Diseño e implementación del sistema de seguridad del centro de investigaciones y control ambiental (CICAM)

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(1)La versión digital de esta tesis está protegida por la Ley de Derechos de Autor del Ecuador.. Los derechos de autor han sido entregados a la “ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL” bajo el libre consentimiento del (los) autor(es).. Al consultar esta tesis deberá acatar con las disposiciones de la Ley y las siguientes condiciones de uso: • Cualquier uso que haga de estos documentos o imágenes deben ser sólo para efectos de investigación o estudio académico, y usted no puede ponerlos a disposición de otra persona. • Usted deberá reconocer el derecho del autor a ser identificado y citado como el autor de esta tesis. • No se podrá obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que estar bajo los mismos términos de licencia que el trabajo original.. El Libre Acceso a la información, promueve el reconocimiento de la originalidad de las ideas de los demás, respetando las normas de presentación y de citación de autores con el fin de no incurrir en actos ilegítimos de copiar y hacer pasar como propias las creaciones de terceras personas.. Respeto hacia sí mismo y hacia los demás..

(2) ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE SEGURIDAD DEL CENTRO DE INVESTIGACIONES Y CONTROL AMBIENTAL (CICAM). PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL. CALLE CÁCERES JORGE LUIS [email protected]. GAMBOA MARIÑO BYRON SAMUEL [email protected]. DIRECTOR: Ing. VELARDE GUEVARA JAIME EDISON [email protected]. CODIRECTOR: Ing. FIERRO NARANJO GRETA CAROLA [email protected]. Quito, Noviembre 2011.

(3) II. DECLARACIÓN. Nosotros, CALLE CÁCERES JORGE LUIS y GAMBOA MARIÑO BYRON SAMUEL, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional, y que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. CALLE CACERES JORGE LUIS. GAMBOA MARIÑO BYRON SAMUEL.

(4) III. CERTIFICACIÓN. Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por CALLE CÁCERES JORGE LUIS y GAMBOA MARIÑO BYRON SAMUEL, bajo nuestra supervisión.. Ing. VELARDE GUEVARA JAIME EDISON DIRECTOR DEL PROYECTO. Ing. FIERRO NARANJO GRETA CAROLA CO-DIRECTORA DEL PROYECTO.

(5) IV. AGRADECIMIENTOS. A Dios por darme la vida hermosa que tengo, por darme unos padres ejemplares, hermanos que les llevo en mi corazón, una esposa muy linda , una hija preciosa y tolas las personas que están alrededor mío.. A mis padres por el arduo trabajo que hacen por mí, por todo el tiempo de estudio que estuvieron apoyándome y levantándome en las dificultades, gracias por haberme dado una profesión, les quiero mucho.. Gracias Ing. Jaime Velarde por la ayuda desinteresada y permanente en la realización de este proyecto de titulación.. Gracias esposita hermosa por estar conmigo en todo momento, por apoyarme durante mi estudio, y realización de este proyecto, gracias por la ayuda que me das y ese cariño inmenso que ha puesto Dios en ti, este proyecto lo hiciste tú también por darme tiempo, paciencia y la gran ayuda en casa, gracias, te amo.. Gracias a todos mis profesores que de una u otra manera influyeron en la realización de esta tesis con los conocimientos que supieron impartirme.. Fausto gracias por el trabajo fuerte que hacías cuando yo estaba estudiando y no podía ayudar, gracias por tu sacrificio inmenso, que Dios te llene de bendiciones a ti y a tu familia.. Byron Samuel Gamboa Mariño..

(6) V. AGRADECIMIENTOS. Solo tengo sentimientos de gratitud para mi fuente inagotable de armonía, gracias a mi Dios que me puso a seguir este camino que a pesar de que en muchas ocasiones me sentía en la completa oscuridad su presencia cálida aún se mantenía a mi lado.. Agradezco a la escuela de Aikido Armonía y a mis maestros Santiago, Nello, Freddy, Carlos y Samuel; gracias por enseñarme a vivir con el Universo.. Gracias a mis amigos de barrio, de mi universidad por soportarme en todas mis ocurrencias y aventuras.. Gracias al Ing. Jaime Velarde y a la Ing. Carola Fierro por permitirnos aprender una vez más.. A mi familia, gracias por todo, ustedes son lo más maravilloso que tengo. Gracias a mi madre, la mujer más fuerte que mis ojos han visto, gracias a mi padre por ser mi maestro y mi amigo, gracias a mi hermano Camilo mi mano derecha; siempre, gracias a mi hermano Santiago la voz del sentido común, gracias a mi hermana Talía la luz que algún día espero llegar a ser, gracias a mi hermano Andrés por enseñarme a ser un mejor ser humano.. Gracias a mi amigo Byron quien me permitió ser parte de esta “batalla final”.. Finalmente muchas gracias a todas esas personas que por falla de mí memoria no les he podido nombrar pero aún se encuentran en mí ser.. Jorge Luis Calle Cáceres..

(7) VI. DEDICATORIAS. Este proyecto de titulación lo dedico a:. Dios que desde su infinita gracia pudo darme fuerzas cuando no las tenía y levantarme cuando más necesitaba para demostrarme que la vida es hermosa y cada cosa y cada persona que tengo a mí alrededor son una bendición para sentirme feliz de vivir.. Ing. Jaime Velarde e Ing. Carola Fierro por el apoyo incondicional durante este periodo tan importante que transcurrió durante la elaboración del proyecto de titulación.. Mis padres Martha y Eloy que desde que supieron de mi existencia me han acurrucado en su regazo enseñándome disciplina, sobre todo el amor de Dios, prepararme para triunfar en la vida, todo el esfuerzo valió la pena, cuando no teníamos alimentos en el hogar, cuando no había dinero en casa, aún en estas condiciones ustedes siempre impulsándonos a superarnos a Henry, Fausto y a mí que somos sus hijos, por esto y todas las enseñanzas que me han dado, se merecen esto y mucho más.. Mi esposa amada Samia que eres la persona más importante de mi vida y a mi hija preciosa Samantha, mi familia que siempre están a mi lado esforzándome, apoyándome incondicionalmente.. Byron Samuel Gamboa Mariño..

(8) VII. DEDICATORIAS. Dedico este trabajo a:. Dios por enseñarme paso a paso a superar y aprender de todos los aspectos de la vida.. A mi familia porque todo lo que sé y soy se los debo a ustedes.. A mis grandes maestros y profesores.. A mis amigos.. Todas las personas que siempre estuvieron de una u otra manera exigiéndome, apoyándome y guiándome a ser una persona mejor.. Jorge Luis Calle Cáceres.

