IMPLEMENTACIÓN DE UNA APLICACIÓN ELECTRÓNICA MEDIANTE LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI PARA LA ENSEÑANZA DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

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UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ

FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

PROYECTO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL

TÍTULO DE

INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

TEMA

IMPLEMENTACIÓN DE UNA APLICACIÓN ELECTRÓNICA MEDIANTE LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI PARA LA ENSEÑANZA DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

AUTOR

RUTH MARIA ALVARADO ESPINOZA

TUTOR

DR. JULIO ALBERTO CEDEÑO FERRÌN

(2)

II

UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ

FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR

Que el presente proyecto de titulación: ´´IMPLEMENTACIÓN DE UNA APLICACIÓN ELECTRÓNICA MEDIANTE LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI PARA LA ENSEÑANZA DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES´´. Ha sido exclusivamente revisado en varias sesiones de trabajo, el cual se encuentra listo para presentación y apto para su defensa.

Las opiniones y conceptos vertidos en el proyecto de investigación son el resultado de un trabajo dedicado y constante, por lo tanto, se demuestra la originalidad de su contenido por su autora: Sra. Ruth María Alvarado Espinoza con C.I 130894770-2.

Ing. Julio Alberto Cedeño Ferrín

(3)

III

DECLARACIÓN DE AUTORIA

El proyecto de titulación: ´´IMPLEMENTACIÓN DE UNA APLICACIÓN ELECTRÓNICA MEDIANTE LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI PARA LA ENSEÑANZA DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES´´.

DE CLAVES CIFRADAS UTILIZANDO IKE (INTERNET KEY EXCHANGE) EN LA CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES DE LA UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ”, elaborado por el egresado Ruth María Alvarado, previo a la obtención del título de Ingeniero en Sistemas Computacionales, certifica que la misma fue ejecutada por el autor, bajo la dirección del Ing. Julio Cedeño Ferrín, cuyas ideas, criterios y propuesta expuesta en el presente trabajo de investigación son de exclusiva responsabilidad de la misma.

Jipijapa, marzo 2019

Ruth María Alvarado Espinoza

(4)

IV

UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ

FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS

CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES

CERTIFICACIÓN DE APROBACIÓN

Proyecto de titulación sometido a consideración de la Comisión de Titulación de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales de la Faculta de Ciencias Técnicas de la Universidad Estatal del Sur de Manabí como requisito para obtener el título de Ingeniero en Sistemas Computacionales.

TEMA: “IMPLEMENTACIÓN DE UNA APLICACIÓN ELECTRÓNICA MEDIANTE LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI PARA LA ENSEÑANZA DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES´”.

APROBADO POR EL TRIBUNAL EXAMINADOR DEL PROYECTO DE

INVESTIGACIÓN

Ing. Holanda Campozano Pilay Ing. Adriana Castillo Merino MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAL

(5)

V

DEDICATORIA

En primer lugar, a Dios Padre Celestial, por haberme dado la fortaleza y sabiduría necesaria para culminar esta importante etapa de mi vida.

De igual manera, mi sincero agradecimiento a toda mi familia, en especial a mis padres pilar fundamental ya que me han apoyado constantemente en todos los eventos de mi vida, en especial en este proyecto.

A los docentes, que a lo largo de estos años fueron y serán ejemplo, de constancia, dedicación y superación de las adversidades que la vida nos presenta.

(6)

VI

AGRADECIMIENTO

A Dios por haberme dado la voluntad y el entendimiento para terminar una meta más, a mi madre, por ser siempre un apoyo incondicional y por saber inculcarme los valores de la vida, a mi padre, por ser la persona siempre estuvo pendiente en todo momento necesitado, y demás familiares que con su apoyo y ayuda en todo momento fueron fundamentales para culminar esta meta de mi vida.

A los Docentes, por las enseñanzas y experiencias dadas a lo largo de estos años y a todas aquellas personas que me ayudaron con su experiencia y apoyo incondicional, orientándome siempre.

Al ING. JULIO ALBERTO CEDEÑO FERRÌN Tutor de Proyecto de Investigación, por su valiosa colaboración y ayuda en el desarrollo de este trabajo.

(7)

VII

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ... II DECLARACION DE AUTORIA ... III CERTIFICACIÓN DE APROBACIÓN ... IV DEDICATORIA ... V AGRADECIMIENTO ... VI ÍNDICE DE CONTENIDOS ...VII ÍNDICE DE ILUSTRACIÓN ... X ÍNDICE DE TABLAS ... XI ÍNDICE DE GRÁFICOS ...XII RESUMEN EJECUTIVO ... XIII EXECUTIVE SUMMARY ... XIV

INTRODUCCIÓN ... 1

I. TÍTULO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN ... 2

II. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ... 3

2.1. Definición del problema ... 3

2.2. Formulación del problema.………3

III. OBJETIVOS ... 4

3.1. Objetivo general ... 4

3.2. Objetivos específicos ... 4

IV. JUSTIFICACIÓN ... 5

V. MARCO TEORICO ... 6

5.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS ... 6

5.2. BASES TEÓRICAS ... 8

5.2.1. Robótica ... 8

5.2.2. La robótica educativa ... 9

5.2.3. Robot ... 9

5.2.4. Clasificación de los robots según su cronología ... 9

5.2.5. Mindstorm Lego ... 10

5.2.6. Microbit ... 10

5.2.7. Sistema de visión artificial ... 11

5.2.8. Clasificación de los robots interactivos robótica social ... 11

5.2.8.1. Robot interactivo Descripción Robots Evocativos ... 11

5.2.8.2. Robots de Interfaz ... 12

5.2.8.3. Robots Receptivos ... 12

5.2.8.4. Robots Sociables ... 12

5.2.8.5. Robot operative system (ROS) ... 12

5.2.9. Raspberry Pi ... 13

5.2.10. Pines Gpio Raspberry Pi ... 13

5.2.11. Herramienta o plataforma de desarrollo para Raspberry Pi ... 13

5.2.12. Hardware ... 14

(8)

VIII

5.2.14. Raspbian ... 15

5.2.15. Python ... 15

5.2.16. Ide: Spyder ... 15

5.2.17. Adaptadores de dispositivos Mindstorms a Raspberry Pi ... 16

5.2.18. Librerías de uso del BCM2835 ... 16

5.2.19. Librería BCM2835 ... 17

5.2.20. Rasbsberry Pi y arduino y su potencial uso como herramienta para educación ... 17

5.2.21. Servomotor ... 17

5.2.22. Sensor de corriente... 18

5.2.23. Motores DC ... 18

5.2.24. Diodos Led ... 18

5.2.24.1. Características de los Diodos Led………... 18

5.2.25. Los sistemas embebidos ... 19

5.2.26. Máquinas virtuales ... 19

5.2.27. Inteligencia artificial (AI)... 20

5.2.28. Aprendizaje automático ... 20

5.2.29. Ingeniería del conocimiento ... 20

5.2.29.1. Conocimiento declarativo ... 21

5.2.29.2. Conocimiento procedimental ... 21

5.2.29.3. Conocimiento heurístico... 21

5.2.30. Aprendizaje significativo ... 21

5.2.31. Inteligencia artificial y su enseñanza ... 21

5.2.32. Aprendizaje por experiencias – Aprendizaje por proyectos... .22

5.2.33. Aplicaciones………22

5.3. MARCO CONCEPTUAL ... 23

VI. HIPÓTESIS ... ...26

VII. VARIABLES ... ....26

7.1. Variable Dependiente………..……..….…...26

7.2. Variable Independiente………...26

VIII. METODOLOGÍA………...27

8.1 Métodos……….………..27

8.2 Técnicas……….………..27

8.3 Población……….28

8.3.1 Muestra……….………..28

8.4 Recursos ……….29

IX. PRESUPUESTO ………..…….30

X. ANÁLISIS Y TABULACIÓN DE RESULTADOS………..…....31

XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ... 41

XII. BIBLIOGRAFIA ... 42

XIII.PROPUESTA ... 45

13.1. Título de la Propuesta ... 45

13.2. Justificación………....45

13.3. OBJETIVOS ... 46

(9)

