UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
“DISEÑO PARA LA PRESENTACIÓN Y ADMINISTRACIÓN DEL
SISTEMA POSICIONADO DE BIBLIOTECA AUTOMATIZADO
CONTROLADO POR SISTEMA COMPUTACIONAL”
TESIS DE GRADO PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA
AUTOR:
CHRISTOPHER ALEJANDRO CALAHORRANO CEDEÑO
DIRECTOR:
ING. ROGER PEÑAHERRERA
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2012
DECLARACIÓN
Yo CHRISTOPHER ALEJANDRO CALAHORRANO CEDEÑO, 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 Tecnológica Equinoccial 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 PARA LA PRESENTACIÓN Y ADMINISTRACIÓN DEL SISTEMA POSICIONADO DE
BIBLIOTECA AUTOMATIZADO CONTROLADO POR SISTEMA
COMPUTACIONAL”, que, para aspirar al título de Ingeniero en
Mecatrónica fue desarrollado por Christopher Calahorrano, bajo mi
dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________ Ing. Roger Peñaherrera DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
A “Dios”: Señor de los Señores, por darme la oportunidad de vivir y por estar
conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente, por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante estos años de vida, a él le debo toda la gloria y la honra, me brinda sabiduría e inteligencia para poder afrontar cualquier tipo de
adversidad día tras día y así poder romper todas las barreras en mi vida.
También se la dedico de manera muy especial a mi abuelito Pedro, aunque no se encuentre presente en mi vida, me hace mucha falta, a pesar de pasar
momentos difíciles siempre me apoyo en las buenas y en las malas. Fue mi compañía en las madrugadas durante muchos años de mi vida estudiantil,
siempre preocupándose por mi seguridad y bienestar, me brindo su amor, su cariño y también supo reprenderme a su manera para que su primer nieto sea un hombre íntegro y un ejemplo para todos los demás descendientes. Abuelito, yo sé que estas junto a Dios esperando que algún día estemos todos juntos, perdón abuelito si me porte mal, esta dedicatoria te la hago desde lo más profundo de mi corazón.
A mi tío Marco que me ha ayudado moralmente e impulsado a la realización
de esta meta académica con su ejemplo de honestidad, responsabilidad, constancia y dedicación. Gracias por preocuparse de mí.
A mi tío César a quién considero como un segundo padre, siempre sabe aconsejarme y corregirme con sabiduría, es uno de mis guías en mi vida
AGRADECIMIENTO
Al finalizar el presente trabajo de tesis tan arduo y lleno de satisfacciones primeramente me gustaría agradecer:
A ti mi Dios, por permitirme llegar a ser realidad esta meta en mi vida académica, a cumplir este sueño anhelado.
A mis padres Víctor y Lastenia, a pesar de que no estuvieron junto a mí, fueron motivo de inspiración para mi formación académica, son ejemplo de honestidad y lucha. Nunca dudaron de mis habilidades.
A mi abuelita Margarita, que ha sido una madre para mí, a pesar de sus enojos siempre está pendiente de mi bienestar y me tiene mucha paciencia, gracias por demostrarme su amor, cariño, valentía, es la mujer más hermosa y bondadosa del planeta, nuevamente gracias infinitas por todos estos años de entrega, abnegación y sacrificio que siempre tiene conmigo.
A mis tías, Mariana y Narcisa, quienes son y han sido como madre y padre, que por su amor, cariño, consejos, empuje, apoyo, afán y sacrifico fue posible la culminación de esta etapa estudiantil, son fundamentales en mi vida personal.
A mi profesor de Investigación y Tesis de Grado Ing. Roger Peñaherrera, por su rectitud en su profesión como docente, por sus consejos, y por su apoyo para poder realizar la presente investigación.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN ... xi
ABSTRACT ... xii
1. INTRODUCCIÓN ... 1
OBJETIVOS. ... 8
OBJETIVOS GENERALES. ... 8
OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ... 8
2. MARCO TEÓRICO ... 11
2.1. SISTEMA MECÁNICO ... 11
2.1.1. ORDENAMIENTO ... 12
2.1.2. CARACTERÍSTICAS GENERALES ... 12
2.1.3. COMPONENTES DEL SISTEMA ... 12
2.1.4. PLATAFORMA ... 13
2.1.5. ACCIONAMIENTO MECÁNICO ... 13
2.1.6. UNIDADES DE CONSULTA ... 14
2.1.7. MECANISMO DE ACCIONAMIENTO ... 15
2.1.8. DIMENSIONES DE LA BIBLIOTECA AUTOMATIZADA ... 16
2.1.9. MOTOR DE RUEDA DENTADA... 17
2.2.10. CREMALLERA-PIÑÓN ... 20
2.2. SISTEMA ELÉCTRICO ... 22
2.2.1. TARJETAS RFID ... 22
2.2.2. COMPONENTES DE UN SISTEMA RFID ... 23
2.2.2.1. Transponder ... 24
2.2.2.2. Antena ... 25
2.2.2.3. Módulo RFID ... 26
ii
2.2.3. TARJETAS RFID DE 125 KHz ... 29
2.2.4. EVOLUCIÓN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE TAGS. ... 33
2.2.4.1. Generación 1 ... 33
2.2.4.2. Generación 2 ... 34
2.2.5. ENTORNOS DE TAGS. ... 35
2.2.6. ESTANDARIZACIÓN. ... 37
2.2.7. BENEFICIOS Y VENTAJAS. ... 38
2.2.8. TARJETAS DE PROXIMIDAD (RFID) ... 39
2.2.9. CHIP DE BAJA FRECUENCIA - 125 KHz ... 39
2.2.10. PRINCIPALES COMPONENTES ELECTRONICOS. ... 41
2.2.10.1. Condensadores. ... 41
2.2.10.2. Cristal de cuarzo de 4MHz ... 44
2.2.10.3. Integrado L7805 regulador de voltaje (5V). ... 44
2.2.11. COMUNICACIÓN SERIAL RS232 ... 45
2.2.12. PIC16F628A ... 48
2.2.13. PIC16F870A ... 49
2.2.13.1. Programa de Organización de la memoria ... 50
2.3. DISEÑO DEL SOFTWARE ... 51
2.3.1. VISUAL BASIC. ... 51
2.3.2. COMANDOS USADOS PARA PROYECTO. ... 52
2.3.4. CONTROLES. ... 56
2.3.5. TÉRMINOS. ... 60
2.3.6. VARIABLES. ... 61
2.4. BASE DE DATOS... 63
3. METODOLOGÍA ... 68
iii
3.1.1. ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO ... 69
3.1.1.1. Diseño Electrónico ... 69
3.1.1.2. Desarrollo de la aplicación computacional en Visual Basic. ... 73
3.1.2. SISTEMA DE CONTROL ... 76
3.1.2.1. Software embedido. ... 76
3.1.3. DISEÑO MECÁNICO. ... 77
3.1.4. PROTOTIPO VIRTUAL ... 84
3.1.4.1. Software de diseño mecánico ... 85
3.1.5. CONSTRUCCIÓN ... 85
3.1.5.1. Construcción mecánica ... 85
3.1.5.2. Pruebas ... 87
3.1.5.3. Instalación del sistema electrónico y de control ... 87
3.2. COSTOS DEL DESARROLLO DEL PROTOTIPO. ... 89
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 91
4.1. Sistema utilizado para el funcionamiento de la Biblioteca de la UTE. ... 91
4.2. Sistema utilizado para el funcionamiento de la Biblioteca de la PUCE. .. 92
4.3. Sistema utilizado para el funcionamiento de la Biblioteca de la USFQ. .. 93
5. DESARROLLO DEL PROTOTIPO ... 98
5.1 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO ... 98
5.1.1. DISEÑO MECÁNICO ... 98
5.1.1.1. Base estructural... 98
5.1.1.2. Colocación de motores ... 100
5.1.1.3. Colocación de cremalleras. ... 101
5.1.1.4. Construcción de estanterías. ... 101
iv
5.1.1.6. Ruedas locas ... 104