(9) VIII. ÍNDICE DECLARACIÓN .............................................................................................. II CERTIFICACIÓN ........................................................................................... III AGRADECIMIENTOS .................................................................................... IV DEDICATORIAS ............................................................................................ VI RESUMEN ................................................................................................... XIV PRESENTACIÓN ..........................................................................................XV CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO 1.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 1 1.2. SISTEMA DE SEGURIDAD ELECTRÓNICA COMERCIAL ...................... 2 1.3. SISTEMA DE SEGURIDAD PROPUESTO .............................................. 4 1.4. VISIÓN ARTIFICIAL DENTRO DE LA SEGURIDAD ................................ 5 1.4.1. SOTWARE PARA TRABAJAR EN VISIÓN ARTIFICIAL .......................... 6 1.4.2. MANEJO DE IMÁGENES CON LABVIEW ............................................... 7 CAPÍTULO 2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE DEL SISTEMA 2.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................. 11 2.2. CICAM (CENTRO DE INVESTIGACIONES Y CONTROL AMBIENTAL). 11 2.2.1. PUNTOS CRÍTICOS DEL ESTABLECIMIENTO. ................................... 12 2.2.1.1. Planta Baja ..................................................................................... 12 2.2.1.2. Primer Piso ..................................................................................... 14 2.2.2. ÁREAS IMPORTANTES DEL ESTABLECIMIENTO. ............................. 15 2.3. DISTRIBUCIÓN DE ELEMENTOS DEL SISTEMA DE SEGURIDAD ..... 16 2.4. DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS A USARSE ............................... 19 2.4.1. SENSORES DE PRESENCIA ................................................................ 19 2.4.2. SENSORES DE VIBRACIÓN ................................................................. 20 2.4.3. SENSORES MAGNÉTICOS .................................................................. 21 2.4.4. CÁMARAS DE SEGURIDAD ................................................................. 22 2.4.5. MENSAJERÍA ........................................................................................ 24.

(10) IX. 2.5. CONCENTRADOR DE SEÑALES ......................................................... 26 2.5.1. ELEMENTOS VARIOS UTILIZADOS EN ESTE PROYECTO ................ 27 2.5.2. DISPOSITIVOS DE ALARMA ................................................................ 29 CAPÍTULO 3 DISEÑO DEL SOFTWARE DEL SISTEMA 3.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................. 30 3.2. LABVIEW PROGRAMACIÓN GRÁFICA ................................................ 31 3.3. ADQUISICIÓN DE IMAGEN A TRAVÉS DE LABVIEW .......................... 33 3.3.1. VIS A UTILIZARCE ................................................................................. 34 3.3.2. PROGRAMA DE ADQUISICIÓN DE IMAGEN ....................................... 36 3.4. ANÁLISIS DE LA IMAGEN CAPTURADA .............................................. 37 3.4.1. HISTOGRAMA ....................................................................................... 37 3.4.2. CONTROL POR HISTÉRESIS ............................................................... 39 3.4.3. PROGRAMA DE HISTÉRESIS .............................................................. 40 3.5. GRABACIÓN DE VIDEO CON LABVIEW .............................................. 42 3.5.1. PROGRAMA DE GRABACIÓN DE VIDEO ............................................ 42 3.5.2. ALMACENAMIENTO DE VIDEOS ......................................................... 43 3.6. COMUNICACIÓN SERIAL .................................................................... 45 3.7. MENSAJERÍA ....................................................................................... 46 3.7.1. NOKIA 6085 ........................................................................................... 46 3.7.2. COMANDOS AT..................................................................................... 47 3.8. SOFTWARE DEL SISTEMA DE SEGURIDAD....................................... 48 3.8.1. PROGRAMA DE SENSORES ................................................................ 49 3.8.2. PROGRAMA DE CÁMARAS .................................................................. 53 3.8.3. PROGRAMA DE MENSAJERÍA ............................................................. 61 3.8.4. PROGRAMA DE BASE DE VIDEOS ...................................................... 63 3.8.5. INTERRUPCIÓN PARA INGRESO DE CLAVE ...................................... 65 3.8.5.1. Ventana de clave normal-video....................................................... 67 3.8.5.2. Ventana de clave video-normal....................................................... 69 3.8.6. PROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR .......................................... 70 3.9. INTERFAZ HOMBRE MÁQUINA ( HMI ) ............................................... 73 3.9.1. VENTANAS HMI .................................................................................... 74.

(11) X. CAPÍTULO 4 PRUEBAS Y RESULTADOS 4.1. INTRODUCCIÓN. ................................................................................. 80 4.2. PRUEBAS DE SMS .............................................................................. 80 4.3. PRUEBAS DE LA PLACA DE SENSORES. .......................................... 83 4.4. PRUEBAS DEL SISTEMA DE SEGURIDAD.......................................... 83 4.5. CAPACITACIÓN SOBRE EL SISTEMA DE SEGURIDAD. ..................... 86 4.6. ANÁLISIS DE COSTO - PRESUPUESTO. ............................................ 88 4.6.1. COSTO DE MATERIALES. .................................................................... 88 4.6.2. COSTO DE CONSTRUCCIÓN............................................................... 89 4.6.3. COSTO DE INGENIERÍA. ...................................................................... 89 4.6.4. COSTO TOTAL DEL SISTEMA DE SEGURIDAD. ................................. 89 CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES ................................................................................. 91 5.2. RECOMENDACIONES ......................................................................... 92 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. .............................................................. 94 ANEXOS....................................................................................................... 95 ANEXO A: MANUAL DE USUARIO .................................................................. 95 ANEXO B: CLAVE DE SEGURIDAD Y NÚMERO TELEFÓNICO ..................... 96 ANEXO C: HOJA DE DATOS DEL SENSOR DE PRESENCIA ......................... 97 ANEXO D: HOJA DE DATOS DEL SENSOR DE VIBRACIÓN .......................... 98 ANEXO E: HOJA DE DATOS DE LA CÁMARA DE SEGURIDAD ..................... 99 ANEXO F: COMANDOS AT ............................................................................ 100 ANEXO G: PROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR ................................. 101 ANEXO H: PROGRAMA DEL SISTEMA DE SEGURIDAD ............................. 102 ANEXO I: PANEL DE CONTROL .................................................................... 103 ANEXO J: CONTROL REMOTO PARA EL RECEPTOR RRC 200 ................. 104.

(12) XI. ÍNDICE DE FIGURAS CAPÍTULO 1 Figura 1. 1: Elementos de un sistemas de seguridad electrónico comercial. ......... 2 Figura 1. 2: Distribución de los elementos del sistema de seguridad. .................... 3 Figura 1. 3: Dispositivos que constituyen un CCTV. .............................................. 4 Figura 1. 4: Aplicación de visión artificial en procesos. .......................................... 5 Figura 1. 5: Elementos de un sistema de visión artificial. ....................................... 6 Figura 1. 6: Procesamiento en base al histograma. ............................................... 8 Figura 1. 7: Función IMAQ Create.......................................................................... 9 Figura 1. 8: Función IMAQdx Open Camera VI. ..................................................... 9 Figura 1. 9: Función IMAQdxClose Camera VI. ..................................................... 9 Figura 1. 10: Función IMAQdx Configure Grab VI. ................................................. 9 Figura 1. 11: Función IMAQdxGrab VI. ................................................................. 9 Figura 1. 12: Función IMAQdx Snap VI. ............................................................... 10 Figura 1. 13: Función IMAQ AVI Create VI. ......................................................... 10 Figura 1. 14: Función ImaqHistograph. ................................................................ 10 CAPÍTULO 2 Figura 2. 1: Planta baja. ....................................................................................... 13 Figura 2. 2: Primer Piso. ....................................................................................... 14 Figura 2. 3: Planta baja (áreas importantes). ....................................................... 15 Figura 2. 4: Plano de distribución de elementos de seguridad Planta baja. ......... 17 Figura 2. 5: Plano de distribución de elementos de seguridad Planta alta. .......... 18 Figura 2. 6: Cobertura Sensor de Presencia. ....................................................... 19 Figura 2. 7: (a) Sensor de vibración, (b) Estructura de sensor. ............................ 20 Figura 2. 8: (a) Sensores en serie. (b) Montaje del sensor. ................................. 21 Figura 2. 9: (a) Sensor magnético, (b) Campo magnético. ................................... 21 Figura 2. 10: Cámara de seguridad. ..................................................................... 22 Figura 2. 11: Fuente para cámaras. ..................................................................... 23 Figura 2. 12: Nokia 6085. ..................................................................................... 24.