IX

13.3.2.Objetivos Específicos.. ... ……46

13.4. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD.. ... 47

13.4.1. Factibilidad Técnica………47

13.4.2. Factibilidad Operacional…….………47

13.4.3. Factibilidad Económica………...47

13.5. DECLARACIÓN DE LA PROPUESTA….………..49

13.5.1. Alcance………….………...49

13.6. FASES DE LA PROPUESTA ………...50

13.7. DISEÑO DE LA PROPUESTA……….51

XIV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……….…53

14.1. Conclusiones………...53

14.2. Recomendaciones………..….………53

XV. MANUAL TÉCNICO………..54

XVI. MANUAL DE PRÁCTICA………...……70

(10)

X

ÍNDICE DE ILUSTRACIÓN

ILUSTRACIÓN 1 FUENTE DE PODER FIJA Y VARIABLE ... 57

ILUSTRACIÓN 2 DIODOS LED ... 57

ILUSTRACIÓN 3 SALIDA MÓDULO MOTORES DC ... 58

ILUSTRACIÓN 4 SALIDA MÓDULO MOTORES DRONES ... 59

ILUSTRACIÓN 5 SALIDA MÓDULO MOTORES PASO A PASO ... 59

ILUSTRACIÓN 6 SALIDA MÓDULO SERVOMOTORES ... 60

ILUSTRACIÓN 7 TARJETA RASPBERRY PI ... 61

ILUSTRACIÓN 8 PROTOBOARD ... 62

ILUSTRACIÓN 9 FUENTE DE PODER RASPBERRY PI ... 62

ILUSTRACIÓN 10 SERVOMOTOR MG996R ... 63

ILUSTRACIÓN 11 SERVOMOTOR SG90 ... 63

ILUSTRACIÓN 12 MOTOR DRONE ... 64

ILUSTRACIÓN 13 MOTOR PASO A PASO ... 64

ILUSTRACIÓN 14 MOTOR DC ... 65

ILUSTRACIÓN 15 PANTALLA LCD ... 66

ILUSTRACIÓN 16 CABLES DUPOND ... 66

ILUSTRACIÓN 17 SENSOR ULTRASÓNICO ... 67

ILUSTRACIÓN 18 BUZZER ... 67

ILUSTRACIÓN 19 SENSOR DE MOVIMIENTO PIR ... 68

ILUSTRACIÓN 20 ENTRENADOR ELECTRÓNICO CON RASPBERRY PI ... 68

ILUSTRACIÓN 21 ... 73

ILUSTRACIÓN 27 ENCUESTAS A ESTUDIANTES ... 84

ILUSTRACIÓN 28 ENCUESTAS A ESTUDIANTES ... 84

ILUSTRACIÓN 29 TARJETA ELECTRÓNICA RASPBERRY PI ... 85

ILUSTRACIÓN 30 REALIZANDO PRACTICAS ... 85

ILUSTRACIÓN 31 ENTREVISTA A LOS DOCENTES ... 86

(11)

XI

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1 TARJETA RASPBERRY PI ... 31

TABLA 2 FUNCIONAMIENTO DE LA TARJETA RASPBERRY PI ... 32

TABLA 3 DISEÑOS DE APLICACIONES CON LA TARJETA RASPBERRY PI ... 33

TABLA 4 DISEÑO DE UN MÓDULO CON TARJETA RASPBERRY PI ... 34

TABLA 5 SISTEMA OPERATIVO DE LA RASPBERRY PI ... 35

TABLA 6 APLICACIONES DE LA RASPBERRY PI ... 36

TABLA 7 PROGRAMACIÓN DE LA RASPBERRY PI... 37

(12)

XII

ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1 TARJETA RASPBERRY PI ... 31

GRÁFICO 2 FUNCIONAMIENTO DE LA TARJETA RASPBERRY PI ... 32

GRÁFICO 3 DISEÑOS DE APLICACIONES CON LA TARJETA RASPBERRY PI33 GRÁFICO 4 DISEÑO DE UN MÓDULO CON TARJETA RASPBERRY PI... 34

GRÁFICO 5 SISTEMA OPERATIVO DE LA RASPBERRY PI ... 35

GRÁFICO 6 APLICACIONES DE LA RASPBERRY PI ... 36

GRÁFICO 7 PROGRAMACIÓN DE LA RASPBERRY PI ... 37

(13)

XIII

RESUMEN EJECUTIVO

El presente proyecto de titulación se enfoca en la ´´Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para la enseñanza de la Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingenierías en Sistemas Computacionales´´. Donde se procedió a realizar una investigación para conocer el funcionamiento de los componentes electrónicos, programación y diseño de circuito que permita cumplir con los objetivos propuestos para obtener la información del marco teórico se empleó el método bibliográfico, se realizó las entrevistas a los docentes y las encuestas a los estudiantes para obtener información relevante acerca de la aplicación de este proyecto que fortalezca proceso de enseñanza aprendizaje. La Implementación una Aplicación Electrónica, será utilizado para trabajar con circuitos digitales, aplicando la Tecnología Raspberry Pi, donde se integran tecnologías como Programación y Electrónica, además se ha elaborado un manual de usuario y técnico que sirva de guía al profesional en formación para realizar las prácticas, que le permitirá desenvolverse de manera eficiente en el campo profesional en mantenimiento de sistemas inteligente.

PALABRAS CLAVE.

Componentes, enseñanza - aprendizaje, inteligencia artificial, tecnología. .

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XIV

EXECUTIVE SUMMARY

The present degree project focuses on the ´´Implementation of an Electronic Application through Raspberry Pi technology for the teaching of Artificial Intelligence of the Computer Systems Engineering Degree´´. Where a study is carried out to know the operation of electronic components, programming and circuit design that allows to meet the proposed objectives to obtain the information of the theoretical framework, the bibliographic method will be used, interviews with teachers and surveys will be carried out. Students to obtain relevant information about the application of this project that strengthens the teaching-learning process. The Implementation of an Electronic Application will be used to work with digital circuits, applying Raspberry Pi Technology, where technologies such as Programming and Electronics are integrated, and a user and technical manual has been developed to guide the professional in training to perform the practices, which allow you to function efficiently in the professional field in intelligent system maintenance.

KEYWORDS.

(15)

1

INTRODUCCIÓN

Esta investigación, consiste en el diseño de la ´´Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para la enseñanza de Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales´´, y tiene como finalidad entregar una herramienta pedagógica que fortalezca la enseñanza tradicional a una enseñanza científica, donde el estudiante interactué con el docente en los talleres de laboratorio, y que fortalezca el proceso de enseñanza – aprendizaje.