5.1.1.7. Colocación de canaletas. ... 104
5.1.2. DESCRIPCIÓN DEL MODELO MECÁNICO DEL PROTOTIPO ... 108
5.1.2.1. Cremallera ... 108
5.1.2.2. Piñón ... 108
5.1.3. DISEÑO ELECTRÓNICO Y DE CONTROL. ... 109
5.1.4. INSTALACIÓN DEL SOFTWARE DE CONTROL ... 113
5.1.4.1. Descripción del código usado para el programa del lector RFID en el prototipo de Biblioteca Automatizado. ... 115
5.1.4.2. Descripción del código usado para el programa de abrir puertas en el prototipo de Biblioteca Automatizado. ... 119
5.1.4.3. Descripción del código usado para el programa de los pulsadores usados en el prototipo de Biblioteca Automatizado. ... 120
5.1.5. CIRCUITO DE ADQUISICIÓN PARA ENVIAR SEÑALES. ... 124
5.1.6. AJUSTES AL PROTOTIPO FÍSICO ... 126
5.2. Cronograma de actividades/tiempo. ... 127
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 128
6.1. CONCLUSIONES ... 128
6.2. RECOMENDACIONES ... 129
BIBLIOGRAFÍA ... 130
v
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Préstamo de libros biblioteca actual. ... 4
Figura 2: Espina de Pescado sobre: Escases en la investigación, implemen- tación y desarrollo de bibliotecas automatizadas. ... 6
Figura 3: Motor de rueda dentada ... 11
Figura 4: Prototipo de Plataforma ... 13
Figura 5: Rueda de movimiento ... 14
Figura 6: Cremallera-Piñón ... 14
Figura 7: Estanterías de Biblioteca Automatizada ... 15
Figura 8: Motores de rueda dentada (piñón). ... 16
Figura 9: Dimensión estantería móvil ... 16
Figura 10: Tipos de motores de rueda dentada ... 18
Figura 11: Sistema de movimiento Piñón-Cremallera. ... 20
Figura 12: Sistema cremallera-piñón para cálculo ... 22
Figura 13: Esquema de un sistema RFID ... 23
Figura 14: Componentes de un sistema RFID. ... 24
Figura 15: Antena de sistema RFID ... 25
Figura 16: Entrada del transponder en el campo electromagnético ... 26
Figura 17: Envío de datos por parte del transponder ... 26
Figura 18: Módulo de tarjeta RFID ... 27
Figura 19: Procesado de los datos por parte del lector ... 28
Figura 20: Sistema de control de Biblioteca con tarjetas RFID ... 29
Figura 21: Elementos de una tarjeta RFID ... 29
Figura 22: Antena de etiqueta RFID ... 32
Figura 23: Identificación de tags en un entorno de búsqueda. ... 35
Figura 24: Variación de la impedancia de tres tipos de condensadores distintos, en función de la frecuencia. ... 43
Figura 25: Condensador ideal. ... 43
Figura 26: Estructura de un carácter en forma serial asíncrona. ... 46
Figura 27: Configuración de los Parámetros del Puerto Serial en V Basic ... 47
vi
Figura 29: Pines del PIC16F870 ... 49
Figura 30: Diagrama de bloque del pic16F870 ... 50
Figura 31: Características principales del PIC16F870 ... 51
Figura 32: Botón Frame ... 53
Figura 33: Cuadro de Frame ... 53
Figura 34: Botones CheckBox y OptionButton ... 54
Figura 35: Comandos ListBox y ComboBox ... 55
Figura 36: Comando y Cuadro HScrollBar ... 56
Figura 37: BotónTimer ... 57
Figura 38: Comando Shape ... 57
Figura 39: Comando Line ... 58
Figura 40: Comando Cuadro de Diálogo ... 59
Figura 41: Identificador de Atributos ... 67
Figura 42: Metodología Mecatrónica ... 69
Figura 43: Control de biblioteca Visual Basic ... 74
Figura 44: Proceso de Almacenamiento del sistema de Biblioteca... 76
Figura 45: Medición de la fuerza ejercida por la estantería. ... 80
Figura 46: Medición de la fuerza ejercida por el motor de la estantería. ... 82
Figura 47: Cálculo de la fuerza desarrollada por el motor. ... 82
Figura 48: Biblioteca Automatizada diseñada en Autocad. ... 85
Figura 49: Esquema del proceso de construcción mecánica. ... 86
Figura 50: Esquema de Pruebas para el funcionamiento. ... 87
Figura 51: Esquema para montaje del sistema electrónico y de control ... 87
Figura 52: Esquema de proceso de diseño y construcción de un sistema posicionado de estantería. ... 88
Figura 53: Plataforma de prototipo. ... 99
Figura 54: Motores ensamblados. ... 100
Figura 55: Instalación de cremalleras. ... 101
Figura 56: Construcción de estantería móvil central ... 102
Figura 57: Construcción de estantería móvil lateral. ... 102
Figura 58: Cajones de madera... 103
vii
Figura 60: Implementación de canaletas. ... 105
Figura 61: Diseño del prototipo vs Prototipo real abierto. ... 106
Figura 62: Cremalleras engranadas en los piñones con su respectivo motor derecho e izquierdo. ... 108
Figura 63: Motor con rueda dentada (piñón). ... 109
Figura 64: Montaje de motores ... 109
Figura 65: Cableado de los motores ... 110
Figura 66: Cableado de los leds. ... 110
Figura 67: Instalación de leds. ... 111
Figura 68: Conexión de los cables de motores y leds a la placa. ... 112
Figura 69: Puerto serial RS232 ... 113
Figura 70: Programa Visual Basic. ... 113
Figura 71: Programa en Visual Basic. ... 114
Figura 72: Diseño de la estantería automatizada... 114
Figura 73: Diagrama de Flujo sobre proceso de Biblioteca Automatizado. ... 123
Figura 74: Flujograma del proceso de cierre y apertura de puertas. ... 124
viii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Código de colores en los condensadores ... 42
Tabla 2: Características eléctricas del L7805 ... 45
Tabla 3: Tipos de variables de Visual Basic ... 62
Tabla 4: Diferencia de costos entre tarjetas RFID vs lector de código de barras ... 73
Tabla 5: Características PIC16F628A ... 76
Tabla 6: Descripción PINOUT del PIC16F870 ... 77
Tabla 7: Costo del Desarrollo Mecánico ... 89
Tabla 8: Costo del Desarrollo de Software ... 89
Tabla 9: Costo del Desarrollo electrónico ... 90
Tabla 10: Costo de la mano de obra ... 90
Tabla 11: Características técnicas de las bibliotecas de las universidades muestreadas de la ciudad de Quito ... 94
Tabla 12: Tiempos de espera medios consultados para las bibliotecas muestreadas en la ciudad de Quito. ... 95
Tabla 13: Espacio físico para las bibliotecas muestreadas en la ciudad de Quito. ... 96
Tabla 14: Espacio entre estanterías para las bibliotecas muestreadas en la ciudad de Quito. ... 97
Tabla 15: Posibles configuraciones de estanterías ... 107
Tabla 16: Lista de elementos del circuito de control ... 126
ix
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1: DIAGRAMA DE PLACA (BIBLIOTECA AUTOMATIZADA) ... 132
Anexo 2: DIAGRAMA PCB ... 132
Anexo 3: DIAGRAMA PLACA ... 133
Anexo 4: DIAGRAMA ELECTRICO ... 133
Anexo 5: PROGRAMA PARA EL LECTOR RFID ... 135
Anexo 6: PROGRAMA PARA ABRIR PUERTAS ... 140
Anexo 7: PROGRAMA PARA PULSADORES ... 142
Anexo 8: CÓDIGO USADO EN VISUAL BASIC ... 148
Anexo 9: PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MELAMINICO AGLOMERA- DO ... 152
Anexo 10: PROPIEDADES FÍSICAS DEL MELAMINICO AGLOMERADO ... 152
