• No se han encontrado resultados

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL BELLOSO CHACÍN FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE COMPUTACIÓN

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL BELLOSO CHACÍN FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE COMPUTACIÓN"

Copied!
20
0
0

Texto completo

(1)

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL BELLOSO CHACÍN

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE COMPUTACIÓN

SISTEMA INTEGRADO PARA ANÁLISIS EXPERIMENTAL EN UN LABORATORIO DE FISICA

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN COMPUTACIÓN

PRESENTADO POR:

MEDINA, GUSTAVO RIVERO, LORENZO

TORO, EDUARDO

ASESORADO POR:

Dra. MARIBEL ORDOÑEZ DR. JOSÉ OROPEZA

MARACAIBO, Julio 2019.

(2)

SISTEMA INTEGRADO PARA ANÁLISIS EXPERIMENTAL EN UN LABORATORIO DE FISICA

(3)

iii VEREDICTO

(4)

iv VEREDICTO

(5)

v VEREDICTO

(6)

vi DEDICATORIA

Dedico este trabajo principalmente a mi madre, por ser el pilar más importante y por demostrarme siempre su apoyo incondicional sin importar nuestras diferencias de opiniones. A mi padre, a pesar de nuestra distancia física, A mi hermano menor Esteban quien es el impulso que me motiva día a día a crecer para ayudarlo siempre que lo necesite.

GUSTAVO MEDINA A mis padres, Lorenzo Rivero y Urania Freites por darme la vida y por estar siempre ahí cuando los necesité, por enseñarme y por guiarme en este trayecto. También a aquellos profesores que mucho nos apoyaron, con especial mención de Manuel Bertrán, Luis Montiel, y nuestros tutores Maribel Ordoñez y José Oropeza, por tenernos paciencia y darnos el conocimiento necesario para alcanzar la excelencia.

LORENZO RIVERO A Dios y la Virgen Santísima, por darme la sabiduría y la fortaleza para poder culminar mi carrera a pesar de todas las adversidades que sufrimos día a día. También a mis padres Blanca Beltrán y Ferali Toro; por todo el apoyo y cariño que me brindaron durante esta etapa y que me siguen brindando día tras día. A mi hermana menor, María Toro, por siempre estar a mi lado.

EDUARDO TORO

(7)

vii

AGRADECIMIENTOS

La realización de este trabajo fue posible debido a la colaboración, experiencia, y apoyo de esas personas que estuvieron con nosotros a lo largo del trayecto. Agradecemos profundamente al profesor Lorenzo Rivero, por proponer el tema de la tesis y asistirnos la realización de este trabajo, al profesor Luis Montiel por ayudarnos a hacer las pruebas y asistirnos en la elaboración del proyecto. A nuestros dos tutores, José Oropeza y Maribel Ordoñez por proveernos de asistencia continua para presentar este trabajo especial de grado con una calidad máxima. Y sobre todo, a Dios Todopoderoso por brindarnos sabiduría, fortaleza y acompañarnos en todo momento.

GUSTAVO MEDINA, LORENZO RIVERO, EDUARDO TORO.

(8)

viii

Medina, Gustavo; Rivero, Lorenzo y Toro, Eduardo. “Sistema Integrado para Análisis Experimental en un Laboratorio de Física”. Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Computación. Maracaibo. 2019.

RESUMEN

En el presente trabajo especial de grado se desarrolló un sistema integrado para análisis experimental en un laboratorio de física, que tiene como propósito el recolectar datos de los sensores que eran pertenecientes al sistema de experimentos de la empresa PASCO Scientific, pero quedaron en desuso por la obsolescencia del sistema. Los fundamentos teóricos de esta investigación se apoyaron en los manuales de la empresa PASCO Scientific (1995) y en los planteamientos teóricos de los autores Pan, Zhu (2017) y Wilmshurt (2010), entre otros. La investigación se consideró de tipo descriptiva, proyectiva, documental, y no experimental. Como técnicas de recolección de datos se empleó la observación directa, la entrevista estructurada y la revisión documental. Como metodología para la investigación, se utilizó un hibrido entre los enfoques propuestos por James Senn (1992), y el modelo en V de desarrollo de software por Ronald Tyson (2018). De allí surgen las siguientes fases: (FASE I) investigación preliminar, (FASE II) definición de especificaciones, (FASE III) diseño global, (FASE IV) diseño en detalle, (FASE V) implementación, (FASE VI) test unitario, (FASE VII) Integración y (FASE VIII) test operacional del sistema. Como resultado, se logró alcanzar el objetivo general, que fue el desarrollo del Sistema Integrado para Análisis Experimental en un Laboratorio de Física .En conclusión, el sistema es capaz de obtener señales de los sensores por medio de un Arduino, para después ser procesadas y mostradas en forma de grafica en un computador personal, con opción de guardar los datos. Una de las recomendaciones es la de implementar más puertos de entrada para los sensores, dado que el sistema realizado solo cuenta con uno, y sería conveniente en caso de expandir el número de sensores de experimentos soportados.