(13) XII. Figura 2. 13: Puerto de comunicación Nokia 6085 ............................................... 25 Figura 2. 14: Cable DKU - 2 ................................................................................. 26 Figura 2. 15: Pines de Entrada/Salida del ATmega164P. .................................... 28 Figura 2. 16: Hardware para comunicación entre microcontrolador y Pc. ............ 29 Figura 2. 17: Sirena y luz estroboscópica. ........................................................... 29 CAPÍTULO 3 Figura 3. 1: (a) Adquisición de imagen (b) Panel frontal (Imagen). ...................... 36 Figura 3. 2: (a) Programa valor medio. (b) Valor medio. ...................................... 38 Figura 3. 3: Histéresis. ......................................................................................... 40 Figura 3. 4: Banda de Histéresis. ......................................................................... 41 Figura 3. 5: Grabación de imagen. ....................................................................... 42 Figura 3. 6: Almacenamiento de videos. .............................................................. 44 Figura 3. 7: Comunicación serial. ......................................................................... 45 Figura 3. 8: Comunicación PC – Nokia 6085........................................................ 46 Figura 3. 9: PC Suite. ........................................................................................... 47 Figura 3. 10: Control de sensores. ....................................................................... 49 Figura 3. 11: Ventana de control de sensores. ..................................................... 51 Figura 3. 12: Diagrama de flujo de control de sensores. ...................................... 52 Figura 3. 13: Estado normal de cámaras. ............................................................ 54 Figura 3. 14: Estado de video de cámaras. .......................................................... 55 Figura 3. 15: Estado de grabación de cámaras. ................................................... 56 Figura 3. 16: Diagrama de flujo del estado norma de cámaras. ........................... 58 Figura 3. 17: Diagrama de flujo del estado Video de cámaras. ............................ 59 Figura 3. 18: Diagrama de flujo del estado Grabación de cámaras...................... 60 Figura 3. 19: Trama uno de mensajería. .............................................................. 61 Figura 3. 20: Trama dos de mensajería. .............................................................. 62 Figura 3. 21: Trama tres de mensajería. .............................................................. 62 Figura 3. 22: Base de Videos. .............................................................................. 63 Figura 3. 23: Diagrama de flujo del estado Base de Videos. ................................ 64 Figura 3. 24: Interrupción para clave. ................................................................... 65 Figura 3. 25: Diagrama de flujo de la interrupción clave. ..................................... 66 Figura 3. 26: Programa clave normal-video. ........................................................ 67.

(14) XIII. Figura 3. 27: Diagrama de flujo clave normal-video. ............................................ 68 Figura 3. 28: Programa clave video-normal. ........................................................ 69 Figura 3. 29: Diagrama de flujo del microcontrolador. .......................................... 71 Figura 3. 30: Diagrama de la placa del microcontrolador. .................................... 72 Figura 3. 31: Diagrama de las pistas de la placa.................................................. 72 Figura 3. 32: HMI Normal. .................................................................................... 75 Figura 3. 33: HMI Video. ...................................................................................... 75 Figura 3. 34: HMI Grabación. ............................................................................... 76 Figura 3. 35: HMI Sensores.................................................................................. 76 Figura 3. 36: HMI SMS. ........................................................................................ 77 Figura 3. 37: HMI BASE DE VIDEOS. .................................................................. 77 Figura 3. 38: HMI clave normal-video. .................................................................. 78 Figura 3. 39: HMI clave video-normal. .................................................................. 78 CAPÍTULO 4 Figura 4. 1: SMS con Hyperterminal (a) (b) (c) (d). .............................................. 81 Figura 4. 2: Placa de Control. ............................................................................... 83 Figura 4. 3: Pestaña de control del sistema de seguridad, pantalla normal. ........ 84 Figura 4. 4: Pestaña de control del sistema de seguridad, pantalla video............ 85 Figura 4. 5: Deshabilitación del sistema de seguridad. ........................................ 85 Figura 4. 6: Habilitación del sistema de seguridad. .............................................. 86 Figura 4. 7: Capacitación sobre el sistema de seguridad. .................................... 87 Figura 4. 8: Placa de Control. ............................................................................... 89.

(15) XIV. RESUMEN. En las instalaciones del CICAM (Centro de Investigaciones y Control Ambiental), que se encuentran ubicadas dentro de la Escuela Politécnica Nacional. Se instala un sistema de seguridad electrónico convencional que consta de sensores de presencia, de vibración, y magnético, a este sistema se lo incorpora cámaras de seguridad convencionales que son capaces de grabar un acontecimiento anormal, esto es en las noches o los fines de semana generalmente cuando no se encuentre personal en el establecimiento, lo novedoso del sistema es que está basado en visión artificial del software LabView, esta tecnología se utiliza con cámaras comerciales infrarrojas para una mejor visión nocturna, la imagen de la cámara es procesada para detectar alguna anomalía en el establecimiento y específicamente en el lugar que se encuentre protegiendo la misma, gracias a esta herramienta de visión artificial se hace un escaneo de la imagen que captura la cámara cuando se activa el sistema de seguridad en la noche, posteriormente se compara permanentemente la nueva imagen de la cámara durante toda la noche con la muestra patrón, dando como resultado la percepción de cualquier cambio en la imagen de la cámara, cuando esto sucede se activa la alarma auditiva - visual y se envía un mensaje de texto al celular de la persona encargada del establecimiento.. El aporte de este proyecto es utilizar visión artificial en sistemas de seguridad y así dar una alternativa ya que el sistema no graba toda la noche sino solo en el momento de haber alguna anomalía, evitando al personal revisar todo los videos de todas las noches para hallar el instante del incidente como en los sistemas comerciales, a más de constituirse en una evidencia contra los delincuentes.. Los lugares a vigilar son principalmente los laboratorios en donde se encuentran equipos y elementos químicos costosos..

(16) XV. PRESENTACIÓN. Este trabajo está formado por cinco capítulos en los cuales se han descrito las partes más importantes, los mismos que serán descritos brevemente en los siguientes párrafos:. CAPÍTULO 1: Marco Teórico. Se realiza una introducción hacia el marco conceptual de la seguridad electrónica, mencionando características de sistemas de seguridad comerciales, además del uso que se le puede dar a la visión artificial en este campo.. CAPÍTULO 2: Diseño e Implementación del Hardware del Sistema. Se describen las características de los elementos que se utilizan en el proyecto, cámaras, sensores, fuentes, microcontrolador, celular y demás.. CAPÍTULO 3: Diseño del Software del Sistema. Se explica sobre la selección del software utilizado para el desarrollo de la interfaz gráfica, además se hace una descripción del programa desarrollado, que permite realizar la supervisión, control y adquisición de datos del sistema de seguridad electrónica con diagramas de flujo de las partes del programa. CAPÍTULO 4: Pruebas y resultados. Se expone los resultados de diferentes pruebas aplicadas al sistema de seguridad, las cuales son: Pruebas de hardware que se refiere a la parte física del sistema. Pruebas del HMI, aquellas que evalúan el enlace entre la tarjeta y el computador y por último están las pruebas del sistema, además de la capacitación al personal encargado del laboraorio.. CAPÍTULO 5: Conclusiones y recomendaciones. Se indican todas aquellas conclusiones y recomendaciones que surgieron conforme se fue desarrollando el sistema para el correcto funcionamiento del sistema de seguridad..