Anexo 11: PESO ESPECÍFICO DEL MELAMINICO AGLOMERADO ... 153
Anexo 12: PLANO ESTRUCTURAL DEL PROTOTIPO DE BIBLIOTECA AUTOMATIZADO. ... 153
Anexo 13: DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA BASE. ... 154
Anexo 14: DISEÑO FINAL DE LA PLACA ... 154
Anexo 15: UBICACIÓN FINAL DE MOTORES ... 155
Anexo 16: PRUEBA FINAL DE LOS LECTORES RFID. ... 156
Anexo 17: DISEÑO FINAL DEL PROTOTIPO DE BIBLIOTECA AUTOMA- TIZADO ... 157
Anexo 18: DISEÑO FINAL DEL SOFTWARE EN VISUAL BASIC ... 158
Anexo 19: TARJETAS RFID USADAS PARA TODO EL SISTEMA ... 158
Anexo 20: LECTOR DE TARJETAS RFID USADO ... 159
Anexo 21: PLACA DE CONTROL FINAL. ... 159
Anexo 22: CABLEADO ESTRUCTURADO FINAL. ... 160
x
ÍNDICE
DE
ECUACIONES
Ecuación 1: Relación de transmisión. ... 19
Ecuación 2: Relación de transmisión 2. ... 19
Ecuación 3: Distancia según piñón. ... 21
Ecuación 4: Velocidad del desplazamiento. ... 21
Ecuación 5: Cálculo del paso. ... 79
Ecuación 6: Cálculo de paso del movimiento del motor. ... 80
Ecuación 7: Cálculo del desplazamiento de la estantería. ... 80
Ecuación 8: Sumatoria de Fuerzas. ... 81
Ecuación 9: Radio del piñón. ... 83
xi
RESUMEN
En el Ecuador existen alrededor de 546 bibliotecas que no cuentan con un sistema automatizado debido a los altos costos para adquirirlos e implementarlos, según informa el Sistema Nacional de Bibliotecas (SINAB).
Actualmente se propone un sistema modular móvil de estanterías, con un método de registro por radiofrecuencia (Tarjetas RFID) y almacenamiento de datos con micro controladores.
El primer capítulo, presenta una investigación sobre las problemáticas generadas desde los inicios en las bibliotecas, los sistemas utilizados en la mayoría de ellas, un análisis del tiempo desperdiciado al momento del préstamo y la devolución de un libro, el espacio necesario para el almacenamiento, entre otras.
El segundo capítulo, describe las características generales del prototipo de biblioteca automatizado, el uso del mismo, y las ventajas que tendría comparado con el sistema actual.
El tercer capítulo, investiga los requerimientos del funcionamiento del prototipo de biblioteca automatizado. Igualmente las diferentes características
del diseño mecánico y de los componentes del circuito electrónico.
El cuarto capítulo, redacta la construcción del prototipo de biblioteca automatizado, el funcionamiento mecánico y funcionamiento eléctrico.
xii
ABSTRACT
In Ecuador there are about 546 libraries that do not have an automated system because of the high cost to purchase and implement it, according to the National Library System (SINAB).
Currently these works propose a mobile modular shelving system, a recording method and data storage RF micro controllers.
The first chapter presents an investigation into the problems generated from the beginnings in libraries, the systems is used in most of them, an analysis of time wasted at the time of the loan process and the repayment of a book and the space needed for storage, among others.
The second section describes the general characteristics of prototype automated library, using the same, and have the advantages compared with
the current system.
The third chapter investigates the performance requirements of the prototype automated library. Similarly different mechanical design features and components of the electronic circuit.
The fourth chapter, drawn construction of prototype automated library, the mechanical and electrical performance.
1 El término biblioteca proviene del griego theke-caja- y biblion-libro-, que significa el lugar donde se guardan o custodian los libros.
La biblioteca es un servicio de apoyo a la investigación. Su objetivo básico es satisfacer las necesidades de información y sed de conocimiento a la docencia, estudiantes y a la comunidad en general.
Las bibliotecas cuentan con una o varias personas encargadas de la organización de todo el material bibliográfico que se encuentra resguardado dentro de la misma, estas personas se llaman bibliotecarios, una de las tareas de estos servidores, es la de atender a todos los usuarios que acuden para realizar sus respectivas investigaciones.
Todos los textos están debidamente organizados en estantes, existe un mostrador que divide el área de lectura y el área de almacenado del material bibliográfico, esta última queda restringida para los usuarios, solo las personas autorizadas por los bibliotecarios podrán acceder a dicha área, en el mostrador encontraremos dos ficheros en los cuales se encuentran organizados alfabéticamente los autores y los títulos del material bibliográfico que posee la biblioteca, a estos ficheros acudirán todos los usuarios para verificar si la biblioteca posee la obra de su interés, el usuario podrá consultar
de igual forma a los bibliotecarios y estos determinaran si pueden o no brindar ayuda al usuario.
2 En la biblioteca de la Universidad Tecnológica Equinoccial se puede evidenciar que los prestamos circulantes se basan en la políticas establecidas
por la misma, lo cual permite a los usuarios, solicitar en calidad de préstamo un determinado número de libros, el tiempo del préstamo puede variar entre uno a tres días, existe un préstamo especial en nuestra Universidad, el cual se lleva a cabo en el periodo de vacaciones, el mismo que está destinado a los profesores y personal administrativo de la institución, este préstamo no incluye aquellos textos antiguos, ejemplares únicos o de difícil reposición, obras de referencia, publicaciones periódicas, ya que sólo se podrán consultar en sala.
El sistema de préstamo del material bibliográfico de una biblioteca común en nuestro medio, es efectuado de manera manual, además de que en la Figura 1 se muestra dicho sistema y la descripción del proceso es la siguiente:
Los textos se encuentran organizados en estantes divididos por área (sistemas, economía, matemática), donde solo el bibliotecario puede
acceder a ellos.
El área de lectura se encuentra aislada de los textos.
El usuario consulta a los bibliotecarios el libro de interés y estos determinan si puede o no acceder a él, ya sea porque se encuentra prestado, ocupado o porque solo podrá consultarlo dentro de la biblioteca, y no llevarlo.
Para acceder a un texto aun siendo únicamente para consulta se debe presentar una identificación, y se diligencia un formato donde indica:
nombre usuario, grado o semestre, título del libro, autor, fecha, editorial y código del libro.
3 identificación queda en manos del bibliotecario junto con la solicitud del préstamo, de manera que hasta que el texto retorne la identificación
será devuelta.
