo
El diagrama representa un flujo de lazo cerrado, que se repite cada vez que llega al final del proceso.
32
Figura 29. Página principal interfaz gráfico.
Se selecciona del producto en la página del menú, figura 30.
Figura 30. Página del menú interfaz gráfico.
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Figura 31. Mensaje de restricción para dosificación diaria.
Se muestra la página del medicamento al expender (Figura 32), con sus características, dosificación y precio.
Figura 32. Página de presentacion del medicamento.
Posterior a acceder al expendio del medicamento, se registra el número de cédula en la base de datos diaria.
Como paso final del proceso, el cliente procede a insertar la cantidad mostrada en el precio del producto, si lo ingresado supera al precio la máquina procede a dar el cambio y entregar el producto. Si se ingresa la cantidad exacta, la máquina cumple con la entrega del producto.
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2.8.2. SELECCIÓN DEL CONTROLADOR
Para la activación de los actuadores y la comunicación con el módulo Bluetooth que se encarga de enviar las notificaciones al celular, se utilizó un Atmega628P, pues se necesita entradas (sensores) y salidas (motores, servos) digitales y que disponga de comunicación serial para conectarse con el controlador de la HMI (pantalla touch), haciendo posible la integración con la tarjeta de control que se desarrolló en la etapa de diseño eléctrico – electrónico.
“El sistema electrónico se compone de tres elementos complementarios, la electrónica de control, la electrónica de potencia y la electrónica de instrumentación”(Sánchez, 2017). Para completar el sistema de control de la máquina expendedora es necesario seleccionar el controlador gráfico que se encargará de operar la HMI, procesar las señales de los sensores y el envío de señales de activación para los servos y motores. Adicional, el tiempo de respuesta debe ser inmediato, bajo estas condiciones un controlador que cumple con las características para fungir de elemento principal en el sistema de control será elegido de la familia Raspberry Pi.
En la figura 33, se observa la comparación de todos los controladores existentes de la familia RASPBERRY. Estos dispositivos tienen la capacidad de conexión y comunicación con dispositivos de tecnología inalámbrica como bluetooth o Wifi y su procesamiento es muy rápido.
En cuanto al entorno gráfico, el controlador permitirá la creación y reproducción de aplicaciones. Integrando un desempeño gráfico óptimo con capacidad de conexión en diferentes tipos de pantallas.
Figura 33. Comparativa raspberry Pi. (Electronics, 2018)
35
suficiente para cumplir con los requerimientos planteados al inicio del proyecto.
2.8.3. SELECCIÓN DEL LECTOR ÓPTICO
El sistema de identificación hace referencia a la capacidad de registrar y controlar el expendio de productos, obteniendo datos personales, huellas digitales, lectores de retinas. Esto ayuda a almacenar en una base de datos toda la información obtenida, para controlar y restringir el acceso.
Teniendo en cuenta la gran variedad de dispositivos para el control de identificación existentes, de los mismos se analizaron sus características principales. En la tabla 4, se compara los sistemas de identificación existentes.
Tabla 4. Comparativa entre sistemas de identificación
Tipo Conexión Seguridad Decodificación
lectores de código de barra
Interfaz PS2 Usb RS232 Inalámbrico
Media Numérico o alfanumérico
Lectores NFC Usb
Inalámbrico
Media Numérico o alfanumérico
Como en los requerimientos se plantearon, el control debe realizarse mediante la cédula de ciudadanía. Los sistemas de identificación que se acoplaron a las necesidades de la máquina expendedora son: un lector de código de barras o un lector NFC. Esto debido a que la cédula de ciudadanía ecuatoriana contiene un chip que almacena los datos del usuario. A su lado anverso dispone de un código de barras, el cual decodificado es el número de identidad de la cédula.
El lector NFC permite la comunicación con el chip de la cédula, pero existe un protocolo de seguridad de protección interna desarrollado por el sistema Magna, “este moderno sistema garantiza la inviolabilidad de los datos del usuario, ya que la firma, la foto y la huella son ingresadas de manera digital y almacenadas en el chip interno de la cédula, que posee 21 niveles de seguridad.”(MTSI, 2015).