(17) 1. CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO. 1.1.. INTRODUCCIÓN. En la actualidad existe sistemas de seguridad que trabajan con circuitos cerrados de televisión (CCTV), que consisten en conectar una serie de cámaras a un equipo DVR donde se concentran las señales de imagen de cada cámara, este DVR es un dispositivo interactivo de grabación de televisión y video en formato digital destinado para aplicaciones de seguridad con video vigilancia, es decir se almacena en su disco duro el video de cada cámara durante las veinte y cuatro horas del día y se puede visualizar los videos guardados cuando se desee, a más de esto estos equipos controlan el estado de los sensores para poder saber que hay un intruso y encender una alarma.. El sistema que se propone en este proyecto sustituye estos DVRs que son de costos elevados con un computador convencional donde se hace un procesamiento con visión artificial de la imagen de la cámara para así detectar una anomalía en el lugar a proteger en este caso el Centro de Investigaciones y Control Ambiental (CICAM), es importante resaltar que las cámaras de seguridad que se utiliza en el sistema no tienen incorporado ningún sensor de presencia o alguno similar, por lo que se aprovecha el software LabView para hacer el escaneo de la imagen de la cámara cuando está encendido el sistema, si la imagen se altera se enciende la alarma visual-auditiva, a más de esto al sistema de seguridad se le incorporó un sistema de mensajería que al encenderse la alarma se envía un mensaje a las personas encargadas de la seguridad del establecimiento, en el mercado existen módulos aparte del DVR que se encargan del envío de mensajes y funcionan con el accionamiento de la señal de sensores..

(18) 2. En el presente capítulo se expone las características de la utilización de la visión artificial en el proyecto, a más de las fortalezas del mismo ante sistemas de seguridad convencionales.. 1.2.. SISTEMA DE SEGURIDAD ELECTRÓNICA COMERCIAL. Dentro de los sistemas de seguridad electrónica se tienen una gran variedad de sistemas y servicios que estos prestan. Sin embargo en la actualidad un sistema de seguridad electrónica básico consta de los siguientes componentes:. -. Panel de control. -. Teclado digital. -. Detector de movimiento. -. Contactos magnéticos. -. Batería de respaldo. -. Sirena. Figura 1. 1: Elementos de un sistemas de seguridad electrónico comercial. Estos sistemas supervisan el estado de los sensores durante las 24 horas, los 365 días del año y ante cualquier intento de delito los sensores una vez que hayan sido activados envían una señal al panel de control. En la propiedad a proteger se instalan los siguientes componentes ubicados de tal manera que cubran la mayor área posible.. -. Central de alarmas. -. Sensores infrarrojos de movimiento. -. Sensores magnéticos para puertas y ventanas.

(19) 3. -. Sirena. -. Carteles disuasivos. Generalmente estos sistemas a más de brindar el sistema que detecta un intento de intrusión, puede brindar servicios adicionales como atención médica, sistema contraincendios; en esos casos la empresa que le brinda el servicio de seguridad debe contar con médico y guardias motorizados para que lleguen al lugar a supervisar en caso de alguna alarma.. Figura 1. 2: Distribución de los elementos del sistema de seguridad. Ahora un sistema más complejo por lo tanto más costoso ya incluye entre sus componentes a los circuitos cerrados de televisión (CCTV), el propósito de este elemento dentro del sistema de seguridad es supervisar áreas que se deseen vigilar, permitir grabaciones de eventos o situaciones como evidencia o para realizar correcciones, si se cuenta con un punto de red con acceso a internet se puede vigilar las áreas o procesos desde cualquier parte del mundo..

(20) 4. Figura 1. 3: Dispositivos que constituyen un CCTV. El CCTV es un sistema formado por un número finito de cámaras y monitores, estos circuitos se utilizan para vigilar ares importante como, productos, zonas de trabajo, movimiento de personal, vehículos, etc.. Un CCTV básico está formado por:. -. Cámaras de seguridad. -. DVR (grabador de video digital). -. Monitor o pantalla. 1.3.. SISTEMA DE SEGURIDAD PROPUESTO. Como se mencionó anteriormente los sistemas de seguridad electrónica comerciales ya trabajan con cámaras, la diferencia de dichos sistemas comerciales con el que se propone es trabajar con las imágenes de las cámaras para determinar una condición inicial que será comparada con la condición que se generará a través del tiempo. En caso de existir algún evento o situación que genere una alteración considerable entre la condición inicial y la condición de prueba se activará la alarma además de que se enviará un mensaje sms a las personas encargadas del establecimiento del CICAM.. En base a las imágenes de las cámaras se trabajara con el histograma de las imágenes, mediante el histograma se obtienen valores muy útiles para el.

(21) 5. procesamiento de una imagen, por ejemplo el valor medio, la desviación estándar y la varianza.. Además del uso de las cámaras se trabaja con sensores de presencia, vibración y magnéticos; con el fin de complementar el funcionamiento de las cámaras y de los sensores.. 1.4.. VISIÓN ARTIFICIAL DENTRO DE LA SEGURIDAD. En los últimos años los sistemas de visión artificial han tomado un auge muy grande en la ciencia y se han implementado en muchos procesos como por ejemplo en medicina, astronomía, industria, etc. (Figura 1.4.). En este caso se le ha dado una aplicación más a esta tecnología en el campo de la seguridad electrónica. Astronomía Ubicación. Medicina. Fotogramet. Industria. Figura 1. 4: Aplicación de visión artificial en procesos. El sistema de visión artificial está constituido por una fuente de iluminación, el objeto de estudio, los dispositivos de adquisición de imágenes (sensores de imagen) y los dispositivos de procesamiento y análisis (Figura 1.5).. La fuente de iluminación es muy importante ya que proporciona condiciones uniformes de iluminación, independientes del entorno. Esto facilita la obtención de características visuales relevantes para una determinada aplicación. Las cámaras son dispositivos encargados de determinar y/o recoger las características del.

(22) 6. objeto que está siendo estudiado. La tarjeta de adquisición de imágenes es la interfaz entre el sensor y la computadora, esta tarjeta permite que la información pase del sensor a la computadora. Los algoritmos de análisis de la imagen son los encargados de aplicar las transformaciones necesarias para extraer información de las imágenes capturadas.. Figura 1. 5: Elementos de un sistema de visión artificial.. 1.4.1. SOTWARE PARA TRABAJAR EN VISIÓN ARTIFICIAL En el mercado existen diferentes softwares para trabajar sobre imágenes además de que son programas que tienen librerías para trabajar sobre el campo de la visión artificial. Matlab, Labview, Opencv, VisualBasic, aedracVision.. Algunos programas como por ejemplo aedracVision son programas enfocados ya a alguna aplicación es decir el usuario no tiene permitido modificar el programa más que ciertos parámetros, otros programas mientras tanto permiten que el.