Para controlar a los usuarios y garantizar el retorno seguro y puntual del material entregado en calidad de préstamo circulante, este usuario de no cumplir con la entrega oportuna del material solicitado, estará sujeto a sanciones denominadas multas las cuales no se rigen por un estándar especifico, estas multas quedaran a decisión de los bibliotecarios y serán consideras según el número de días de retraso, el cual mientras variara en su severidad, en cuanto mayor sea el retraso, las multas se basan en la suspensión del servicio de biblioteca para ese usuario por una o dos semanas y en casos peores, la suspensión del servicio vendrá acompañada de una sanción monetaria que el usuario cancelara directamente.
Inseguridad en el manejo de los datos, ineficiencia en la información y exceso de trabajo por parte de los bibliotecarios, en caso de no tomar en cuenta esta
problemática la situación podría tornarse critica lo cual traerá consecuencias graves como la perdida de los textos por falta de control. Muchas bibliotecas registran en un sistema de fichas el movimiento de los libros, o usan programas poco automatizados.
La organización de tanta información, requiere estar almacenada de manera segura y de fácil acceso, tanto para los bibliotecarios como para los usuarios, también se necesita determinar si el libro requerido se encuentra o no disponible, tan solo con el ingreso a la Web.
4 Figura 1: Préstamo de libros biblioteca actual.
Fuente: (Jaime Pérez, 2002)
El “concepto de estanterías móviles” ha proporcionado una manera eficiente
para que los usuarios puedan maximizar la capacidad, reduciendo al mínimo las necesidades de espacio. Dado que el acceso a todo el material bibliográfico no es continuo a todos los libros, las estanterías son compactadas, lo que reduce el espacio desperdiciado. En lugar de pasillos entre cada unidad de la estantería, los pasillos se crean cuando y donde sean necesarios dentro del sistema. Los requisitos necesarios de espacio se pueden reducir hasta en un 70%.
Cuando se observan los trabajos desarrollados en el área de Automatización de Bibliotecas, se detecta que la mayoría de estos trabajos versan realmente sobre la automatización de un catálogo de títulos, autores y sobre la explotación automática de estos catálogos, y con esto el concepto de Biblioteca Automatizada actual se queda fuera del sistema innovador.
5 separación clara entre la función de desarrollo y la función administrativa o de dirección. El desarrollo, la administración y las operaciones se enlazan y en
muchos casos las realiza el mismo personal.
Las diferentes desventajas generadas en una biblioteca actual son:
Las bibliotecas en el Ecuador soportan la falta de un buen sistema de almacenaje y un eficiente aprovechamiento del espacio, que genera mayor complejidad al instante de encontrar el libro necesario, el personal de la biblioteca tiene que disponer de tiempo adicional para que de vez en cuando la biblioteca siga funcionando sin contratiempos, es decir en horas de alta afluencia, las tareas de ubicación de los libros se posponen para horas extras.
La problemática que se evidencia actualmente en cuanto a la forma como se realiza los préstamos del material en las bibliotecas de forma manual, se torna de manera lenta, insegura, desordenada y con muchos inconvenientes al momento de consultar, puesto que no genera motivación a los interesados prefiriendo dirigirse a publicaciones de otra clase, la implementación de un sistema que controle dichos préstamos y consultas al material existente, permitiría mejorar en gran forma las actividades vinculadas con el proceso que representa hacer préstamos de libros.
Esta situación cambiará con el paso del tiempo, pero por el momento es acertado considerar que los sistemas de las bibliotecas automatizadas actuales se caracterizan por ser poco objetivos. Sin embargo, el presente proyecto hace la diferencia, debido a que es un sistema innovador y de beneficio para los diferentes usuarios de este sistema.
6 A continuación en la Figura 2 se presenta un diagrama espina de pescado donde se resume lo anteriormente descrito y que esta tesis pretende resolver:
Escases en la investigación,
implementación y desarrollo
de bibliotecas automatizadas
Investigación
Presupuesto
Tecnología
Bibliotecas comunes
Financiamiento de Proyectos Desarrollo Sistema MecánicoHerramientas
necesarias
Sistema de Control Electrónica Electricidad Precios altos Recursos De bajos recursos económicos Obtener recursos fuera del país TiempoEspacio
Figura 2: Espina de Pescado sobre: Escases en la investigación, implementación y desarrollo de bibliotecas automatizadas.
Este proyecto se justifica de hecho a las múltiples ventajas que puede mantener un sistema de biblioteca automatizado, entre estas son:
Reduciría el espacio, incrementaría estanterías, facilitaría al bibliotecario ubicar el libro que solicite el usuario.
El proceso del préstamo y la devolución de un libro con este sistema
computarizado se realizarían en el menor tiempo posible, evitando la aglomeración de usuarios en las horas más frecuentadas.
7
Los usuarios se sentirían satisfechos ya que tendrían más tiempo para poder realizar sus consultas de manera rápida y eficaz.
Para poder describir las ventajas del Prototipo de Biblioteca Automatizado, se propone la construcción de un prototipo de sistema posicionado de estantería casi real mediante sistemas mecatrónicos; implementando un sistema de
control mediante computadora. Con características similares a estanterías móviles ya utilizadas para el mejor desempeño de una biblioteca y sus usuarios. Se requerirá de menor tiempo posible para la entrega de un libro.
Dar mayor aprovechamiento del espacio, ya que solo es necesario un
pasillo entre las unidades de consulta y por ello se llega hasta duplicar la capacidad del archivo o almacén.
Brindar seguridad; al quedar todas las unidades de consulta en un bloque compacto, se disminuyen los riesgos de incendio y la entrada de polvo y materiales contaminantes.
Obtener economía contratando menos personal, ahorro del tiempo de búsqueda, lo que permite aumentar su rendimiento.
Permite que el sistema pueda instalarse en cualquier área disponible, sin importar la nivelación del pavimento.
En cuanto a la estética; los modelos son de diseños exclusivos y terminados de muy buena calidad, facilitan su adaptación armoniosa en cualquier entorno, pueden utilizarse tableros de triples, MDF, melamínico o madera sólida.
Para los usuarios se proponen diversas variables como:
Los objetivos y los costos de implantación del nuevo sistema también deben ser conocidos por el usuario.
Cualquier sistema innovador satisface necesidades. Sin embargo en
8 Debido a todas las problemáticas descritas anteriormente, es fundamental dar una respuesta tecnológica que permita disminuir el tiempo de búsqueda del
material bibliográfico, la entrega del libro al usuario y los errores al archivar documentos y al mismo tiempo minimizar el área de bodegaje de los libros.
La implementación del prototipo de biblioteca automatizada, representará una evolución notable en el servicio de préstamos y devoluciones del material bibliográfico, agilizando el almacenamiento y búsqueda de libros, disminuyendo el trabajo para el personal de biblioteca y mejorando la atención.
OBJETIVOS.
OBJETIVOS GENERALES.
Implementar un sistema de información que permita controlar y facilitar el proceso de consulta de existencia y ubicación de libros, el servicio de préstamos y devoluciones, y el control de estanterías móviles, en el menor tiempo posible.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Diseño e implementación de un sistema de información que por medio de una aplicación computacional permita controlar el servicio de préstamos y devoluciones.
Diseño y construcción de un sistema de estanterías móviles que permitan el ahorro de espacio y maximice el área de almacenaje de libros.
9 implementados. Después se observa el tipo de problema o problemas existentes dentro de la biblioteca, se analiza cada uno de estos para poder
darles una solución, se pudo prestar atención que el tiempo y el espacio son los factores más relevantes inmersos dentro de la Biblioteca. Luego se adquiere las herramientas necesarias para la construcción de un nuevo proceso que sea innovador y eficiente al momento de poder implementarlo, se realiza el presupuesto indispensable para la fabricación, se compra todos los materiales a utilizar, tanto como para el proceso mecánico, eléctrico y de software, que funcionan conjuntamente. Se busca los programas más imprescindibles para su respectiva utilización. Finalmente se diseña en Autocad todo el prototipo final y se procede a armar.