36
El dispositivo seleccionado es el SYMCODE MJ2090 USB Auto Sense Laser. Este dispositivo tiene una conexión mediante USB, velocidad de escaneo: 102 veces por segundo, voltaje de funcionamiento 5 VDC y consume una corriente de 65mA.
2.8.4. DISPOSITIVOS DE VALIDACIÓN Y CAMBIO DE DINERO
El dispositivo de cobro debe tener la capacidad de validar el dinero que ingrese a la máquina y detecta monedas falsas. Mientras que el dispositivo de cambio es capaz de almacenar y devolver el sencillo. Adicional a esto, según los requerimientos el método de cobro debe ser exclusivo en efectivo (monedas de 25 centavos y 1 dólar).
En la tabla 5 se efectúa una comparación exhaustiva de las principales características de cada sistema de pago existente en el mercado.
Tabla 5. Sistemas de pago vending
Marca Voltaje Opciones de
venta
Velocidad
Efectivo
CH-926 Multi
Coin Acceptor 12 V DC
Conteo y Validación de
monedas
3 monedas por segundo
Bill validator Series 2000™
12 V DC, 22 V DC -
45 V DC
Billetes Aproximadamente 3 segundos
885 Multi Coin Acceptor
DC 12V
±10% Monedas
0.6 segundos por moneda
Tarjeta, Nfc, App
VPOS 8v DC -16v DC
Nfc Credit&Debit Card
App Pay
RS232 up to 115,200 kbps
eChoice™
EMV Bezel 5v DC Credit&Debit Card X
37
Se programó que el validador acepte los dos tipos de monedas planteadas en los requerimientos (25 centavos y 1 dólar), el validador acepta monedas ecuatorianas y norteamericanas.
El proceso de cambio de moneda se lo realizará con un hopper. El Metal Green Hopper DJH-03 acepta diferentes combinaciones de monedas con un diámetro máximo de 30mm y un mínimo de 2.3mm, se lo configuró para monedas de 25 centavos con un diámetro de 24mm.
El hopper se alimenta con 110 VAC y se controló mediante un relé de estado sólido. El referido Hopper está compuesto por un motor de empuje de monedas, también dispone de un sensor óptico que envía pulsos cada vez que arroja una moneda, esto nos permite controlar la cantidad de monedas expulsadas por el hopper.
2.8.5. SENSORES
Para el control del stock interno de medicamentos se utilizó el módulo sensor infrarrojo QIFEI, este módulo se adapta a la luz ambiental. Contiene dos diodos, uno de emisión y otro de recepción. Cuando se detecta un obstáculo en la dirección que apuntan el infrarrojo emisor, el módulo lo procesa mediante un circuito comparador, enviando la señal digital de bajo nivel “0” lógico.
El módulo sensor infrarrojo contiene un potenciómetro que regula la distancia de detección, el rango de distancia mínimo es de 20mm a un máximo de 300mm, el voltaje de funcionamiento es de 3,3 VDC – 5 VDC. Se utilizó un sensor para cada medicamento, las lecturas de estos sensores determinarán si es necesario el envío de una notificación al celular mediante la aplicación móvil que se describe a continuación.
2.8.6. APLICACIÓN MÓVIL
El sistema de comunicación de una máquina expendedora tiene una variedad de usos, se puede enviar comandos para resolver tareas que requiera el operador. La comunicación entre la máquina expendedora y la aplicación debe ser mediante tecnología inalámbrica para que se pueda realizar un monitoreo remoto. En la tabla 6 se observa una comparación entre las 3 tecnologías inalámbricas más utilizadas.
Tabla 6. Comparación tecnologías de comunicación inalámbrica.
Parámetro ZigBee
802.15.4
Bluetooth 802.15.1
WiFi 802.11
Consumo de corriente(mA) 30 65 - 170 350
Capacidad de red(nodos) 65000 30 7
Velocidad de transmisión (Kbps) 250 1000 – 3000 54000 Potencia de transmisión (mW) 1-2 1 – 100 40 – 200 Frecuencia de radio (GHz) 0,868; 0,915; 2,4 2,4 2,4 Rango de trabajo(metros) 1 - 100 1 - 10 30 – 100
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Teniendo en cuenta que el control del stock va a ser realizado por una persona que permanece dentro de la farmacia, se escogió el bluetooth como dispositivo de comunicación, por su bajo consumo de corriente y rango de trabajo, sistema por demás apto para este proyecto.