La utilización de recursos didácticos permite a los alumnos disponer de herramientas que fomenten la innovación y la aplicación de los conocimientos adquiridos durante su formación, es una forma muy interesante de potenciar tanto su interés como su participación proactiva en el proceso de aprendizaje. En este trabajo se presenta la experiencia que ha adquirido el grupo de investigación de Sistemas Concurrentes de la Universidad de Granada en la construcción de maquetas domóticas como herramientas docentes que pueden favorecer el proceso de aprendizaje a los alumnos en carreras de carácter técnico, como son la ingeniería informática o la electrónica.

Se aplicó el método científico para el diseño de los programas de control y circuitos electrónicos, además se utilizó, método bibliográfico para elaborar el marco teórico y se ejecutó la entrevista a los Docente y la encuesta a los estudiantes para fundamentar la ´´Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para la enseñanza de Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales´´.

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2

I. TÍTULO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

(17)

3

II. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

2.1. Definición del problema

El problema se debe a la falta de innovación en la utilización de nuevas tecnologías, para la aplicación de prácticas en el laboratorio de Electrónica y Robótica, que permitan fortalecer la enseñanza – aprendizaje de la Inteligencia Artificial en la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales. Los nuevos profesionales deben ampliar sus conocimientos y poder generar proyectos de investigación acorde con las tendencias tecnológicas del mundo globalizado que le permitan enfrentar y solucionar problemas laborales de orden técnico en el campo real. En la Carrera falta invertir recursos económicos, que promuevan proyectos didácticos que motiven la investigación científica, permitiendo trabajo de docencia más práctico que teórico, que es uno de los requisitos imprescindible en la educación moderna. Con la tecnología Raspberry Pi creamos una herramienta para las prácticas de laboratorio, y la Implementación de una Aplicación Electrónica, permite mejorar la enseñanza - aprendizaje de la inteligencia Artificial para el Laboratorio de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales.

2.2. Formulación del problema

¿De qué manera influirá la implementación de una Aplicación Electrónicas mediante la tecnología Raspberry Pi, para la enseñanza de la Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales?

(18)

4

III. OBJETIVOS

3.1. Objetivo general

Implementar una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para la enseñanza de Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales.

3.2. Objetivos específicos

• Analizar los requisitos específicos teóricos que son necesarios para el funcionamiento de la Aplicación Electrónica, utilizando la tecnología Raspberry Pi.

• Determinar diferentes tipos de dispositivos electrónicos utilizados en el desarrollo de la aplicación de prácticas programadas con Raspberry Pi.

(19)

5

IV. JUSTIFICACIÓN

El presente proyecto de investigación se realiza ante el avance de la tecnología electrónica, por esta razón es necesario que el estudiante este inmerso y conozca los beneficios que poseen estas herramientas didácticas de trabajos, como son la tecnología de las tarjetas Raspberry Pi, el cual hace importante desarrollar la Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la esta tecnología para la enseñanza de Inteligencia Artificial, para el laboratorio de Electrónica de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, permitiendo impulsar el trabajo colaborativo entre los estudiantes.

Con la Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para la enseñanza aprendizaje de Inteligencia Artificial, el estudiante desarrolla habilidades en el manejo diversos tipos de circuito utilizando la placa de Raspberry Pi y después aplicarla en el campo laboral.

Las prácticas de laboratorio constituyen un cumplimiento importante en la enseñanza-aprendizaje de los estudiantes, donde tienen la oportunidad de aprender nuevas habilidades en el aula, que les ayudarán al conocimiento de diversas técnicas de laboratorio para fortalecer sus conocimientos en las prácticas.

(20)

6

V. MARCO TEÓRICO

5.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS

(López de la Torre, 2018). El autor da a conocer que la programación y la robótica son dos materias que, en sintonía, están ganando un espacio significativo en las aulas. A través del trabajo de la algorítmica, y del diseño, construcción y programación de robots, el alumno adquiere nuevas habilidades tanto técnicas como sociales. En la actualidad, estas disciplinas tienen como objetivo programar y utilizar placas programables para la realización de proyectos de robótica. Entre las más utilizadas están Arduino o Raspberry Pi. Sin embargo, es destacable el caso de Inglaterra, donde un gran número de empresas y organismos se unieron para el desarrollo de una placa, micro: bit, para ofrecer un sistema intuitivo y funcional para el trabajo de la programación y la robótica en las escuelas, obteniendo resultados muy positivos.

(Patrón, J. S., & Monje, C. R. B., 2016). Los autores manifiestan que el sistema de Interfaz Cerebro-Computador (BCI, Brain-Computer Interface) brinda una percepción en el desarrollo de interfaces aplicables para los usuarios con diferentes aproximaciones, desde aplicaciones médicas hasta videos juegos, contadores digitales de señales, donde lo autónomo y lo wearable (utilizable en el cuerpo humano) hacen referencia a accesibilidad para los usuarios. Sistemas como los EPOC ofrecen una solución simple para la adquisición de señales de electroencefalografía y electromiografía, a bajo costo y con una rápida configuración, si se comparan con el equipamiento médico de alta tecnología.

(21)

7

(Agapito Vicente, 2017). El autor en su investigación da a saber con un ejemplo sobre un estudiante al que se le ha diagnosticado Trastorno de Aprendizaje No Verbal (TANV) tiene dificultades de aprendizaje que consisten fundamentalmente en problemas viso espaciales, que se manifiestan en problemas en matemáticas y en el razonamiento lógico. A lo anterior se unen dificultades sociales debido a su problema a la hora de interpretar el lenguaje no verbal. Estos alumnos suelen ser objeto de adaptaciones curriculares significativas (especialmente en matemáticas) y requieren de un apoyo adicional por parte del profesorado y de los departamentos de orientación de los centros en los que estudian.

(Muñoz Ramírez, A. J., & Gómez de Gabriel, J. M., 2016). En este trabajo los autores

muestran la experiencia de usar una herramienta de desarrollo de ingeniería basada en

modelos (MDE) frente a otra herramienta tradicional de programación de sistemas

embebidos en lenguaje C, para la realización de clases prácticas de robótica. Se ha

planteado una práctica basada en el control cinemático de un robot móvil en ambos

entornos con similares bloques y funciones de partida. Los resultados muestran tanto la

comparación de las evaluaciones objetivas realizadas a los dos grupos como los datos

relativos a los tiempos requeridos para la realización de las diferentes partes de la práctica.

(Zurita, R., Fuente, J. D. L., Bucarey, M., Bonet, D., Castillo, R. D., Grosso, G., & Rodríguez, J., 2017). Los autores consideran que la formación en conceptos fundamentales de Ciencias de la Computación es prioritaria para ampliar las posibilidades de comprender e intervenir mejor el mundo moderno. La robótica educativa es un dispositivo metodológico ampliamente difundido como ambiente para la enseñanza de la disciplina a estudiantes sin formación previa en la temática. Frankestito, es el robot educativo desarrollado por la Facultad de Informática con capacidad de visión y comunicación vía wireless, con la tecnología raspberry Pi.