(23) 7. usuario diseñe su HMI y que este mismo programe su aplicación uno de estos programas es el software Labview.. La razón por la que se escogió el software Labview principalmente fue porque la Escuela Politécnica Nacional cuenta con las licencias de este programa, además que la programación se la realiza mediante bloques y no se introduce ningún tipo de código.. 1.4.2. MANEJO DE IMÁGENES CON LABVIEW. Mediante el uso del software LabView se puede realizar el procesamiento de las imágenes, mediante el histograma se pueden obtener valores muy útiles para el procesamiento de esta imagen, como son el valor medio, la desviación estándar y la varianza.. El sistema de seguridad desarrollado trabajará la imágenes de las cámaras con el valor medio del histograma que estas generen para determinar cualquier evento anormal ya que en un inicio se determinará un valor medio patrón, el cual será comparado con el valor medio que se obtendrá a través de las cámaras en tiempo real, el valor medio patrón será la referencia desde la cual se generará una ventana de histéresis para evitar falsas alarmas por el cambio minúsculo del valor medio en tiempo real.. El histograma proporciona información útil como el brillo y el contraste de la imagen, puede ser utilizado para ajustar estos parámetros y eliminar tonalidades molestas. Se puede asociar los valores de la media con el brillo y la varianza con el contraste..

(24) 8. Figura 1. 6: Procesamiento en base al histograma. La obtención del valor medio a través del histograma se lo realizará únicamente en las noches la razón se debe que debido a que la situación climática de la ciudad es impredecible no se puede desarrollar un control adecuado para el día, esto se podría realizar si se controlan todas las variables que afectan al estudio del histograma como por ejemplo la luz que entra a través de las ventanas, luces interiores, etc.. El software LabView cuenta con librerías de funciones y paletas de herramientas que simplifican el procesamiento de imágenes.. Las funciones más comunes para trabajar con imágenes son las siguientes:. IMAQ Create, esta función permite asignar un espacio de la memoria para alojar la imagen con la que se va a trabajar, se debe definir el tipo de imagen..

(25) 9. Figura 1. 7: Función IMAQ Create. IMAQdx Open Camera VI, esta función permite reconocer la cámara que vamos a utilizar, para terminar se usa la función IMAQdxClose Camera VI.. Figura 1. 8: Función IMAQdx Open Camera VI.. Figura 1. 9: Función IMAQdxClose Camera VI. IMAQdx Configure Grab VI, permite configurar e iniciar la adquisición de la imagen.. Figura 1. 10: Función IMAQdx Configure Grab VI. IMAQdxGrab VI, esta función captura la imagen y la ingresa al LabView.. Figura 1. 11: Función IMAQdxGrab VI. IMAQdx Snap VI, esta función permite realizar la adquisición de una sola imagen..

(26) 10. Figura 1. 12: Función IMAQdx Snap VI. IMAQ AVI Create VI, IMAQ AVI WriteFrame VI, IMAQ AVI Close VI, estas funciones permiten grabar un video con extensión .avi.. Figura 1. 13: Función IMAQ AVI Create VI.. Figura 1. 14: Función IMAQ AVI WriteFrame VI. Figura 1. 15: Función IMAQ AVI Close VI Mediante la función ImaqHistograph ubicada en la subpaleta Image Processing / Analysis / Imag Histograph.. Figura 1. 16: Función ImaqHistograph..

(27) 11. CAPÍTULO 2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE DEL SISTEMA 2.1.. INTRODUCCIÓN. El presente capítulo hace referencia al diseño, selección e implementación de los elementos necesarios para el sistema de seguridad, es por esto que se expone las características de cada uno de los elementos, las cuales son aspectos muy importantes que se deben considerar para la implementación de un sistema de seguridad electrónica en establecimientos, se utilizarán sensores de presencia, de vibración y magnéticos, además de cámaras de seguridad y dispositivos de alarmas como una sirena y una luz estroboscópica.. Para realizar un diseño de la distribución de los sensores y cámaras en el establecimiento, es necesario detallar las características del establecimiento a proteger, para saber los puntos más vulnerables, el área donde se concentran la mayor cantidad de maquinaria, elementos, u objetos más importantes a proteger, etc.. 2.2. CICAM (CENTRO DE INVESTIGACIONES Y CONTROL AMBIENTAL). El establecimiento consta de dos plantas, en la planta baja se encuentran cinco laboratorios y la sala de recepción. La segunda planta está formada por tres oficinas y dos terrazas, el centro brinda servicios tales como:. 1.. Análisis químico, físico-químico y microbiológico de aguas claras y residuales, en los siguientes parámetros: alcalinidad, amonio, bario, bicarbonatos, boro, cadmio, calcio, carbón orgánico total, carbonatos, cianuros, clorofila, cloro residual, cloruros, cobalto, coliformes fecales, coliformes totales, color aparente, color verdadero, conductividad, cromo total, cromo 6, demanda.

(28) 12. bioquímica de oxígeno (total y soluble), demanda química de oxígeno (total y soluble), demanda de cloro, detergentes, dureza cálcica, dureza total, fenoles, fosfatos, hierro soluble, hierro total, magnesio, manganeso, material flotante, material volátil, níquel, nitratos, nitritos, oxígeno disuelto, pH, plomo, prueba de jarras, Sólidos sedimentables, Sólidos suspendidos, Sólidos suspendidos fijos, sólidos suspendidos volátiles, sólidos totales, sólidos totales disueltos, sustancias solubles en hexano, sulfatos, sulfitos, sulfuros, TPH (aguas y sólidos), turbiedad. 2.. Gestión ambiental del agua e impacto ambiental.. 3.. Recolección y tratamiento de los desechos sólidos.. 4.. Colectores y sistemas de drenaje industrial.. 5.. Uso y gestión de bases de datos documentales.. En la parte de investigación se realiza las siguientes actividades:. 1.. Gestión Integral de residuos sólidos.. 2.. Reactores Anaerobios de manto de lodos y de bio-película.. 3.. Potabilización de aguas con baja turbiedad, Reactores de alta taza.. 4.. Tratamiento de Aguas Residuales provenientes de Industrias del Cuero.. 5.. Tratamiento de Aguas Residuales provenientes de Empresas Textiles.. 2.2.1. PUNTOS CRÍTICOS DEL ESTABLECIMIENTO.. Para ser más claros y específicos se decide hacer un estudio minucioso de cada planta del establecimiento, y hallar los puntos críticos que son los accesos exteriores tanto puertas como ventanas.. 2.2.1.1.. Planta Baja. En la planta baja se encuentra, en el área del laboratorio de modelos, dos puertas lanfor y la puerta principal de acceso a la sala de recepción del centro de investigación, esto se puede visualizar en la figura 2.1..

(29) 13. Ventana. Ventana Ventana. Ventana. Puerta Lanfor1. Ventana. Puerta Ingreso. Puerta Lanfor1. Figura 2. 1: Planta baja. Se contabiliza cinco ventanas hacia el exterior, las cuales se debe tener en consideración para hacer el control del sistema de seguridad..

(30) 14. 2.2.1.2.. Primer Piso. En el primer piso se tiene dos puertas hacia el exterior, que van de las oficinas hacia las terrazas exteriores dispuestas de tal forma que se puede observar en la figura 2.2, por donde hay un riesgo potencial de que un intruso pueda entrar al establecimiento.. Puerta. Ventana. Ventana. Ventana. Ventana. Ventana Ventana Ventana. Ventana. Puerta. Ventana. Figura 2. 2: Primer Piso. También encontramos nueve ventanas en el primer piso distribuidas entre las oficinas, así como en el laboratorio de modelos en la parte superior de las puertas lanfor..