Aunque no exista toda la información necesaria para la realización de este proyecto, por ser un sistema innovador, es importante buscar temas relacionados a esta investigación.
En el desarrollo mecánico de las estanterías se tomará en cuenta las mejores opciones de actuadores mecánicos.
El sistema electrónico generará las señales indispensables para el funcionamiento de la biblioteca, y el movimiento automático de las estanterías.
Para la devolución de los libros se utilizaran pulsadores.
Para la generación del movimiento de las estanterías se utilizarán motores de rueda dentada, y la transmisión será por medio de cremalleras.
10 Debido a la diversidad de implementos, es necesaria la identificación de instrumentos tales como:
Estanterías
Motores
Sistema Mecánico
Sistema Electrónico
Sistema Computarizado
Bases de datos bibliográficos
El desarrollo de un prototipo de biblioteca automatizado como proyecto de tesis, es factible por los siguientes puntos que a continuación se indican:
Los recursos técnicos como los materiales están al alcance.
Existen profesionales graduados en la rama de Mecatrónica, que académicamente y profesionalmente pueden ser un apoyo para poder orientar un proyecto de desarrollo e investigación.
11 Este capítulo describe el grupo central de conceptos y teorías que utilizo para formular y desarrollar el proyecto de tesis, contiene ideas básicas que forman
la base de los argumentos científicos utilizados en el mismo. Por medio de una investigación preliminar sobre documentos y libros para tomar decisiones en el diseño del proyecto y para orientar el análisis de los datos recogidos. Además sirve para estructurar de mejor forma nuestro proyecto.
2.1. SISTEMA MECÁNICO
Los sistemas de Estantería Automatizado de alta densidad están proyectados para empresas y organizaciones que manejan considerables volúmenes de información en forma de bibliografía, expedientes, casos clínicos, casos judiciales, actas notariales, operaciones fiscales y contables, cuando no se dispone de mucha área para ello.
El prototipo de biblioteca automatizada con estanterías móviles está diseñado de una manera modular para poder alcanzar un mayor grado de versatilidad que permite un mejoramiento en el sistema, para esto se ha utilizado un motor de rueda dentada necesario para funcionar conjuntamente con estanterías móviles (véase Figura 3).
Figura 3: Motor de rueda dentada
12 movimiento de un lado a otro con el piñón, también para evitar que no exista un vuelco de las estanterías.
2.1.1. ORDENAMIENTO
La estantería automatizada permite adaptar el mejor sistema de archivo con codificación numérica y mediante el uso de tarjetas RFID, de manera que
visualmente podrá encontrar errores de archivo con más facilidad y se podrá manejar grandes volúmenes de documentos y expedientes de una manera rápida y fácil.
2.1.2. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Consiste en un conjunto de Unidades de Consulta, que en forma de estante o armario están montados sobre un carro o base móvil, los cuales se desplazan
sobre una plataforma con rieles, lo que garantiza orden, limpieza y una óptima distribución de las áreas de archivo o almacén, generando un eficiente uso del área mediante un ahorro sustancial del espacio.
2.1.3. COMPONENTES DEL SISTEMA
Para poder instalar el Sistema de Estantería Automatizada de Alta Densidad, es importante que se tenga una idea general de sus componentes, por ello se da una revisión de las partes siguiendo el orden de instalación. De esta manera podremos tener la certeza de que vamos a ofrecerle a nuestros clientes, la mejor opción y el mejor servicio.
Los componentes más importantes a describir son:
Plataforma
Accionamiento Mecánico
Unidades de Consulta
13 2.1.4. PLATAFORMA
La plataforma de rodado está diseñada con un sistema diferente al común para poder alcanzar un mayor grado de versatilidad pues con ello se puede crecer (véase Figura 4).
Figura 4: Prototipo de Plataforma
La estructura es de madera y el riel es parte integral de la estructura, la colocación y nivelación de la plataforma se hace de una manera simultánea ya que tiene niveladores para tal efecto.
2.1.5. ACCIONAMIENTO MECÁNICO
14 Las ruedas locas van ancladas con los módulos de estantería de movimiento y se desplazan junto con el cajón o estantería móvil para darle un mejor
guiado y desplazamiento longitudinal suave.
Figura 5: Rueda de movimiento
Figura 6: Cremallera-Piñón Fuente: (CEJAROSU, 2005)
2.1.6. UNIDADES DE CONSULTA
15 Consulta fija doble, esta no tiene elementos de rodado pues como su nombre lo indica es la Unidad de Consulta del sistema, es de 2 lados de acceso a la
información y es central; y por último la Unidad de Consulta de Cierre derecha, esta unidad también es móvil y es la unidad terminal del sistema (véase Figura 7).
Figura 7: Estanterías de Biblioteca Automatizada
2.1.7. MECANISMO DE ACCIONAMIENTO
El mecanismo de accionamiento del sistema ARCHIVO MÓVIL está
16 Figura 8: Motores de rueda dentada (piñón).
Con un motor de rueda dentada que da el giro hasta llegar a la posición necesaria para la movilidad de las estanterías laterales.
2.1.8. DIMENSIONES DE LA BIBLIOTECA AUTOMATIZADA
17 2.1.9. MOTOR DE RUEDA DENTADA.
El motor que se usa en el prototipo de Biblioteca Automatizado es de la marca denominada comercialmente súper BAT, que es un motor electrodinámico para desplazamiento o reversa horizontal, para carga variable que se fabrican con potencias desde 1/2 hasta 10 HP. Con selector de acometida de tensión 110 0 220 V corriente alterna. Se divide en tres fases: eléctrica, electrónica y montaje.
Fase Eléctrica: un transformador cuyo bobinado nos dará la fuerza requerida para el trabajo elegido. Tarjeta rectificadora para voltajes menores que alimentan varias entradas de dispositivos internos o externos. Juego de piñones para acelerar o desacelerar el movimiento horizontal, también perpendicular bajo ciertos parámetros.
Fase Electrónica: circuitos que controlan varias aplicaciones, potencia de arranque, aumento de tracción, desaceleración del movimiento, fuerza de parada, bloqueo antiaplastamiento, indicadores de actividad o inercia, lectora múltiple de radiofrecuencia para comando inalámbrico, traba electromagnética de seguridad, destrabe de emergencia por fallo eléctrico o choque.
Montaje: debido al excelente performance del producto, su aplicación y trabajo depende del esfuerzo requerido y la técnica en su aplicación con utilidades ilimitadas.
Relay auxiliar para carga de hasta 300 watts, salida de 12 voltios (400 mA). Fusibles de protección del motor a 10 amperios. Borne para toma de tierra, fotocélula de seguridad, memoria interna de hasta 250 trasmisores.
Permite convertir un movimiento giratorio en uno lineal continuo, o viceversa.
18 de puertas automáticas de garaje, movimiento de estanterías móviles empleadas en archivos, farmacias o bibliotecas, etc.
Permite transmitir un movimiento giratorio entre ejes, modificando las características de velocidad y sentido de giro. Los ejes conductor y conducido pueden ser paralelos o perpendiculares.
Figura 10: Tipos de motores de rueda dentada
La rueda dentada en un disco dotado de dientes, normalmente cilíndricos, que según la disposición del eje que portaba la linterna, iban situados en posición radial o paralela al propio eje.