(Moreno, C. A. G., Solís, A. C., & Meoño, A. G., 2015). En esta investigación los autores

manifiestan sobre Arduino que es una plataforma abierta diseñada para crear prototipos de

objetos o ambientes interactivos usando electrónica libre. Consiste, tanto en hardware

como en software, en una tarjeta de circuito impreso que puede ser adquirida a bajo costo o

ensamblarse siguiendo planos disponibles de forma gratuita, así como un ambiente de

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8

(Rodríguez González, 2018). El objetivo de este trabajo considera el autor que es evaluar la implementación de modelos predictivos basados en redes neuronales y técnicas de Machine Learning en dispositivos con capacidad de cómputo relativamente baja para modelos de esta índole. Es por ello que en nuestro estudio el dispositivo seleccionado ha sido la Raspberry pi 3 y las dos aplicaciones que se verán son la clasificación de objetos mediante técnica de reconocimiento de imágenes y la predicción de valores futuros de datos financieros en procesos de datos en streaming. Se ha optado por introducir bases teóricas afines a las aplicaciones empleadas para favorecer la lectura dinámica del documento y para la correcta asimilación de conceptos.

(Yaguachi, 2015). Para el presente proyecto el autor desarrolla un sistema que permita el control de luminosidad en función de la orientación del sol, un método que dotado de inteligencia artificial capte con máxima precisión la radiación solar y su incidencia para ser aprovechada. Es por ello la necesidad de desarrollar un proyecto donde se realice una implementación de un sistema de posicionamiento automático seguidor de luz solar, controlado a través de un microcontrolador empleando lógica difusa para su control.

5.2. BASES TEÓRICAS

5.2.1. Robótica

(23)

9

5.2.2. La robótica educativa

La robótica educativa también conocida como robótica pedagógica es una disciplina que tiene por objeto la concepción, creación y puesta en funcionamiento de prototipos robóticos y programas especializados con fines pedagógicos La robótica educativa como un contexto de aprendizaje que se apoya en las tecnologías digitales para hacer robótica e involucra a quienes participan, en el diseño y construcción de creaciones propias (objetos que poseen cuerpo, control y movimientos), primero mentales y luego físicas, construidas con diferentes materiales y controladas por un computador llamadas simulaciones o prototipos. (Giovanny, C., Sánchez Tenelanda, F. B., & Casco Rosero, J. V., 2017)

5.2.3. Robot

Para definirlo en términos generales, un robot es una maquina automática o autónoma que posee cierto grado de inteligencia, capaz de percibir su entorno y de imitar determinados comportamientos del ser humano. Los robots se utilizan para desempeñar labores riesgosas o que requieren de una fuerza, velocidad o precisión que esta fuera de nuestro alcance.

5.2.4. Clasificación de los robots según su cronología

Primera generación: Manipuladores, se trata de sistemas mecánicos multifuncionales con sencillos sistemas de control ya sea esta manual con secuencia fija o de secuencia variable.

Segunda generación: Los robots de esta generación son conocidos como los robots de aprendizaje, en esta segunda etapa de los robots se desarrolló hasta los años 80, las características que tenían estos robots es que eran más conscientes con su entorno, es decir contaban con un sistema de retroalimentación que les permitía poder obtener mayores datos de su entorno y de esa forma almacenarlos de forma física, la información junto con las instrucciones.

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10

recalcar que en esta generación fue cuando los robots se volvieron programables y a parecieron los lenguajes de programación que le permiten procesar la información que es captada mediante los sensores.

Cuarta generación: Los robots de cuarta generación o también conocidos como robots inteligentes, son robots que tienen características iguales a las anteriores, pero adicionalmente poseen sensores que se encargan de enviar información a la computadora que hace el papel de control sobre el estado del proceso, esto le ayuda al robot tomar decisiones inteligentes y control de los procesos en tiempo real.

Quinta generación: En la actualidad se están desarrollando una nueva generación de robots basados en la arquitectura de subsunción, cuyo máximo promotor es Rodney Brooks, se quiere conseguir que el control parta de la correcta organización y distribución de los módulos conductuales basados totalmente en la inteligencia artificial. (Ramos Zambrano, R. D., 2015)

5.2.5. Mindstorm Lego

Lego Mindstorm (Lego Group, s.f.) es un kit de construcción de Lego que permite la construcción, programación y testeo de proyectos de robótica a partir de un conjunto de sensores (de luz, de temperatura, de contacto, de ultrasonidos) y motores, y un bloque programable que será el cerebro del robot. Para programar este cerebro se utiliza un entorno de programación por bloques. Sin embargo, estos bloques no presentan similitudes con las estructuras e instrucciones habituales de un lenguaje de programación, sino que son bloques que tienen un significado mucho más mecánico. Otra de las grandes desventajas de este kit es su precio, que es mucho más elevado que el resto de propuestas.

5.2.6. Micro: bit

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11

tiene integrados una gran cantidad de sensores, y que puede ser programado en diferentes lenguajes de programación (bloques, Python, JavaScript). De esta forma, la plataforma micro: bit permite que el alumno pueda iniciarse en la programación en edades tempranas a través de la programación por bloques, de forma que en niveles superiores pueda trabajar lenguajes textuales, pudiendo así profundizar paulatinamente, aprendiendo de forma constructiva. (López de la Torre C. , 2018)

5.2.7. Sistema de visión artificial

El sistema de percepción es también denominado sistema de visión artificial el cual

permite que el robot sea capaz de hacer frente a situaciones cambiantes del entorno, así

como a reaccionar ante posibles eventos inesperados mientras navega, lo que exige la

utilización de un sistema sensorial que suministre la información del entorno. Esta

información requerida debe permitir al robot realizar tres tareas fundamentales: estimar

su posición y orientación, mantener actualizado el mapa del entorno y detectar los

posibles obstáculos. (Obregón, 2018)

5.2.8. Clasificación de los robots interactivos robótica social

La robótica social estudia la interacción entre robots y seres humanos, así como la

comunicación entre ellos, tomando en cuenta comportamientos, patrones y normas que

rigen en la sociedad en la cual se desenvuelven. Dentro del área de investigación de la

robótica social se menciona la interacción hombre-máquina (HMI) e interacción

robot-robot, aceptación social, impacto de los robots en la sociedad y robótica de asistencia

social.

5.2.8.1. Robot interactivo Descripción Robots Evocativos

Son aquellos que cuentan con características fiscas similares a un ser vivo para animar a

las personas a interactuar con la tecnología proyectando confianza al humano. Uno

ejemplo es el perro robot Aibo, sus principales funciones son reconocimiento de voz,

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12

5.2.8.2. Robots de Interfaz

Son robots que utilizan un modo de comunicación tipo humano para facilitar la interacción

con las personas. Un ejemplo que se destacada es el robot “Rhino” desarrollado en el

artículo de título “The Interactive Museum Tour -Guide Robot”. La tarea principal del

robot era proporcionar visitas interactivas a los visitantes del museo.

5.2.8.3. Robots Receptivos

Es un tipo de robot que aprende a través del entrenamiento ya sea del movimiento o del

habla. Responden a estímulos que las personas utilizan para interactuar con ellos. Por

ejemplo, el robot “Pepper” el cual consiste en un torso de un humanoide montado en una

plataforma móvil, desarrollado por las compañías Aldebaran Robotics y SoftBank.

5.2.8.4. Robots Sociables

Son aquellos con sus propias metas y motivaciones internas. Tratan de involucrar a las

personas de una manera social no solo para el beneficio de estas, sino para beneficiarse

ellos mismos. En el artículo de título “Interactive Robotic Framework for Multi-sensory Therapy for Children with Autism Spectrum Disorder” desarrollado por Bevill, Park se

desarrolló un robot para la terapia multisensorial para niños con trastornos del espectro

autista. Basado en emociones y expresiones faciales, así como un sistema de monitoreo

basado en la visión y el audio para la medición cuantitativa de la reacción del paciente.