(31) 15. 2.2.2. ÁREAS IMPORTANTES DEL ESTABLECIMIENTO.. En este caso los laboratorios ubicados en la planta baja son las áreas de importancia debido a que en ellas se encuentran materiales costosos e indispensables para el establecimiento, por tal razón se debe tomar en cuenta estos lugares.. Figura 2. 3: Planta baja (áreas importantes). El. centro. de. investigaciones. cuenta. con. equipos. como:. pH-metro,. espectrofotómetro, TOC (Carbón Orgánico Total), turbidímetros, muflas, estufas, destiladores, balanzas, Sorbona, autoclave, centrífuga, TPH (Hidrocarburos Totales), equipo para prueba de Jarras, digestores, HPLC, baños termostáticos..

(32) 16. 2.3.. DISTRIBUCIÓN. DE. ELEMENTOS. DEL. SISTEMA. DE. SEGURIDAD Es importante verificar todas las zonas del establecimiento que se quiere proteger para determinar las zonas más críticas, para determinar el tipo y la distribución de los sensores que se van a utilizar.. Una vez se determinaron las zonas más críticas y las áreas a proteger se decidió contar con los siguientes elementos para el sistema de seguridad electrónico como por ejemplo cámaras de video análogas D/N, sensores de presencia, sensores de vibración, y contactos magnéticos, como se muestra en la tabla 1.. SENSORES. CANTIDAD. Sensor de presencia. 11. Sensor de vibración. 8. Sensor magnético. 5. CÁMARAS. CANTIDAD. Cámaras análogas D/N. 8. Tabla 1. Cantidad de sensores y cámaras.. En ventanas y puertas se colocan los sensores magnéticos, en el caso de las ventanas el sensor de vibración se encuentra sobre la superficie del vidrio, sobre las puertas de cada laboratorio y oficinas se colocan los sensores de presencia, además de las ocho cámaras distribuidas en los diferentes laboratorios del CICAM. La distribución de los elementos antes mencionados se encuentra en las figuras 2.4 y figura 2.5..

(33) 17. Figura 2. 4: Plano de distribución de elementos de seguridad Planta baja..

(34) 18. Figura 2. 5: Plano de distribución de elementos de seguridad Planta alta..

(35) 19. 2.4.. DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS A USARSE. A continuación se describe una breve explicación de los sensores a utilizarse.. 2.4.1. SENSORES DE PRESENCIA. Los sensores de presencia, también llamados sensores de movimiento o interruptores de proximidad, sirven para conectar o desconectar la iluminación de cualquier espacio en función de la existencia o no de personas en el mismo, al igual que se puede accionar una alarma de seguridad por la presencia de un intruso. En este proyecto se utiliza el detector infrarrojo Quad de la marca CROW que se encarga en accionar una alarma en el caso de la existencia de un intruso en el establecimiento.. Figura 2. 6: Cobertura Sensor de Presencia. Características: -. Ajuste de sensibilidad.. -. Pulso variable con ajuste.. -. Alimentación 8,2 a 16 V dc.. -. Salida Alarma N.C 28Vdc 0,1 A con 10 Ohm de protección.. -. Indicador LED-ON Mientras dura la alarma..

(36) 20. -. Dimensiones 92x59x37 mm.. -. Peso aproximadamente 40gr. Para más información acerca de las características del sensor se hace referencia al Anexo C. Donde se encuentra la hoja de datos del mismo.. 2.4.2. SENSORES DE VIBRACIÓN. Los sensores de vibración, llamados también detectores de rotura de cristales se utilizan para la protección de zonas acristaladas.. Para este proyecto se opta por utilizar el sensor VIB-2000 de la marca Crow para vigilar la rotura de vidrios, el sensor se monta sobre la ventana utilizando cinta adhesiva doble faz.. (a). (b). Figura 2. 7: (a) Sensor de vibración, (b) Estructura de sensor. El sensor debe detectar una alarma, cuando existan impactos que tienden a demoler la superficie que está siendo protegida, pero debe resultar insensible a solicitaciones menores, como por ejemplo la vibración por los parlantes de un equipo de sonido.. Si se desea más detalle sobre las características y funcionamiento del sensor se encuentra en la hoja de datos, Anexo D..

(37) 21. 2.4.3. SENSORES MAGNÉTICOS. Muchos sistemas de alarma usan interruptores del tipo abierto-cerrado para detectar cuando las ventanas o puertas son abiertas. En la figura 2.8: (a) se muestra un diagrama eléctrico básico de como conectar varios sensores de abierto-cerrado a la alarma.. La figura 2.8: (b) muestra cómo se colocan los sensores magnéticos. Cuando la puerta está cerrada, el imán montado en ella se coloca junto al relé colocado en el marco y lo cierra, si la puerta se mueve el imán se separa, el relé se abre, y hace funcionar la alarma.. (a). (b). Figura 2. 8: (a) Sensores en serie. (b) Montaje del sensor. Para el proyecto se escoge el sensor ISN‑CSTB‑10 Contacto compacto de 9.5 mm de la marca Bosch cuyo principio de funcionamiento ya se explicó anteriormente, se forma un campo magnético al acercar el imán al detector provocando el cierre del contacto que normalmente está cerrado.. (a). (b). Figura 2. 9: (a) Sensor magnético, (b) Campo magnético..

(38) 22. La fuente para los sensores debe cumplir con los requerimientos de voltaje y corrientes especificados para los sensores.. Se utiliza fuentes separadas para no tener problemas con caídas de tensión en algunos circuitos como el de control, celular, y evitar así las perturbaciones en la placa de control, ya que es aquella la que va a enviar el estado de los sensores a la computadora, y recibir la información para activar la sirena de alarma en el caso requerido.. 2.4.4. CÁMARAS DE SEGURIDAD. En aplicaciones de seguridad las cámaras deben de ser capaz de dar una buena resolución, además de poder funcionar tanto en el día como en la noche. Por esta razón en los sistemas de seguridad se ha generalizado el uso de este tipo de cámaras. Este tipo de cámaras cuenta con leds infrarrojos que se activan automáticamente mediante una foto-celda que detecta la cantidad de iluminación del lugar, con lo cual se logra una imagen de todos los elementos presentes en el espacio físico en el rango de visión de la cámara cuando se tiene 0 luxes (oscuridad total).. Figura 2. 10: Cámara de seguridad. Para la aplicación a desarrollarse se ha elegido una cámara Día/Noche tipo domo, una solución para instalaciones interiores, al ser una cámara discreta, de calidad de imagen aceptable y con iluminación infrarroja para las noches..

(39) 23. Características:. -. Mini DOMO.. -. Color DÍA/NOCHE.. -. Resolución 420 TVL, Lente 6mm. -. 18 leds infrarrojos. -. Alcance de visión nocturna: 15m. -. Salida de video: 1 Vp-p 75 ohmios. -. Alimentación: 12 VDC. -. Consumo de corriente: 120 mA. -. Dimensiones: 7.5 (H) x 9.3 (W) cm. Las características de la cámara se encuentran especificadas con más detalle en el Anexo E, si se desea mayor información.. Se usarán fuentes individuales para cada cámara, esto con el propósito de evitar que en caso de falla todas las cámaras estén inhabilitadas, es decir si la fuente de alimentación de una cámara es retirada o cortada, se pierde la señal de la imagen de solo dicha cámara, las demás cámaras funcionan perfectamente evitando que el sistema de televisión cerrado colapse.. Las fuentes que se usarán son fuentes de 12V; 1,25 A.. Figura 2. 11: Fuente para cámaras..