19 El funcionamiento es similar al de una transmisión por engranajes, pudiendo transferir el movimiento giratorio entre dos ejes paralelos o entre dos
perpendiculares.
Sentido de giro
Puesto que no hay posibilidad de colocar una rueda loca, el sentido de giro de los ejes se invertirá siempre.
Para el cálculo de la relación de transmisión se tiene en cuenta el número de dientes de la rueda y el de barras de la linterna, estableciéndose una relación similar a la empleada para un sistema de engranajes.
Cuando el eje motor está unido a la rueda dentada:
Ec.[1]
Cuando el eje motor está unido a la linterna:
20 2.2.10. CREMALLERA-PIÑÓN
Permite convertir un movimiento giratorio en uno lineal continuo, o viceversa.
Figura 11: Sistema de movimiento Piñón-Cremallera.
Aunque el sistema es perfectamente reversible, su utilidad práctica suele centrarse solamente en la conversión de giratorio en lineal continuo, siendo muy apreciado para conseguir movimientos lineales de precisión (caso de microscopios u otros instrumentos ópticos como retroproyectores), desplazamiento del cabezal de los taladros sensitivos, movimiento de puertas automáticas de garaje, regulación de altura de los trípodes, movimiento de
estanterías móviles empleadas en archivos, o bibliotecas.
Con lo descrito anteriormente, se puede resumir:
Tipo de mecanismo: Transformación circular a lineal
Elemento motriz: Piñón, que describe un movimiento circular.
Elemento conducido: Cremallera, que describe un movimiento lineal.
21 Puesto que la rueda en principio puede girar indefinidamente, debe haber algún sistema que evite que la cremallera «se salga»; es decir, tras cierto
recorrido, la cremallera llegará a un tope que evitará que la rueda siga girando.
La velocidad de la cremallera dependerá del radio del piñón y de su velocidad de giro. Cuanto mayor sea el piñón y más deprisa gire, más rápido se desplazará la cremallera.
El sistema está formado por un piñón (rueda dentada) que engrana perfectamente en una cremallera.
Cuando el piñón gira, sus dientes empujan los de la cremallera, provocando el desplazamiento lineal de esta.
Si lo que se mueve es la cremallera, sus dientes empujan a los del piñón consiguiendo que este gire y obteniendo en su eje un movimiento giratorio. La relación entre la velocidad de giro del piñón (N) y la velocidad lineal de la cremallera (V) depende de dos factores: el número de dientes del piñón (Z) y el número de dientes por centímetro de la cremallera (n).
Por cada vuelta completa del piñón la cremallera se desplazará avanzando tantos dientes como tenga el piñón. Por tanto se desplazará una distancia:
d=z/n Ec.[3]
d=15 / 9 cm d=1,7 cm
y la velocidad del desplazamiento será:
V=N x (z/n) Ec.[4]
22 Figura 12: Sistema cremallera-piñón para cálculo
Fuente: (CEJAROSU, 2005)
Si la velocidad de giro del piñón (N) se da en revoluciones por minuto (r.p.m.), la velocidad lineal de la cremallera (V) resultará en centímetros por minuto (cm/minuto).
2.2. SISTEMA ELÉCTRICO
2.2.1. TARJETAS RFID
RFID (Radio Frequency Identification -Identificación por radiofrecuencia) es una tecnología de identificación automática similar, en cuanto a su aplicación, a la tecnología de código de barras. La diferencia es que RFID utiliza una señal de radiofrecuencia en lugar de una señal óptica.
23 Figura 13: Esquema de un sistema RFID
Fuente: (BORJA ENA, 2007)
2.2.2. COMPONENTES DE UN SISTEMA RFID
Un sistema RFID incluye los siguientes componentes:
Transponder que contiene un código identificativo.
Antena usada para transmitir las señales de RF entre el lector y el dispositivo RFID.
Módulo de radio frecuencia o transceptor el cual genera las señales de RF.
24
Figura 14: Componentes de un sistema RFID.
Fuente: (KIFER, 2006)
2.2.2.1. Transponder
Existen distintos tipos de transponders, inicialmente se puede hacer una clasificación en transponders activos y pasivos:
Transponders activos: necesitan una fuente de alimentación externa (batería), presentan la ventaja de un mayor alcance de emisión pero presentan la desventaja de la dependencia de la batería, de su complejidad y de su elevado costo.
25 2.2.2.2. Antena
Cada sistema RFID incluye como mínimo una antena para transmitir y recibir las señales de radio frecuencia. Para la utilización de otro tipo de sistemas una antena transmite y otra recibe las señales. La cantidad y el tipo de las antenas dependen de la aplicación (velocidad de paso, nº de transponders a detectar).
Figura 15: Antena de sistema RFID Fuente: (KIFER, 2006)
La función que realizan las tarjetas RFID es la siguiente: el transponder y el módulo RFID (transpondedor + lector) trabajan juntos para proporcionar al usuario una solución que no requiere de contacto o línea visual para identificar personas, animales u objetos.
Señal
Módulo RFID
26 Señal
Módulo RFID
Figura 16: Entrada del transponder en el campo electromagnético Fuente: (KIFER, 2006)
2.2.2.3. Módulo RFID
El módulo RFID realiza varias funciones, una de ellas es la de emitir una señal de radio frecuencia de baja potencia para crear un campo electromagnético. El campo electromagnético es emitido por el transceptor a través de una antena transmisora. Este campo electromagnético funciona como una señal “portadora” de potencia del lector hacia el transponder.
La antena contenida en el transponder funciona como un medio para tomar la energía presente en el campo magnético producido por el módulo de RFID y la convierte en energía eléctrica para ser usada por el circuito integrado.
Figura 17: Envío de datos por parte del transponder Fuente: (KIFER, 2006)
Transponder
Módulo RFID Transponder
27 En el funcionamiento del módulo de RFID se pueden identificar claramente dos procesos, el primero de carga en el que los transponders almacenan
energía y el otro de emisión en el que cada transponder envía su código utilizando la energía almacenada en el proceso anterior. El funcionamiento de este módulo de radio frecuencia es controlado por el modulo digital y permite programar o configurar los procesos de carga y lectura dentro de ciertos márgenes.
Figura 18: Módulo de tarjeta RFID Fuente: (KIFER, 2006)
2.2.2.4. Módulo digital
28
Módulo RFID Transponder
Figura 19: Procesado de los datos por parte del lector Fuente: (KIFER, 2006)
La señal electromagnética que proviene del transponder es recuperada por la antena receptora del módulo RFID y convertida a una señal eléctrica. El transceptor detecta y procesa la “débil” señal proveniente del transponder, demodulando los datos originales almacenados en la memoria del circuito integrado contenido dentro del transponder. Para que luego el módulo digital compruebe que los datos recibidos son correctos.
Una vez que el lector verifica que no hay errores y valida la información recibida, los datos son decodificados y reestructurados para su transmisión como información en el formato requerido por el sistema al cual esté conectado el lector.
29 Figura 20: Sistema de control de Biblioteca con tarjetas RFID
Fuente: (BORJA ENA, 2007)
2.2.3. TARJETAS RFID DE 125 KHz
Las tarjetas 125 KHz son tarjetas plásticas con tecnología RFID, sin contacto, generalmente denominadas tarjetas de proximidad.
La tarjeta para identificación por radiofrecuencia (RFID) básica, viene con una identificación única de 32 bits, es blanca, suave y medianamente flexible.
30 Características:
• Basada en la ISO EM4001
• Frecuencia de la portadora 125 KHz • ASK 2 Kbps
• Código Manchester • ID de 32-bits
• Stream total de 64-bits • 2.13 x 3.35 x 0.03 pulgadas.