El uso de Bluetooth permite la comunicación directa con un celular móvil, en el que se creó una app para la recepción de notificaciones. Esto permite evitar el consumo de recursos adicionales, pues en la actualidad la mayoría de las personas posee un smartphone que permita recibir este tipo de notificaciones.
Para el uso de Bluetooth se escogió el módulo HC-06 como transmisor para la máquina expendedora. Este módulo tiene la característica particular de que solo se puede configurar como esclavo. Al no requerir enviar información del celular hacia la máquina expendedora, este módulo es el idóneo.
La aplicación debe ser intuitiva y recibir el aviso cuando un medicamento determinado esté próximo a agotarse. Se dispuso además que las notificaciones se realicen cuando los productos sean menores a 10 unidades para las tabletas (Apronax, Buscapina) con una capacidad total de 40 dosis apiladas y menores a 4 para los sobres o ampolletas plásticas (Tonwas, Salt Andrews) con una capacidad total de 10 productos por medicamento. En la figura 34 se observa la aplicación creada.
Figura 34. Página principal app expendedora farmacia vida nueva
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Figura 35. Notificación de reponer producto
40 Continua…
3.1. RESULTADOS
Se obtuvo una máquina expendedora de medicinas funcional, que se caracteriza por poseer un sistema de comunicación mediante una pantalla touch, que permite al cliente interactuar con la máquina sin ninguna dificultad. Destaca por su optimización de capacidad, lo que permite dispensar 4 medicamentos de venta libre, entre estas: pastillas, capsulas, ampolletas bebibles y sobres medicados. Cuenta con las siguientes características:
Dimensiones (mm): 570mmx750mmx200mm
Peso: 35 kg
Pantalla touch de 7 pulgadas.
Dispositivo de lectura de código de barras para control de compra excesiva mediante la cedula de identidad.
Capacidad para 4 medicamentos (Tonwas, Apronax, Buscapina, Salt Andrews).
Funcionamiento autónomo.
Validador de monedas de 25 cent y 1 dólar.
Capacidad de dar cambio automático.
Sensores de detección de producto faltante.
Conexión con aplicativo móvil para control mediante notificaciones del stock interno.
Alimentación eléctrica: 110 VAC, 60 Hz.
Estructura protegida contra corrosión y le oxido.
Cerradura de seguridad antivandálica.
3.2. PRESENTACIÓN DE LOS COSTOS
A continuación, en la tabla 7, se tabuló los costos de todos los componentes que se utilizó para la construcción de la máquina expendedora de medicamentos de venta libre.
Tabla 7. Costos de los elementos de la máquina expendedora.
Descripción Cantidad Costo unitario Costo total
Carcasa Metálica 1 $130 $130
Pantalla touch 7’’
Longruner 1 $ 54 $ 54
Lector de código de barras SYMCODE MJ2090
1 $40 $40
Validador de
monedas CH-926 1 $45 $45
Motor DC D4034388 2 $24 $48
Hopper DJH-03 1 $85 $85
Servomotor SG90 2 $2.50 $5
Raspberry Pi 1 $40 $40
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Sensor Infrarrojo
QIFEI 4 $3 $12
Módulo bluetooth
HC-06 1 $6 $6
Pantalla Touch 1 $55 $55
Tarjeta electrónica 1 $20 $20
Componentes
electrónicos 1 $30 $30
Resorte 2 $12 $24
Eslabón de empuje 6 $1.50 $9
Transformador 110VAC a 12VAC - 2A
1 $8 $8
Total $618
El costo total utilizado para la fabricación de la máquina expendedora de medicinas es de $618, un precio relativamente bajo en comparación con las máquinas expendedoras existentes en el mercado ecuatoriano, que varían entre los $1000 a $1500 dólares americanos.