Palabras Clave: Sistema Integrado, Laboratorio, experimento, análisis experimental

(9)

ix

Medina, Gustavo; Rivero, Lorenzo and Toro, Eduardo “Integrated System for Experiment Analysis in a Physics Laboratory”. Private University Dr. Rafael Belloso Chacín. Faculty of Engineering. School of Computing. Maracaibo. 2019.

ABSTRACT

In this present degree thesis an Integrated System for Experiment Analysis in a Physics laboratory was developed, the system has the purpose of being able to read data from the sensors made by the company PASCO Scientific, which were part of an experiment system developed by the same company, but were left unused because of the system’s obsolescence. The theoretical bases of the investigation were supported by the manuals made by PASCO Scientific (1995), and in the theoretical approaches made by the authors Pan, Zhu (2017) and Wilshurt (2010). The research was descriptive, projective, documental and non-experimental. As data collection techniques direct observation, structured interview and document revision were used. The methodology for this research was a hybrid between the strategies purposed by James Senn (1992), and the V-Model Software Development methodology by Ronald Tyson (2018). The following phases where constructed as a result:

(PHASE I): Preliminary Investigation, (PHASE II) Definition of Specifications, (PHASE III): Global Design, (PHASE IV) Design in detail, (PHASE V) Implementation, (PHASE VI), Unit Testing, (PHASE VII) Integration, and (PHASE VIII) System operational Test. The result of the investigation, was the completion of the general objective, which was the development of the Integrated System for Experiment Analysis in a Physics Laboratory. In conclusion, the system is capable of obtaining de data signals from the sensors by the use of an Arduino board, to then process the signals and make a graphic that can be seen on a personal computer, with the option of being able to save the data. One of the recommendations is to include more entry ports for sensors, since the system only counts with one entry port, and would be convenient in the case that more experiment sensors become supported.

Keywords: Integrated system, Laboratory, experiment, experiment analysis.

(10)

x

ÍNDICE GENERAL

Pág.

VEREDICTO ... iii

DEDICATORIA ... vi

AGRADECIMIENTOS... vii

RESUMEN………...………… ……….……….viii

ABSTRACT………....ix

ÍNDICE GENERAL ... x

ÍNDICE DE CUADROS ... xvi

ÍNDICE DE FIGURAS ... xvii

INTRODUCCIÓN ... 1

CAPÍTULO I. EL

PROBLEMA………...¡Error! Marcador no definido.

1. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE ESTUDIO ... ¡Error!

Marcador no definido.

2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... ¡Error! Marcador no definido.

3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ... ¡Error! Marcador no definido.

3.1. OBJETIVO

GENERAL………...¡Error!

Marcador no definido.

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... ¡Error! Marcador no definido.

4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN¡Error! Marcador no definido.

(11)

xi

5. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN¡Error! Marcador no definido.

(12)

xii

CAPITULO II. MARCO TEORICO ... ¡Error! Marcador no definido.

1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN¡Error! Marcador no definido.

2. BASES TEÓRICAS ... ¡Error! Marcador no definido.

2.1. SISTEMA INTEGRADO ... ¡Error! Marcador no definido.

2.1.1. CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS INTEGRADOS. .... ¡Error!

Marcador no definido.

2.1.1.1. BASADOS EN SU POTENCIA.¡Error! Marcador no definido.

A. SISTEMAS A PEQUEÑA ESCALA¡Error! Marcador no definido.

B. SISTEMAS A MEDIANA ESCALA¡Error! Marcador no definido.

C. SISTEMAS A GRANDE ESCALA¡Error! Marcador no definido.

2.1.1.2. BASADOS EN SU FUNCIONABILIDAD¡Error! Marcador no definido.

A. SISTEMAS INDEPENDIENTES¡Error! Marcador no definido.

B. SISTEMAS A TIEMPO REAL. ¡Error! Marcador no definido.

C. SISTEMAS BASADO EN REDES.¡Error! Marcador no definido.

D. SISTEMAS MOVILES... ¡Error! Marcador no definido.

2.1.2. COMPONENTES DE UN SISTEMA INTEGRADO ... ¡Error!

Marcador no definido.

2.1.3 APLICACIONES DE UN SISTEMA INTEGRADO. ... ¡Error!

Marcador no definido.