(Ochoa Arias, C. E., & Trávez Acuña, F. S., 2018)

5.2.8.5. Robot operative system (ROS)

Es un framework usado de manera generalizada en la robótica. Su modularidad ofrece a

los usuarios la capacidad de reutilizar código en distintas plataformas sin necesidad de

grandes cambios en el código, permitiendo la transferencia de funcionalidades entre

distintos robots, es un sistema de código abierto, meta-operativo, para robot. Proporciona

los servicios de un sistema operativo, incluyendo la abstracción de hardware, el control de

dispositivo de bajo nivel, la implementación de la funcionalidad comúnmente utilizada, el

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13 herramientas y bibliotecas para obtener, construir, escribir y ejecutar código en varios

equipos. (Gutierrez Perez, 2017)

5.2.9. Raspberry Pi

Es un computador (CPU) de placa reducida o placa única de bajo costo, este es un producto que fue desarrollado o creado en Reino Unido por la fundación Raspberry Pi, el desarrollo de este equipo fue desarrollado con el objetivo de estimular, motivar e incentivar la enseñanza de en Reino Unido por la fundación Raspberry Pi, el desarrollo de este equipo fue desarrollado con el objetivo de estimular, motivar e incentivar la enseñanza de la ciencia de la computación en las entidades educativas. El microcomputador Raspberry Pi hace uso de una distribución de sistema operativo Linux (Raspbian) y nos permite poder instalar un gestor de base de datos como por ejemplo MYSQL, como lenguaje de programación para el desarrollo.

5.2.10. Pines Gpio Raspberry Pi

Los GPIO (Pines de propósito general de entrada y salida) son pines genéricos en un chip, que le permite a los usuarios poder controlar o programar conforme el uso que se le desee dar, estos pines pueden ser controlados en tiempo de ejecución. Los pines GPIO no tienen un propósito o uso específicamente definido. Los pines pueden ser utilizados de la siguiente manera. Se los puede configurar para entrada y salida, se pueden habilitar y deshabilitar. Estos pines son los que se utilizan para darle movilidad al robot araña hexapodo, de tal forma que cada servomotor está conectado a un PIN GPIO en específico, estos pines emiten una señal programada en lenguaje python basada en el estandar PWM, de esta manera logramos realizar movimientos precisos conforme se lo desee movilizar o posicionar cada una de la partes o piezas del robot.

5.2.11. Herramienta o plataforma de desarrollo para Raspberry Pi

(28)

14

esto esta plataforma nos permite conectarnos a nuestra base de datos MYSQL para poder identificar cual es el comando que se desea ejecutar. (Ramos Zambrano, 2015)

5.2.12. Hardware

Ante la necesidad de seleccionar un sistema empotrado capaz de soportar ROS con un bajo

coste, un bajo consumo y facilitar el aprendizaje, la familia de sistemas empotrados

Raspberry Pi es una de las mejores elecciones que se puede realizar. Raspberry Pi ofrece

las siguientes placas compatibles con ROS:

Raspberry Pi 3

Raspberry Pi Zero

Raspberry Pi Zero W

La placa Raspberry Pi tiene las siguientes características técnicas:

Procesador a 1,2 GHz de 64 bits con cuatro núcleos ARMv8802.11n Wireless LAN

Bluetooth 4.1

Bluetooth Low Energy (BLE)

Puertos USB

40 pines GPIO

Puerto Full HDMI

Puerto Ethernet

Conector combo compuesto de audio y vídeo de 3,5 mm

Interfaz de la cámara (CSI)

Interfaz de pantalla (DSI)

Ranura para tarjetas microSD (push-pull en lugar de push-push)

Núcleo de gráficos VideoCore IV 3D

Dimensiones de placa de 8.5 por 5.3 cm

5.2.13. Software

Raspberry Pi tiene compatibilidad con los siguientes sistemas operativos:

Noobs

(29)

15

Ubuntu Mate

Windows 10

OSMC

La selección del sistema operativo viene determinada por la compatibilidad con ROS y la

cantidad de documentación necesaria para la instalación del mismo. (Gutierrez Perez,

2017)

5.2.14. Raspbian

Es una distribución de GNU/Linux basado en Debian y optimizado para el hardware de la Raspberry Pi, su lanzamiento fue el 12 de junio de 2012. La distribución usa LXDE como escritorio y Midori como navegador web. Destaca el menú raspi-config que permite configurar el sistema operativo sin tener que cambiar los ficheros manualmente. [9] Además, incluye herramientas de desarrollo muy interesantes, como IDE14 para Python, Scratch para programar videojuegos la tienda de aplicaciones denominada Pi Store.

5.2.15. Python

Python es un lenguaje de programación Creado por Guido Van Rossum en 1991. Se trata de un lenguaje interpretado por lo que los errores se dan en tiempo de ejecución. Es un lenguaje multiplataforma (Windows, Linux, Mac). Las distribuciones de Linux suelen venir con el intérprete de Python ya incorporado. Administrado por la Python Software Foundation. Posee una licencia de código abierto, denominada como Python Software Foundation License. Está ganando mucha importancia los últimos años debido a las múltiples librerías diseñadas basadas en Machine Learning, Big Data, Inteligencia Artificial y diseño web.

5.2.16. Ide: Spyder

(30)

16

biblioteca que proporciona widgets potentes relacionados con la consola. Se liberó bajo la licencia del MIT15. Entre sus características más importantes están:

• El editor que integra es multilenguaje. • Consola interactiva.

• Visor de documentación. • Exploración de variables.

• Dispone de un explorador de archivos. (Rodríguez González, 2018)

5.2.17. Adaptadores de dispositivos Mindstorms a Raspberry Pi

Estas plataformas permiten utilizar los sensores y actuadores de los kits de Lego Mindstorms junto con la Raspberry Pi, nos aportan la misma funcionalidad que si tuviéramos conectado el brick de Lego, además tienen un tamaño adecuado para poder desarrollar robots sin perder eficacia. La existencia de diferentes adaptadores que sustituyen el Brick Inteligente de Lego Mindstorms nos hizo realizar un estudio y buscar información para luego hacer una comparación y elegir el que más nos convendría. Según íbamos leyendo y obteniendo datos de otros usuarios en la realización de diferentes proyectos, llegamos a la conclusión que había dos de ellos que destacaban del resto y de los cuáles podríamos tener más información. Estos dos adaptadores principales son:

• PiStorms, distribuido por mindsensors.com. • BrickPi, distribuido por Dexter Industries.