3.3. PRUEBAS DEL SISTEMA DE VENTA AUTOMÁTICA En el sistema de control se realizaron las pruebas siguientes:
3.3.1. SISTEMA DE COBRO (VALIDADOR)
La función del cobro automático cumple con dos actividades para la máquina expendedora, a fin de validar las monedas:
Envío de pulsos eléctricos cuando la moneda sea ingresada (esto servirá para la identificación de las monedas).
Validar que la moneda ingresada sea igual al patrón configurado (evitando fraudes cuando ingresen monedas de otra denominación o falsas).
Basados en estas dos actividades se precedió a realizar pruebas del validador, las cuales fueron:
Envío de pulsos eléctricos
En esta prueba se comprobó la comunicación serial entre el validador de monedas con el controlador. Se verificó que el número de pulsos corresponda a lo dispuesto en el validador para cada moneda de diferente denominación a
42
utilizar (25 centavos y 1 dólar). La tabla 8 muestra los resultados de esta prueba con 20 muestras para cada moneda y su porcentaje de error.
Tabla 8. Resultado de pruebas envío de señal de control
Denominación de la moneda
Monedas de prueba iguales al patrón configurado Monedas aceptadas por el validador Señales activadas por el validador Porcentaje de error en la señal de control (%)
$0.25 20 20 20 0
$1.00 20 20 20 0
Con los resultados expuestos se establece que el validador de monedas tiene un error del 0%, esto indica que todas las monedas ingresadas se identificaron correctamente y la señal enviada al controlador fue la correcta en cantidad y número de pulsos configurados.
Validación de la moneda ingresada de acuerdo con el patrón
Para corroborar la eficacia del validador al detectar la igualdad con la moneda patrón configurada se realizaron tres pruebas, comprobando la cantidad de monedas aceptadas y rechazadas.
Primero se procedió a ingresar en el validador varias monedas de diferente denominación al patrón configurado, después se ingresó monedas de la misma denominación y por último se ingresó monedas con diámetros similares a los del patrón configurado para identificar la capacidad de validación correcta por parte del validador, los resultados se muestran en la tabla 9.
Tabla 9. Resultados de validación de monedas Denominación
de la moneda
Monedas de diferente denominación Monedas aceptadas por el validador Porcentaje de error (%) Diferente denominación
$0.05 20 0 0
$0.10 20 0 0
$0.50 20 0 0
Misma denominación
$0.25 20 20 0
$1.00 20 20 0
Diámetro similar
$0.25 € 0.50 20 0 0
S/5.00 20 0 0
$1.00 $1000 20 0 0
R$1,00 20 0 0
43
3.3.2. SISTEMA DE CAMBIO (HOPPER)
El sistema de cambio debe cumplir con dos actividades para su funcionamiento correcto:
Envío de pulsos eléctricos cada que se expulsa una moneda (esto servirá para controlar la cantidad de monedas expulsadas).
Activación del motor rotatorio del hopper de cambio.
Se realizaron las pruebas correspondientes a estas actividades.
Envío de pulsos eléctricos para el control de cantidad de monedas expulsadas
A través de la comunicación con el controlador se verificó el número de monedas expulsadas, contando los pulsos que llegaban al mismo. Para esta prueba se colocaron distintas cantidades determinadas de monedas de la denominación con la que se entregará el cambio (25 centavos) y se comprobó cuantos pulsos envió el validador, Tabla 10.
Tabla 10. Resultados conteo de monedas expulsadas por el controlador
Denominación de la moneda
Monedas ingresadas al validador Monedas expulsadas contadas por el controlador Porcentaje de error (%) $0.25
5 5 0
10 10 0
15 15 0
20 20 0
25 25 0
El validador envió los pulsos eléctricos correctamente, esto permitió al controlador contar la cantidad exacta de monedas expulsadas, consiguiendo así un error del 0%.
Activación del motor mediante envío de señal con el controlador
Para la activación del motor rotatorio del Hopper se utilizó un relé mecánico de 5VDC, se configuró el controlador para enviar una señal de activación al relé, expulse la cantidad requerida de monedas y lo desactive.
Esta prueba se la realizó configurando al microcontrolador para expulsar una cantidad predeterminada de monedas mediante la activación y desactivación del relé mecánico.