2.2. SENSORES ... 27

(13)

xiii

2.2.1. TIPOS DE SENSORES ... 28

A. SENSOR DE TEMPERATURA... 28

B. SENSOR DE CAIDA LIBRE………...30

2.2.2. CARACTERISTICAS DE LOS SENSORES... 31

2.3 PROBEWARE ... 33

2.3.1 TIPOS DE PROBEWARE ... 35

2.3.2. PROPOSITO DEL PROBEWARE ... 36

2.4 ARDUINO ... 36

2.4.1 TIPOS DE ARDUINO ... 38

2.4.2 ARDUINO UNO ... 39

2.4.2.1 COMPONENTES DEL ARDUINO UNO ... 41

2.5.3 APLICACIONES DE UN ARDUINO ... 42

2.5 INTERFAZ COMPUTACIONAL ... 45

2.6 SEÑAL ... 45

2.6.1 TIPOS DE SEÑALES ... 46

SEÑAL ANALOGICA ... 46

B. SEÑAL DIGITAL ... 47

2.7 ANÁLISIS EXPERIMENTAL ... 49

2.7.1. ANALISIS DE DATOS. ... 49

2.7.2. EXPERIMENTO. ... 50

A. TIPOS DE EXPERIMENTOS... 51

B. IMPORTANCIA DE LOS EXPERIMENTOS ... 51

C. METODO CIENTIFICO ... 52

D. PAPEL DE LA COMPUTACION EN LA REALIZACION DE LOS EXPERIMENTOS. ... 52

3. SISTEMA DE VARIABLES ... ¡Error! Marcador no definido. A. DEFINICIÓN NOMINAL ... 53

B. DEFINICIÓN CONCEPTUAL ... 53

C. DEFINICIÓN OPERACIONAL ... 54

(14)

xiv

CAPÍTULO III ... 57

1. TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 57

2. POBLACIÓN ... 60

3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS... 62

3.1 TÉCNICA ... 62

3.1.1 ENTREVISTA ... 63

A……ENTREVISTA ESTRUCTURADA ... 63

3.1.2 OBSERVACION DIRECTA ... 64

3.1.3 REVISIÓN DOCUMENTAL ... 65

3.2 INSTRUMENTOS ... 65

3.2.1 GUIA DE ENTREVISTA ... 66

3.2.2 GUIA DE OBSERVACION ... 66

4. METODOLOGÍA SELECCIONADA ... 67

5. CUADRO Y CRONOGRAMA, DE ACTIVIDADES Y RECURSOS ... 71

6. HERRAMIENTAS Y MATERIALES UTILIZADOS………...77

CAPITULO IV………80

1. ANALISIS DE LOS DATOS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS…...80

1.1. ANALISIS DE LOS DATOS……….………...……81

FASE I: INVESTIGACIÓN PRELIMINAR………..…….………81

FASE II: DEFINICIÓN DE ESPECIFICACIONES……….83

FASE III: DISEÑO GLOBAL ………....85

FASE IV: DISEÑO EN DETALLE……….87

FASE V: IMPLEMENTACIÓN……….….92

FASE VI: TEST UNITARIO……….102

(15)

xv

FASE VII: INTEGRACION………..104

FASE VIII: TEST OPERACIONAL DEL SISTEMA……….108

CONCLUSIONES ... ¡Error! Marcador no definido. RECOMENDACIONES ... ¡Error! Marcador no definido. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... ¡Error! Marcador no definido. ANEXOS ... ¡Error! Marcador no definido.26 ANEXO A ... ¡Error! Marcador no definido. ANEXO B...130

ANEXO C……….…137

ANEXO D……….141

ANEXO E……….144

ANEXO F……….146

ANEXO G……….148

ANEXO H……….151

ANEXO I………...155

(16)

xvi

ÍNDICE DE CUADROS

CUADROS Pág.

1. Algunas de las sondas (probes) más usadas……….35

2. Lista de las versiones de Arduino desde 2007 hasta 2013………..38

3. Características de la población (Sujetos)………..………..61

4. Características de la población (Objetos)………61

5. Cuadro De Actividades………72

6. Cronograma De Actividades………..75

7. Herramientas y Equipos Utilizados………...77

8. Materiales utilizados para la parte de Hardware del sistema…………...78

9. Análisis de factibilidad económica del Sistema integrado……….82

10. Reporte de pruebas unitarias………..103

11. Reporte de pruebas de integración……….106

12. Reporte final de pruebas con experimentos………..110

13. Reporte de guía de observación……….111

(17)

xvii

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA Pág.