Su principal ventaja radica en una distancia de comunicación mayor que las tarjetas Mifare (alrededor de 10 cm, y más con antenas especiales).
La tecnología 125Khz fue la primera tecnología de tarjetas sin contacto, con una capacidad de flujo de datos reducida, por lo que se reserva a aplicaciones de control de accesos, control de presencia o control horario, en las que el intercambio de datos es mínimo: se trata de leer el USN (número de serie del chip de la tarjeta) para reconocer
el usuario.
El principal fabricante de chips 125 es Electronic Marin, distribuido con las referencias EM4100 y EM4102.
Todo sistema RFID se compone de un interrogador o sistema de base que lee y escribe datos en los dispositivos y un “transponder” o transmisor que
responde al interrogador:
1. El interrogador genera un campo de radiofrecuencia, normalmente
conmutando una bobina a alta frecuencia. Las frecuencias usuales van desde 125 KHz hasta la banda ISM de 2.4 GHz, incluso más.
2. El campo de radiofrecuencia genera una corriente eléctrica sobre la bobina de recepción del dispositivo. Esta señal es rectificada y de esta manera se alimenta el circuito.
31 4. El interrogador detecta los datos transmitidos por la tarjeta como una
perturbación del propio nivel de la señal.
La señal recibida por el interrogador desde la tarjeta está a un nivel de -60 db por debajo de la portadora de transmisión. El rango de lectura para la mayoría de los casos está entre los 30 y 60 centímetros de distancia entre interrogador y tarjeta.
Podemos encontrar además dos tipos de interrogadores diferentes:
Sistemas con bobina simple, la misma bobina sirve para transmitir la energía y los datos. Son más simples y más baratos, pero tienen menos alcance.
Sistemas interrogadores con dos bobinas, una para transmitir energía
y otra para transmitir datos. Son más costosos, pero consiguen unas prestaciones mayores.
Un Tag está compuesto por un chip y una antena. A pesar que los chips son muy pequeños, las antenas no lo son. Necesitan ser lo suficientemente grandes como para captar la señal emitida por el lector.
Un Tag tiene la capacidad de almacenar tanto la información de identificación como información adicional (fotos, descripciones, fechas de vencimiento).
La información contenida en un tag puede ser actualizada.
Las etiquetas están disponibles actualmente en cantidades industriales con varios formatos: como inlays puros, inlays con adhesivo de respaldo,
insertados en etiquetas sin impresión o como productos convertidos, donde la etiqueta está encapsulada dentro de plástico, caucho u otro material diseñado
a medida, ya sea moldeado o laminado.
32 lectura confiable. Las antenas de las etiquetas pueden ser diseñadas en una gran variedad de configuraciones para lograr distintos rendimientos.
Las antenas de las etiquetas están creadas para soportar un amplio rango de condiciones. Las antenas de dos dipolos son menos sensibles a la orientación física de la fuente que las de un solo dipolo. Otras etiquetas están diseñadas para un rango de condiciones específicas, como la legibilidad cercana a metales.
Las antenas de las etiquetas (véase Figura 22) pueden ser también optimizadas para ser leídas por un tipo específico de lector, o con una antena ubicada en una posición particular. A medida que los estándares se adopten y crezca el nivel de utilización, existirán diversos proveedores alternativos de tags y etiquetas a menores costos en función de un mayor volumen de
producción.
33 Actualmente la demanda esperada de etiquetas RFID es enorme, considerando que sólo Wal-Mart estima un volumen de consumo anual para
cajas / pallets superior a los 8 billones de unidades.
2.2.4. EVOLUCIÓN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE TAGS.
2.2.4.1. Generación 1
Las especificaciones de RFID cubren ambos aspectos de la transmisión de datos vía radiofrecuencia: la comunicación de las etiquetas, y la técnica de programación utilizada para almacenar y leer datos.
Al adoptar los diseños existentes en el mercado (Clase 0 de Symbol Technologies y Clase 1 de Alien Technology, líderes en la industria de cadena de abastecimiento) pudo iniciarse la implementación de la tecnología, probar el valor de la misma, y adquirir el conocimiento necesario para optimizarlo.
EPC Global ha apoyado durante los últimos años la implementación inicial de un conjunto de estándares conocidos como “Generación 1”.
Los tags que se encuentran actualmente certificados por EPC Global para su
uso en la cadena de abastecimiento, se describen a continuación:
Clase 0: Pasiva, basada en UHF y programada en el fabricante. Es la clase más simple de etiquetas RFID. Al contar con los números identificatorios pre programados en las etiquetas, éstas son arbitrariamente asociadas a cajas y pallets a través de una aplicación en la etapa de empaque. La Clase 0 ha sido aprobada por Wal-Mart para la identificación de cajas y pallets.
34 aceptada por Wal-Mart y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, entre otros.
Clase 1: Pasiva basada en UHF o HF (900MHz/13.56 MHz) y programable. La versión UHF es aceptada por Wal-Mart y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, entre otros.
2.2.4.2. Generación 2
Las etiquetas clase 0 y clase 1, las cuales tienden a ser utilizadas en aplicaciones similares en la cadena de abastecimiento, no cumplen actualmente con la interoperabilidad de marcas. La generación que reemplaza las etiquetas clase 0 y clase 1 es la Generación 2. Esto marca el comienzo de un estándar de tags RFID pasivos unificado para las aplicaciones de la cadena de abastecimiento. Las etiquetas que utilizan el estándar de Generación 2 están disponibles desde fines del 2006.
Un sistema RFID consta de los siguientes tres componentes:
Etiqueta RFID o transpondedor: compuesta por una antena, un transductor radio y un material encapsulado o chip. El propósito de la antena es permitirle al chip, transmitir la información de identificación de la etiqueta. Existen varios tipos de etiquetas.
El chip posee una memoria interna con una capacidad que depende del modelo y varía de una decena a millares de bytes. Existen varios tipos de memoria:
Solo lectura: el código de identificación que contiene es único y es personalizado durante la fabricación de la etiqueta.
De lectura y escritura: la información de identificación puede ser modificada por el lector.
35
Lector de RFID o transceptor: compuesto por una antena, un transceptor y un decodificador. El lector envía periódicamente señales para ver si hay alguna etiqueta en sus inmediaciones. Cuando capta una señal de una etiqueta (la cual contiene la información de identificación de esta), extrae la información y se la pasa al subsistema de procesamiento de datos.
Subsistema de procesamiento de datos o Middleware RFID: proporciona los medios de proceso y almacenamiento de datos.
2.2.5. ENTORNOS DE TAGS.
El concepto de tag RFID va asociado al de su ubicuidad. Esto supone que los lectores pueden requerir la selección de tags a explorar de entre muchos candidatos posibles. También podrían desear realizar una exploración de los tags de su entorno para realizar inventarios o, si los tags se asocian a sensores y pueden mantener sus valores e identificar condiciones del entorno. Si un reader intenta trabajar con un conjunto de tags debe conocer los dispositivos que se encuentran en su área de acción para después recorrerlos uno a uno, o bien hacer uso de protocolos de evitación de colisiones.
36 Para leer los datos de los tags, los readers utilizan un algoritmo de simulación basado en el recorrido de árboles, resolviendo las colisiones que puedan
darse y procesando secuencialmente las respuestas. Existen tags bloqueantes (blockertags) que pueden usarse para evitar que haya lectores que accedan a los tags de un área sin necesidad de recurrir a comandos de suicidio para inhabilitar los tags. Estos tags se hacen pasar por tags normales pero poseen ciertas características específicas; pueden tomar cualquier código de identificación como propio, y pueden responder a toda pregunta que escuchen, asegurando el entorno al anular la utilidad de estas preguntas.