5.2.18. Librerías de uso del BCM2835

(31)

17

5.2.19. Librería BCM2835

Es una librería escrita en C para Raspberry Pi. Proporciona acceso a la GPIO y otras funciones de entrada y salida en el chip Broadcom BCM 2835, permitiendo el acceso a los veintiséis pines de la Raspberry PI para que pueda controlar e interactuar con varios dispositivos externos. La elección de la librería se basará en una comparación de ambas librerías en el siguiente apartado. La librería que utilicemos nos permitirá manejar los pines la GPIO de la Raspberry Pi y además nos proporcionará funciones para comunicarnos con el adaptador a través del bus I2C. En cualquier caso, será necesario consultar la documentación de BCM2835 ARM Peripherals Manual, que se puede acceder desde la documentación del sitio web de la propia Raspberry Pi. (Ayerbe González, 2017)

5.2.20. Raspberry Pi y arduino y su potencial uso como herramienta para la educación

Existen muchas herramientas para crear aplicaciones y prototipos usando electrónica, los cuales se emplean prácticamente en todo. Desde habitaciones inteligentes hasta instrumentos musicales o juguetes, desde pequeños robots hasta drones, que pueden incluir dispositivos personalizados e interactivos. Estas herramientas pretenden reducir la dificultad en el estudiante en trabajar con sistemas y componentes electrónicos, facilitando su uso en cualquier rama o nivel, poniéndose al alcance de quienes estén ávidos de experiencias e innovación, favoreciendo en gran medida a estudiantes, profesores e investigadores. Sin embargo, muchas de estas herramientas, son productos comerciales, los cuales son caros y de plataforma cerrada, difícilmente asequibles como equipamiento para aquellas Instituciones de Educación Superior del sector público, que cuentan con recursos limitados. (Moreno, 2015)

5.2.21. Servomotor

(32)

18

modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar los movimientos en cada una de las direcciones.

5.2.22. Sensor de corriente

El sensor de corriente es capaz de medir de forma lineal corrientes de hasta 5 Amperios en ambos sentidos (+5A y -5A). Produce en su salida una tensión lineal proporcional a la corriente que atraviesa sus pines de medición. En el sistema mecatrónico se usará en las entradas de alimentación de los motores para saber si el motor llega a tener alguna sobrecarga eléctrica producto de alguna colisión de un brazo robótico. (Fausto, M. S. R., Jonathan, V. T., Martínez, V., & Salvador, J., 2018)

5.2.23. Motores DC

El motor es un elemento imprescindible en la mayoría de los sistemas de control, por tanto, es importante conocer su forma de trabajo y sus propiedades para poder elegir el modelo más adecuado. Básicamente, el motor eléctrico se encarga de transformar la energía eléctrica que se le aplica en energía mecánica, por medio de un proceso electromagnético. El funcionamiento de un motor se basa en las propiedades magnéticas de la corriente eléctrica y la posibilidad de crear, a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atracción y repulsión encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotación. (Giovanny, C., Sánchez Tenelanda, F. B., & Casco Rosero, J. V., 2017)

5.2.24. Diodos Led

Los leds se encuentran en los electrodomésticos, ya que se encarga de ser destinatario de infrarrojos o guías luminosas, y son siempre utilizados por la señalización vial por ejemplo en los semáforos que tiene un variado de colores que van cambiando de acuerdo a la sincronización expuesta consiguiendo así bajo de energía eléctrica.

5.2.24.1. Características de los diodos LED

(33)

19

convierte en irradiación y es favorable al ahorro energético, de todos modo, el encendido de las bombillas son instantánea donde tiene una gran resistencia que se puedan prender y apagar las veces que sean necesarias, tal es el caso, que aguantan las temperaturas más extremas, tanto altas como bajas, así mismo con la humedad, es decir que los leds se pueden modificar en tamaño, color y temperatura (Led, 2016).

5.2.25. Los sistemas embebidos

Los sistemas embebidos hacen referencia a una combinación de hardware y software de computador diseñada para realizar operaciones de cómputo, normalmente en tiempo real, y cumplir con una función específica; sus re - cursos son limitados, pero son muy útiles en la construcción de productos dedicados. Esta combinación puede ser reemplazada en muchos casos por un circuito integrado que realice la misma tarea, pero una de las ventajas de los sistemas embebidos es su flexibilidad, ya que a la hora de realizar alguna modificación resulta mucho más sencillo modificar unas líneas de código en el software que reemplazar todo el circuito integrado. (Hernández, M. F. D., Montenegro, J. L. G., Beleño, R. D. H., García, J. D., & Sánchez, N. S., 2018)

5.2.26. Máquinas virtuales

Esto consiste en una máquina hipotética M1 construida sobre una máquina real M0. La máquina M1 tiene asociado un lenguaje de maquina L1 y cuando se escribe un programa en ese lenguaje, éste se traduce al lenguaje de máquina de nivel inferior (L0).

(34)

20

5.2.27. Inteligencia artificial (AI).

La Inteligencia Artificial estudia la creación y el diseño de sistemas capaces de resolver

algoritmos y problemas cotidianos por sí mismos utilizando como paradigma la

inteligencia humana.

Es decir, se encarga de crear procesos que, al ser ejecutados sobre una arquitectura física,

produzcan acciones o resultados que maximicen una medida de rendimiento determinada,

basándose en la secuencia de entradas percibidas y en el conocimiento almacenado en

dicha arquitectura. Para ello, se vale de ciencias como las matemáticas, la computación, la

lógica y la filosofía.

5.2.28. Aprendizaje automático

El aprendizaje puede definirse como la capacidad de adquirir nuevos conocimientos, pero

también es aprendizaje el desarrollo de habilidades cognoscitivas y motoras, a través de la

práctica o el descubrimiento de nuevas teorías o factores, mediante la observación o

experimentación. Resolver este problema es uno de los objetivos de la inteligencia

artificial a largo plazo. El estudio y el modelado en forma de programas de estos tipos de

aprendizaje es el objeto de investigación del aprendizaje automático.

5.2.29. Ingeniería del conocimiento

La ingeniería del conocimiento dentro del área de la Inteligencia Artificial la ingeniería del

conocimiento, que va encaminada a sistematizar y apoyar primero el proceso de

construcción de modelos, y posteriormente, la reducción de esos modelos a programas.

Consiste en generar un nuevo conocimiento a partir de la información contenida en base de

datos documentales y mediante el cruce del contenido de los documentos, partiendo de la

teoría actorred y poniendo de manifiesto redes o generando otras nuevas.

Hay tres tipos de conocimiento que debemos tener en cuenta.

(35)

21

5.2.29.1. Conocimiento declarativo

Es aquel tipo de conocimiento pasivo, que se basa en sentencias para expresar hechos del

mundo que nos rodea. Posee una mayor capacidad expresiva y menor capacidad creativa o

computacional. Un ejemplo serían las bases de datos. Se pueden representar con modelos

relacionales (en formas de grafos, árboles o redes semánticas) o mediante esquemas

basados en logica (tanto posicional como de predicados).

5.2.29.2. Conocimiento procedimental

Es aquel que es compilado y se refiere a una forma de realizar una tarea, es decir, el saber

cómo hacerlo. Pueden estar caracterizados por gramáticas formales, usualmente

implementadas por sistemas o lenguajes procedimentales y sistemas basados en reglas.