1. Un sistema integrado genérico……… …….………25

2. Diagrama de las distintas presentaciones del Sensor de Temperatura LM35……….…………....……29

3. El adaptador de caída libre PASCO ME-9207B………..….…………31

4. Sistema probeware PASCO Spark……….……….………..34

5. Modelos de microcontrolador Arduino……….………….…...38

6. Diagrama de pines del Arduino UNO……….………41

7. Modelo real del ArduSat……….………….……….44

8. Arduino Lilipad……….……….….…44

9. Señal analógica……….47

10. Tipos de señales digitales. (a) Señal Digital, (b) Señal digital codificada………..48

11. Ejemplo del modelo en V de ciclo de vida……….67

12. Diagrama de bloque de la estructura del sistema………86

13. Diseño lógico del circuito para el Sistema……….88

14. Diagrama de flujo de Datos general del Software del Sistema………….90

15. Diagrama entidad-relación de la base de datos……….…..…91

16. Simulación del sensor de Temperatura……….93

17. Simulación del circuito para experimento de caída libre………....93

18. Menú principal del Sistema Integrado………95

19. Ventana de opciones para el experimento de Caída Libre………....96

20. Ventana de opciones para el experimento de Temperatura…………..…96

21. Ventana previa a las prácticas de los experimentos………...97

22. Práctica de Temperatura a tiempo real...………..98

23. Gráfica del experimento de Caída Libre.……….…..98

(18)

xviii

24. Ventana previa a los experimento con datos cargados…………...……...99 25. Tabla de datos del Experimento………...…100 26. : Opción para ver los datos del Experimento………..……...101 27. Ventana con los experimentos almacenados en la base de datos…….101

(19)

INTRODUCCIÓN

La tecnología siempre ha sido una herramienta que ha usado el hombre para hacer su trabajo más sencillo, esto siempre pone en demanda la creación de sistemas y herramientas más eficaces y modernas, para mantener una compatibilidad y eficiencia máxima. Pero, hay casos en donde suplantar un sistema no es posible debido a los costos económicos, o por falta de disposición de la persona o compañía que hace uso de estos.

Tal es el caso, de la interfaz para experimentos PASCO ScienceWorkshop 750, el cual, era usado en los laboratorios de física de urbe con la funcionabilidad de captar datos de los experimentos de física con la ayuda de sensores, además de graficar esos datos gracias a un software capaz de conectarse a esta. Lamentablemente, el sistema PASCO quedo en desuso por obsolescencia.

El propósito de este trabajo de investigación, es el crear un sistema integrado que permita reutilizar los sensores pertenecientes al sistema antiguo, con base en tecnología ARDUINO como plataforma del hardware, además de crear un programa que grafique los datos extraídos por los sensores, y que guardar los experimentos en una base de datos. En la parte de experimentos, se usaran las prácticas de temperatura, y de caída libre.

El trabajo está desarrollado de manera estructurada, en 4 capítulos, los cuales están presentados de la siguiente manera:

(20)

2

El Capítulo I, denominado “El Problema”, donde se plantea la descripción de la situación de objeto de estudio, en la cual se desarrolla la situación de la problemática actual, también se identifican los objetivos generales y específicos, la justificación y la delimitación de la investigación.

Seguido por el Capítulo II, denominado como “Marco Teórico”, donde se presentan los antecedentes de la investigación, las Bases Teóricas, donde se presentas las definiciones proporcionadas por varios autores, sobre los elementos que conforman el Sistema Integrado para Análisis Experimental en un Laboratorio de Física. Y por último, se presenta el sistema de variables.

También, en el Capítulo III, denominado “Marco Metodológico”, se incluye el tipo y diseño de la investigación, población, la metodología seleccionada, cuadro y cronograma de actividades y recursos, y los instrumentos de medición de datos.

Por último, el Capítulo IV, los “Resultados de la Investigación”, donde se presentan los resultados de la investigación, el análisis de los mismos, y por último se expresan las conclusiones y recomendaciones.

Referencias

Documento similar

Los resultados demostraron que existe un interés en utilizar recursos como el computador y los software educativos para facilitar el proceso de aprendizaje del inglés siendo de

Es por ello que esta investigación se ha trazado como propósito analizar la autoestima de los niños y niñas del sexto grado de la Escuela Básica Nacional Luisa Cáceres de Arismendi

La realización del presente trabajo pretende resaltar la importancia de desarrollo de un Software Educativo como recurso para incentivar el aprendizaje de la cátedra Hidrografía

Posteriormente, se presentan las conclusiones de la investigación, conjuntamente con las principales recomendaciones que los autores proporcionan al lector, a fin de contribuir en

En el desarrollo de esta investigación se propone el diseño de una red de datos con base en tecnología inalámbrica para el servicio de internet en zonas residenciales

El cuarto capitulo de esta investigación trata acerca de los resultados de esta investigación al aplicar cada una de las fases de la metodología seleccionada para realizar el

La invalidez en el MMPI por no respuestas no se considera criterio positivo (sólo se puede considerar tal posibilidad en caso de daño neurológico que justifique tal estilo

Evaluación de la determinación, declaración y pago del impuesto sobre la renta e impuesto al valor agregado en la empresa AMERICAN DISTRIBUTION DE VENEZUELA, C.A.. Rafael Belloso