(40) 24. Las fuentes individuales de las cámaras son colocadas lo más cerca posible del lugar donde se encuentran instaladas las cámaras, para evitar cablear desde el lugar de control.. Se instalan tomacorrientes en lugares donde se necesitan para la alimentación de las cámaras.. 2.4.5. MENSAJERÍA. En el mercado existen varios modelos y marcas de equipos celulares. Cada uno diferente en forma, aspecto y software. Para cumplir con los objetivos trazados en este proyecto se buscó un equipo el cual soporte primordialmente comandos AT para poder controlar el modem SMS interno del celular, que sus conexiones y transmisión de datos sea fácil y con el soporte necesario, el equipo escogido es el Nokia 6085.. El Nokia 6085 es un equipo relativamente pequeño mide 92 x 46 x 23 mm y pesa 84 gramos soporta redes GSM 850, 900,1800 y 1900. Su menú de usuario es muy fácil de manejar además que cuenta con soporte a través de su página en Internet.. Figura 2. 12: Nokia 6085..

(41) 25. Una de las características con las que cuenta este teléfono celular es el puerto por donde realizaremos la conexión del cable DKU-2. En la siguiente figura observamos su forma.. Figura 2. 13: Puerto de comunicación Nokia 6085 Conocer la distribución de pines del puerto de comunicación del celular es importante para poder establecer una comunicación entre el dispositivo móvil con otro dispositivo similar o diferente, a continuación se muestra en la tabla 2 los pines a utilizar. Además se utilizará el cable USB DKU-2 para comunicar al celular con la Pc.. # PIN 1 2 3. Nombre PIN Vin GND ACI. 4. V Out / VDD+. 5 6 7 8 9 10. USB Vbus FBusRx/USB D+ FBusTx/USB DGND X MicX Mic+. 11. HS Ear L-. 12. HS Ear L+. Descripción Entrada del cargador Tierra del cargador Accesorio para Control de la Interfaz Conectado al pin3 en el cable de datos USB DKU-2 USB Vcc +5V USB dato + USB dato USB GND Audio in - Ext. Mic entrada negative Audio in - Ext. Mic entrada positive Audio out - Ext. Audio salida – izquierda, negativa Audio out - Ext. Audio salida – izquierda, positiva.

(42) 26. 13. HS Ear R-. 14. HS Ear R+ GND. Audio out - Ext. audio salida – derecha, negativa Audio out - Ext. audio salida – derecha, positiva Tierra. Tabla 2. Distribución de pines DKU - 2.. Figura 2. 14: Cable DKU - 2 Los drivers para el uso de este cable conjuntamente con el equipo celular lo podemos encontrar disponibles en la página www.nokia/latinoamerica.com.. Para comunicarse con la computadora se utiliza el estándar serial RS 232. Desde el HMI se puede ingresar el número de teléfono al que se va a enviar el mensaje, ésta información se envía directamente a la persona correspondiente en el momento que se activó la alarma de seguridad.. Para realizar esta comunicación se utiliza los comandos AT con los que trabaja el celular Nokia 6085, estos se explicaran en el siguiente capítulo en la parte del software correspondiente al envío de los mensajes.. 2.5.. CONCENTRADOR DE SEÑALES. Únicamente se trata de una caja en donde se recibirán todos los cables provenientes de las cámaras de seguridad además de los sensores. Dentro de.

(43) 27. esta caja también se ubicarán las placas de los circuitos de control tanto de la señal de los sensores como la placa de comunicación SMS, también se encuentra aquí el circuito de control para activar la alarma como es la sirena y la luz estroboscópica.. 2.5.1. ELEMENTOS VARIOS UTILIZADOS EN ESTE PROYECTO. El microcontrolador ATMEGA164P es un microcontrolador que será utilizado con el propósito de captar todas las señales eléctricas provenientes de los sensores de presencia, de ruptura de vidrio y sensores magnéticos. Este microcontrolador contará con un programa que enviará un comando a la computadora, en caso de recibir una señal de alarma de cualquiera de los sensores que se instalarán en el interior del CICAM, la computadora enviará una respuesta al microcontrolador para ejecutar la activación de la alarma.. Este microcontolador se distribuye de la siguiente manera para la recepción de los estados de los sensores como se encuentra en la tabla 3:. PUERTOS. Puerto A. Puerto B. DISTRIBUCIÓN DE PINES. ASIGNASIÓN. UBICACION. IN. PA0 (pin 40). Sensor presencia 1. Of. Dirección. X. PA1 (pin 39). Sensor presencia 2. Of. TOC. X. PA2 (pin 38). Sensor presencia 3. Gradas. X. PA3 (pin 37). Sensor presencia 4. Lab. Cromatografía. X. PA4 (pin 36). Sensor presencia 5. Lab. Modelos 1. X. PA5 (pin 35). Sensor presencia 6. Lab. Físico Químico. X. PA6 (pin 34). Sensor presencia 7. Lab. Aguas industriales. X. PA7 (pin 33). Sensor presencia 8. Lab. Microbiología. X. PB0 (pin 1). Sensor magnético 1. Secretaría. X. PB1 (pin 2). Sensor magnético 2. Secretaría. X. PB2 (pin 3). Sensor magnético 3. Cromatografía. X. PB3 (pin 4). Sensor magnético 4. Gradas. X. PB4 (pin 5). Sensor magnético 5. Dirección. X. Sensor presencia 9. Lab. Modelos. X. Sensor vibración 1. Gradas. X. PB5 (pin 6) PB6 (pin 7) PB7 (pin 8) Puerto C. PC0 (pin 22). OUT.

(44) 28. PC1 (pin 23). Sensor vibración 2. Of. Toc. X. PC2 (pin 24). Sensor vibración 3. Of. Dirección. X. PC3 (pin 25). Sensor vibración 4. Lab. Microbiología. X. PC4 (pin 26). Sensor vibración 5. Of. Cromatografía. X. PC5 (pin 27). Sensor vibración 6. Lab. Aguas Industriales. X. PC6 (pin 28). Sensor vibración 7. Lab. Físico Químico. X. PC7 (pin 29). Sensor vibración 8. Lab. Instrumentación. X. PD0 (pin 14). Max 232 Rx. PD1 (pin 15). Max 232 Tx. PD2 (pin 16). Sirena. Terraza. PD5 (pin 19). Sensor presencia 10. Secretaría. X. PD6 (pin 20). Sensor presencia 11. Lab. Instrumental. X. PD7 (pin 21). Sensor presencia 11. X. Pin 9. Reset del micro. X. Pin 10. Fuente 5 V, Vcc. X X X. PD3 (pin 17) Puerto D. PD4 (pin 18). Pin 11. Tierra, Gnd. Pin 30. AVcc. Pin 31. Tierra, Gnd. Pin 32. -----------. Pin 12. -----------. Pin 13. -----------. Tabla 3. Distribución de pines Atmega164P. Distribución de Pines:. Figura 2. 15: Pines de Entrada/Salida del ATmega164P..