En general, puede emitirse una señal espuria si se detecta actividad de tags para bloquear las transmisiones débiles producidas por éstos. En caso de que los tags sean prescindibles o no sean necesarios de nuevo, pueden inutilizarse induciendo en ellos corrientes elevadas que inutilicen sus circuitos. Adicionalmente a esto, un tag puede ser promiscuo, si responde a todas las peticiones sin excepción, o seguro, si requiere autentificación (esto conlleva los aspectos típicos de gestión de claves criptográficas y de acceso). Un tag puede estar preparado para activarse o desactivarse como respuesta a comandos del lector.
Los lectores encargados de un grupo de tags en un área pueden operar en modo autónomo en contraposición al modo interactivo. Si trabajan de esta forma, realizan una identificación periódica de todos los tags en su entorno y mantienen una lista de presencia con tiempos de persistencia (timeouts) e información de control. Si una entrada expira, se elimina de la tabla.
37 de tiempo real o procesamiento de datos (como búsqueda en tablas internas) suele ser conveniente utilizar tags activos.
2.2.6. ESTANDARIZACIÓN.
1. Los estándares de RFID abordan cuatro áreas fundamentales:
Protocolo en el interfaz aéreo: especifica el modo en el que etiquetas RFID y lectores se comunican mediante radiofrecuencia.
Contenido de los datos: especifica el formato y semántica de los datos que se comunican entre etiquetas y lectores.
Certificación: pruebas que los productos deben cumplir para garantizar que cumplen los estándares y pueden inter-operar con otros dispositivos de distintos fabricantes.
Aplicaciones: usos de los sistemas RFID.
2. Los estándares EPC para etiquetas son de dos clases:
Clase 1: etiqueta simple, pasiva, de sólo lectura con una memoria no volátil programable una sola vez.
Clase 2: etiqueta de sólo lectura que se programa en el momento de fabricación del chip (no reprogramable posteriormente).
Las etiquetas RFID de baja frecuencia (LF: 125 - 134 KHz y 140 - 148.5 KHz)
38 Italia ya que interfiere con sus bandas militares. En China y Japón no hay regulación para el uso de la frecuencia ultra elevada. Cada aplicación de
frecuencia ultra elevada en estos países necesita de una licencia, que debe ser solicitada a las autoridades locales, y puede ser revocada. En Australia y Nueva Zelanda, el rango es de 918 - 926 MHz para uso sin licencia, pero hay restricciones en la energía de transmisión.
2.2.7. BENEFICIOS Y VENTAJAS.
Combinación de diferentes tecnologías: la RFID e Internet.
Se inicializa la lectura del libro en viva voz, y permite enriquecerlo de diferentes maneras con aplicaciones interactivas y en línea, al mismo tiempo que conserva su forma sobre papel.
Proveedor de identificación y localización de artículos en la cadena de suministro más inmediato, automático y preciso de cualquier compañía, en cualquier sector y en cualquier parte del mundo.
Lecturas más rápidas y más precisas (eliminando la necesidad de tener una línea de visión directa).
Mantiene niveles más bajos en el inventario.
Mejora el flujo de caja y la reducción potencial de los gastos generales.
Reducción de roturas de stock.
Capacidad de informar al personal o a los encargados de cuando se deben reponer las estanterías o cuando un artículo se ha colocado en el sitio equivocado.
Disminución de la pérdida desconocida.
Ayuda a conocer exactamente qué elementos han sido sustraídos, y si es necesario, dónde localizarlos.
Integra múltiples tecnologías como: vídeo, sistemas de localización, etc.- con lectores de RFID en estanterías ayudarían a prevenir el robo en tienda.
39
Luchar contra la falsificación (esto es primordial para la administración y las industrias farmacéuticas).
Retirada del mercado de productos concretos.
Reducción de costos y el daño a la marca (averías o pérdida de ventas).
2.2.8. TARJETAS DE PROXIMIDAD (RFID)
Las tarjetas de proximidad son cada vez más usadas como portadoras de información ya que el desgaste por rozamiento no existe y su duración es prácticamente indefinida.
Su uso resulta cómodo: estas tarjetas plásticas poseen internamente una antena y no necesitan ser insertadas en un lector: el chip de la tarjeta se comunica con el lector por radiofrecuencia (=RF) e identifica al titular (=ID) sin contacto físico. Por ello se llaman también "tarjetas contactless" o "tarjetas RFID".
Son utilizadas en aquellos escenarios donde la fluidez y el ahorro de tiempo son factores importantes como en controles de accesos en eventos, peajes o transporte público.
Se fabrican dos tipos de tarjetas con chip RFID, que básicamente se distinguen por su frecuencia y con ello por su alcance y capacidad de memoria:
2.2.9. CHIP DE BAJA FRECUENCIA - 125 KHz
40 Se fabrican diferentes modelos, tales como:
Chip sólo lectura: capacidad de 64 bits que alberga un ID único por cada tarjeta.
Chip lectura/escritura: hasta 264 bits de memoria protegida por contraseña.
Chip de Alta frecuencia - 13,56 MHz (Tarjetas inteligentes sin contacto/Mifare)
En comparación con las tarjetas de 125 KHz, las tarjetas Mifare son más versátiles.Las tarjetas Mifare se caracterizan por una capacidad de lectura y escritura con 1Kb de memoria organizada en 16 sectores de 4 bloques de 16 bytes cada uno. Soportan anticolisión e incorporan un alto nivel de seguridad en las operaciones con la tarjeta.
Se incorporan chips más comunes del mercado en los tags, tanto de alta como de baja frecuencia:
125 kHz
EM4102, EM 4305, EM4450
NXP Hi tag
Atmel ATA5567, ATA5577, Q5
Codificación y personalización
Se ofrecen dos opciones:
Personalización y codificación de sus tarjetas
Se codifica y personaliza mediante un grabador y/o impresora de
41 2.2.10. PRINCIPALES COMPONENTES ELECTRONICOS.
2.2.10.1. Condensadores.
Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía
en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico.
Tiene una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia y polaridad, que debemos aprender a distinguir.
En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separación, en cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire.
Capacidad: se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan
grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).
Tensión de trabajo: es la máxima tensión que puede soportar un condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a una tensión superior a la máxima.
Tolerancia: igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.
42 Tabla 1: Código de colores en los condensadores
Colores Banda 1 Banda 2 Multiplicador Tensión
Negro -- 0 X 1
Marrón 1 1 X 10 100 V.
Rojo 2 2 X 100 250 V.
Naranja 3 3 X 1000
Amarillo 4 4 X 104 400 V.
Verde 5 5 X 105
Azul 6 6 X 106 630 V.
Violeta 7 7
Gris 8 8
Blanco 9 9
La capacidad de un condensador es la propiedad que permite el almacenamiento de una carga eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial entre los conductores. La capacidad se mide en faradios, y es función del dieléctrico y de la forma y dimensiones geométricas del
componente. Varía con la humedad, la temperatura, las vibraciones, la presión barométrica (en algunos modelos) y a veces incluso con la tensión eléctrica aplicada. Un condensador real no presenta sólo una capacidad sino que tiene asociadas una resistencia e inductancia, debidas a los terminales y a la estructura del componente.
La frecuencia de resonancia es tanto menor cuanto mayor sea la capacidad, y
43 Figura 24: Variación de la impedancia de tres tipos de condensadores
distintos, en función de la frecuencia.