5.2.29.3. Conocimiento heurístico

Es algo especial para resolver problemas complejos. Se trata de un criterio, estrategia, método o proceso que simplifica la resolución de problemas. (Irusta Gonzalo, 2017)

5.2.30. Aprendizaje significativo

El aprendizaje significativo es un ingrediente esencial de la concepción constructivista, es un aprendizaje que resulta de ahondar los saberes que posee el estudiante, relacionarlos con la información nueva y construir nuevos conocimientos. (Patiño Constain, 2017)

5.2.31. Inteligencia artificial y su enseñanza

(36)

22 • Representación del conocimiento y razonamiento

• Aprendizaje automático

• Procesamiento del lenguaje natural

• Visión por computadoras

• Robótica

• Reconocimiento automático del habla. (Giovanny, C., Sánchez Tenelanda, F. B., & Casco Rosero, J. V., 2017)

5.2.32. Aprendizaje por experiencias – Aprendizaje por proyectos.

El aprendizaje por proyecto permite que el conocimiento hoy en día esté disponible en formato abierto y gratuito en internet, por lo tanto, el aprendizaje basado exclusivamente en el traslado de información del docente al estudiante está obsoleto, debe fomentarse el aprendizaje por habilidades. La preparación por proyectos es una oportunidad de fomentar el aprendizaje activo del estudiante de una forma transversal y multidisciplinar, mejorando la integración de esos conocimientos con el uso y desarrollo aplicado de los mismos El alumnado se implica mucho más en su propio aprendizaje, se motiva, fomentando la colaboración con los demás compañeros, lo cual permite explotar mucho mejor las capacidades de cada estudiante individualmente creando en la pluralidad y diversidad del estudiante un factor positivo para el aprendizaje.(Vega-Moreno, D., Solé, X. C., Rueda, M. J., & Llinás, D., 2016)

5.2.33. Aplicaciones

Es un tipo de proyecto informático creado como herramienta para proporcionar a un usuario realizar uno o varios tipos de trabajos. Esto lo distingue primordialmente de otros tipos de programas, los cuales los sistemas operativos (que hacen trabajar a la PC), los utilitarios (que ejecutan las tareas de mantenimientos o del uso frecuente), y los lenguajes

(37)

23

5.3. MARCO CONCEPTUAL

Debian

Sistema operativo libre formado por un conjunto de programas y utilidades básicas basadas en un núcleo de Linux o FreeBSD. (Gutierrez Perez, 2017)

Software

Es el equipamiento lógico o soporte lógico de una computadora que comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que hacen posible la realización de tareas específicas, en contraposición a los componentes físicos del sistema, llamados hardware (Escobar Bermúdes, 2012)

CPU

Se determina como la unidad central de procesamiento, que se encarga de procesar todas las instrucciones, y es la parte más importante del equipo informático (Moreno, 2015).

Android NDK

Android NDK es una herramienta complementaria del SDK de Android que permite reutilizar librerías y código a través de JNI (Java Native Interface). (Gutierrez Perez, 2017)

SPI

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Estrategia didáctica

Es en un sentido estricto, un procedimiento organizado, formalizado y orientado a la obtención de una meta claramente establecida. Su aplicación en la práctica diaria requiere del perfeccionamiento de procedimientos y de técnicas cuya elección detallada y diseño son responsabilidad del docente. (Figueroa Bernal, 2017)

I2C

Inter-integrated Circuit (I2C) es un bus de datos principalmente utilizado para la comunicación entre microcontroladores y circuitos periféricos integrados. (Gutierrez Perez, 2017)

Algoritmo

Conjunto de pasos, procesos o eventos secuenciales que se deben de realizar de una forma ordenada para solucionar un determinado problema. Los algoritmos son programas o conjuntos de instrucciones que son ejecutadas y procesados en un computador. (Preciado Llanes, 2016)

Frecuencia

Es una medida que se utiliza para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en cada unidad de tiempo, la frecuencia se mide en hertzios (Hz). Un hertzio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. (De la Cruz Vílchez, E. E., & Cuzcano Rivas, A. B., 2016)

Controlador digital de señales

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Arduino Uno

Microcontrolador utilizado para validación de pruebas de comunicación, dispositivo de

fácil configuración y de características suficientes para desarrollar múltiples tareas. (Pérez

González, 2016)

Raspbian

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VI. HIPÓTESIS

Aplicación de la tecnología Raspberry Pi, para contribuir en el proceso enseñanza – aprendizaje de los estudiantes, en el Laboratorio de Electrónica y Robótica de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales.

VII. VARIABLES

7.1. Variable Dependiente

Contribuir en el proceso enseñanza – aprendizaje de los estudiantes.

7.2. Variable Independiente

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VIII. METODOLOGÍA

Para desarrollo de esta investigación el método que se utilizo fue la cualitativa y cuantitativas. De manera cualitativa se la realizo mediante encuestas que fueron preguntas dirigidas a los estudiantes y encuestas a los docentes, y cuantitativa porque del proceso estadístico se obtuvo valores numéricos de los resultados de las encuestas.

8.1. Métodos

Hipotético-deductivo: Mediante los objetivos y las variables, se realizó la formulación de la hipótesis, también se desarrolló las conclusiones y la solución en la propuesta del proyecto.

Analítico: Se desarrolló un análisis de acuerdo a la problemática con el fin de obtener una solución en el proyecto.

Bibliográfico: Se utilizó este método para fundamentar los conceptos tomados en revistas, artículos científicos y archivos web con la finalidad de referenciar lo teóricos de las variables.

Estadístico: Mediante este método se permitió realizar la tabulación gráfica y porcentual de las encuestas.

8.2. Técnicas

La técnica utilizada para el desarrollo de nuestra investigación fueron las encuestas realizadas a los estudiantes y la entrevista a los docentes del laboratorio de electrónica Robótica de la Carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales.

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Entrevista: Se las desarrollo mediante un banco de preguntas a los docentes del laboratorio de Electrónica Robótica de la Carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales.

Observación directa: Se la efectuó en el laboratorio de electrónica Robótica de la Carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales en recopilando información para nuestro proyecto.

8.3. Población

Para realizar el estudio de investigación se tomó en cuenta a los estudiantes que ven Electrónica Robótica en la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales con su población de 119 estudiantes,del período Académico Noviembre 2018 a Marzo 2019.

8.3.1. Muestra

Para obtener la muestra se consideró a los estudiantes de sexto semestre con una cantidad de 36 estudiantes, de séptimo semestre participaron 27, de octavo 34 y de noveno 22 de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, para un total de 119 estudiantes encuestados.

Datos:

N: Tamaño de la población

Z: Nivel de confianza del 1,96 equivalente al 95% e: Porcentaje de error admisible 5%

p: Valor de variable positiva 0,5 q: Valor de variable negativa 0,5 n: muestra

n =_{𝑁 𝑒}𝑍2₂𝑝 𝑞 𝑁 _{+ 𝑍}₂_{𝑝 𝑞}

n = _{119 ∗ 0,05}1,962 ₂∗ 0,5 ∗ 0,5 ∗119_{+ 1,96}₂_{∗ 0,5 ∗ 0,5}

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n = _1,2575114,24 = 90,84 ≈ 91

Por lo tanto, la muestra utilizada para la investigación será de 91 estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales.

8.4. Recursos

Humanos: Los recursos humanos que participaron en la investigación fueron:

• Investigador.

• Tutor del proyecto de tesis.

• Estudiantes de la Universidad Estatal del Sur de Manabí en carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales.

• Docentes del laboratorio de Electrónica Robótica de la Carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales.

Materiales: Los recursos materiales utilizado en el proceso de la investigación fueron:

• Hojas de papel bond A4 • Lápices y plumas • Carpetas y Cd

• Preguntas paras las encuestas y la entrevista • Anillados

• Grapadora • Perforadora • Anillados

Tecnológicos: Los recursos tecnológicos utilizados para el proceso del estudio y diseño del módulo de dispositivo electrónico de potencia fueron los siguientes:

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• Pendrive • Software

• Cámara fotográfica

Económicos: El presupuesto del proyecto de investigación es de 670.00 dólares

IX. PRESUPUESTO

N° Descripción Valor Unitario Cantidad

Valor Total

Bolígrafos $0.35 4 $2.00

Carpetas $0.65 4 $3.00

Caja de grapas $1 2 $2.00

Pendrive $15.00 2 $30.00

Internet $21 $125.00

Rema de papel $ 4 4 $ 8.00

Entrenador electrónico con

Raspberry Pi 1 $250.00

Materiales Electrónicos $250.00

TOTAL $ $670.00

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X. ANÁLISIS Y TABULACIÓN DE RESULTADOS

La siguiente encuesta estuvo dirigida a los estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales.

1. ¿Conoce usted que es una tarjeta Raspberry Pi?

Tabla 1: Tarjeta Raspberry Pi

ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE %

SI 7 8%

NO 84 92%

TOTAL 91 100%

Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales

Autora: Ruth María Alvarado Espinoza

Gráfico 1: Tarjeta Raspberry Pi SI

8%

NO 92%

Análisis e interpretación:

Aplicada la encuesta se puede manifestar que la minoría de estudiantes el 8% respondió conocer sobre la tecnología Raspberry Pi mientras que la mayor parte de los estudiantes el 92 % respondió no conocer.

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2. ¿Conoce usted el funcionamiento de la tarjeta Raspberry Pi? Tabla 2: Funcionamiento de la tarjeta Raspberry Pi

SI 11 12%

NO 80 88%

TOTAL 91 100%

Gráfico 2: Funcionamiento de la tarjeta Raspberry Pi

SI 12%

NO 88%

De acuerdo con la encuesta realizada a los estudiantes de la Universidad Estatal del Sur de Manabí de Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, se puede determinar que el 12% tiene conocimiento sobre su funcionamiento la tarjeta Raspberry Pi, el 88% no considera conocerlo.

Se concluye, que es necesario que los estudiantes apliquen su conocimiento y

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3. ¿Cree usted que es necesario que se diseñen aplicaciones con la tarjeta Raspberry Pi?

Tabla 3: Diseños de aplicaciones con la tarjeta Raspberry Pi

ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE

SI 83 91%

NO 8 9%

TOTAL 91 100%

Gráfico 3: Diseños de aplicaciones con la tarjeta Raspberry Pi

NO

9%

SI 91%

En cuanto al diseño de las aplicaciones con la tarjeta Raspberry Pi, el 91% manifestaron que, si están de acuerdo que se diseñen aplicaciones y con la tarjeta Raspberry Pi, y el 9% dijeron que no.

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4. ¿Está Ud. de acuerdo que existan módulos para realizar prácticas con la tarjeta Raspberry Pi?

Tabla 4: Diseño de un módulo con tarjeta Raspberry Pi

SI 85 93%

NO 6 7%

TOTAL 91 100%

Gráfico 4: Diseño de un módulo con tarjeta Raspberry Pi

Autora: Ruth María Alvarado Espinoza

Respecto al diseño de un módulo con tarjeta Raspberry Pi se obtuvieron los siguientes resultados, el 93% de los encuestados manifestó que, si es necesario que se diseñe un módulo mediante tarjeta Raspberry Pi para mejorar las prácticas en la asignatura de Electrónica, el 7% dijo que no.

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5. ¿Sabe usted que sistema operativo usa la con la tarjeta Raspberry Pi? Tabla 5: Sistema operativo de la Raspberry Pi

SI 26 29%

NO 65 71%

TOTAL 91 100%

Gráfico 5: Sistema Operativo de la Raspberry Pi

SI

29%

NO

71%

De acuerdo a los 91 encuestados, el 29% dijeron que, si conocen del sistema operativo con que trabajan las tarjetas, y el 71% manifestaron que no conocen sobre el sistema operativo que utiliza la tarjeta Raspberry Pi.

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6. ¿Sabe usted que aplicaciones se pueden realizar con la tarjeta Raspberry Pi?

Tabla 6: Aplicaciones de la Raspberry Pi

SI 19 21%

NO 72 79%

TOTAL 91 100%

Gráfico 6: Aplicaciones de la Raspberry Pi

SI

21%

NO

79%

Del total de los estudiantes encuestados, el 21% respondieron que, si conocen, el 79% mencionaron que no conocen las aplicaciones que se pueden realizar con la tarjeta Raspberry Pi.

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7. ¿Conoce usted la programación de la tarjeta Raspberry Pi?

Tabla7: Programación de la Raspberry Pi

SI 3 3%

NO 88 97%

TOTAL 91 100%

Gráfico 7: Programación de la Raspberry Pi

SI 3%

NO 97%

De acuerdo con la encuesta realizada a los estudiantes de la Universidad Estatal del Sur de Manabí de carrera de Ingeniería en Sistema Computacionales, se puede determinar que el 3% conoce la programación de la tarjeta Raspberry Pi, el 97% no consideran conocer.

Se concluye, que es necesario que los estudiantes conozcan la programación de la tarjeta

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8. ¿Cree usted que con la implementación de un módulo práctico utilizando la tarjeta Rasberry Pi se brindara un mejor aprendizaje a los estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales?

Tabla 8: Implementación de un módulo

SI 81 89%

NO 10 11%

TOTAL 91 100%

Gráfico 8: Implementación de un módulo

NO 11%

SI 89%

Análisis e interpretación

El 89% de los estudiantes encuestados indicaron que, si es factible la implementación de un módulo electrónico de potencia, mientras que el 11% manifiesto que no es necesario este módulo de prácticas.

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ENTREVISTA DIRIGIDA A LOS DOCENTES DE LA CARRERA DE

INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES.

´´Implementación de una aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para la enseñanza de inteligencia Artificial de la Carrera de Ingenierías en Sistemas Computacionales´´.

1. ¿Con que tipo de herramientas didácticas ha trabajado usted, en el laboratorio de Electrónica y Robótica para impartir sus clases tanto teóricas y prácticas?

El docente manifestó que, si utiliza herramientas didácticas, pero solo las que existen en el laboratorio, las cuales se complementan con programas de simuladores virtuales, las cuales se obtienen de internet junto con sus manuales técnicos que ayudan a la manipulación de los simuladores.

2. ¿Considera usted importante la enseñanza de nuevas tecnologías en la cátedra de Electrónica?

Si porque el docente debe tener herramientas tecnológicas acorde con los avances de la ciencia para impartir las clases y así fortalecer el rendimiento académico de los estudiantes

3. ¿Considera usted qué el laboratorio de Electrónica de la Carrera de Ingeniería Computacionales posee los recursos didácticos necesarios para impartir correctamente la docencia con respecto a la tecnología Raspberry PI en conjunto con los sensores?

Si posee estos elementos, pero de forma escasa por lo que es necesario que se implemente más estos componentes electrónicos.

4. ¿Qué acciones metodológicas piensa usted que son necesarias para mejorar el proceso de enseñanza aprendizaje de la asignatura robótica de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales?

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5. ¿Piensa usted que en el Laboratorio de Electrónica y Robótica se debe implementar un módulo de práctica con tecnología Raspberry PI para fortalecer el proceso de enseñanza – aprendizaje en los sistemas robóticos?

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