(45) 29. Otro elemento necesario para poder establecer la comunicación entre la computadora y el microcontrolador y que trabaje con la norma RS-232 es el integrado MAX232.. El uso del integrado MAX232 se refiere principalmente cuando se necesita convertir los niveles de voltaje de 0-3.3 ó 0-5 V a niveles -12 a +12V o viceversa. La disposición de pines, así como la conexión de los capacitores se indican en la figura 2.16. Figura 2. 16: Hardware para comunicación entre microcontrolador y Pc. 2.5.2. DISPOSITIVOS DE ALARMA. Dentro del sistema de seguridad generalmente siempre se cuenta con una sirena que se activa únicamente en caso de emergencia. La activación de la sirena o de cualquier equipo de aviso está controlada por el dispositivo cerebro del sistema de seguridad. También se puede hacer uso de luces estroboscópicas sin embargo se puede prescindir de ellas.. Figura 2. 17: Sirena y luz estroboscópica..

(46) 30. CAPÍTULO 3. DISEÑO DEL SOFTWARE DEL SISTEMA. 3.1.. INTRODUCCIÓN. En este capítulo se trata acerca del software que se utilizó además de la programación desarrollada con el propósito de cumplir los objetivos que se han establecido en la elaboración de este proyecto.. Se desarrolla una aplicación y un instalador con toda la programación realizada para el funcionamiento del sistema de seguridad, se describe detalladamente la programación que se genera para el procesamiento de imágenes basada en la visión artificial, al igual que la programación destinada a la recepción de señales de los sensores instalados en el lugar, las alarmas visual- auditiva, el control de SMS y la grabación de video tiene su propia programación para su desempeño óptimo.. Para el desarrollo del software se generan ventanas auxiliares, para ingresar la clave de usuario y confirmación de la misma, ventanas con variables auxiliares que no se muestran, y demás programación que se detalla a lo largo de este capítulo.. Este proyecto hará referencia a las librerías de visión artificial así como a las de comunicación serial principalmente.. Las librerías de visión artificial servirán para tratar las imágenes generadas por las cámaras de seguridad y la librería de comunicación servirá para entablar el flujo de datos a través del microcontrolador y la computadora. El microcontrolador será el encargado de realizar la verificación del estado de los sensores. Con la misma librería se trabajará en él envió de mensajes a la placa de mensajería SMS..

(47) 31. 3.2.. LABVIEW PROGRAMACIÓN GRÁFICA. El software con el que se traba es el LABVIEW, la finalidad de usar este software es simplemente generar aplicaciones que se pueden desarrollar mediante el uso de sus librerías.. LabView constituye un sistema de programación gráfica que se utiliza para esta aplicación que involucra adquisición, control, análisis y presentación de datos. Las ventajas que proporcionan las aplicaciones hechas en LabView se resumen en las siguientes:. -. Dota de gran flexibilidad al sistema, permitiendo cambios y actualizaciones tanto del hardware como del software.. -. Brinda la posibilidad a los usuarios de crear soluciones completas y complejas.. -. Con un único sistema de desarrollo se integran las funciones de adquisición, análisis y presentación de datos.. -. El sistema está dotado de un compilador gráfico para lograr la máxima velocidad de ejecución posible.. -. Tiene la posibilidad de incorporar aplicaciones escritas en otros lenguajes, LabView es un entorno de programación destinado al desarrollo de aplicaciones, similar a los sistemas de desarrollo que utilizan el lenguaje C o BASIC. Sin embargo, LabView se diferencia de dichos programas en un importante aspecto: los citados lenguajes de programación se basan en líneas de texto para crear el código fuente del programa, mientras que LabView emplea la programación gráfica o lenguaje G para crear programas basados en diagramas de bloques.. Para el empleo de LabView no se requiere gran experiencia en programación, ya que se emplean íconos, términos e ideas familiares a científicos e ingenieros, y se apoya sobre símbolos gráficos en lugar de lenguaje escrito para construir las aplicaciones. LabView posee extensas librerías de funciones y subrutinas..

(48) 32. Los programas desarrollados mediante LabView se denominan Instrumentos virtuales (VIs), porque su apariencia y funcionamiento imitan los de un instrumento real. Los Vis tienen una parte interactiva con el usuario y otra parte de código fuente, y aceptan parámetros procedentes de otros VIs. Todos los VIs tienen un panel frontal y un diagrama de bloques. Las paletas contienen las opciones que se emplean para crear y modificar los VIs.. Panel Frontal. Se trata de la interfaz gráfica del VI con el usuario. Esta interfaz recoge las entradas procedentes del usuario y representa las salidas proporcionadas por el programa. Un panel frontal está formado por una serie de botones, pulsadores, potenciómetros, gráficos, etc.. Cada uno de ellos puede estar definido como un control o un indicador. Los primeros sirven para introducir parámetros al VI, mientras que los indicadores se emplean para mostrar los resultados producidos, ya sean datos adquiridos o resultados de alguna operación.. Diagrama de bloques. El diagrama de bloques constituye el código fuente del VI. En el diagrama de bloques es donde se realiza la implementación del programa del VI para controlar o realizar cualquier procesamiento de las entradas y salidas que se crearon en el panel frontal.. El diagrama de bloques incluye funciones y estructuras integradas en las librerías que incorpora LabView. Los controles e indicadores que se colocaron previamente en el Panel Frontal, se materializan en el diagrama de bloques mediante los terminales..

(49) 33. El diagrama de bloques se construye conectando los distintos objetos entre sí, como si de un circuito se tratara. Los cables unen terminales de entrada y salida con los objetos correspondientes, y por ellos fluyen los datos.. LabView posee una extensa biblioteca de funciones, entre ellas, aritméticas, comparaciones, conversiones, funciones de entrada/salida, de análisis, etc. Las estructuras, similares a las declaraciones causales y a los bucles en lenguajes de programación, ejecutan el código que contienen de forma condicional o repetitiva (bucle for, while, case,...). Los cables son las trayectorias que siguen los datos desde su origen hasta su destino, ya sea una función, una estructura, un terminal, etc. Cada cable tiene un color o un estilo diferente, lo que diferencia unos tipos de datos de otros.. Paletas.. Las paletas de Labview proporcionan las herramientas que se requieren para crear y modificar tanto el panel frontal como el diagrama de bloques.. Por ejemplo la paleta de herramientas (Tools palette); se emplea tanto en el panel frontal como en el diagrama de bloques, Contiene las herramientas necesarias para editar y depurar los objetos tanto del panel frontal como del diagrama de bloques.. 3.3.. ADQUISICIÓN DE IMAGEN A TRAVÉS DE LABVIEW. El software Labview tiene librarías que están destinadas al procesamiento de imágenes. Dentro de la sub paleta Magnament se encuentran bloques que permiten asignar un espacio de memoria para alojar allí la imagen con la que se va a trabajar.. El tipo de imágenes con los que se puede trabajar son:. -. Escala de grises: U8, U16, I16, SGL.

(50) 34. -. Color RGB: U32, U64. -. HSL: U32. -. Complex: CSG. Es necesario instalar en el software Labview el toolkit de Vision Adquisition, Vision Builder, que tienen las herramientas para la adquisición y procesamiento de la imagen, estos toolkits son los más importantes y los más utilizados en el desarrollo de este proyecto; como ya se dijo la visión artificial que ha desarrollado la importante empresa National Instruments es la herramienta más importante para la programación del sistema de seguridad electrónico en esta tesis, ya que se utiliza como una alternativa más de detección de intrusos, es decir es un sistema redundante ya que si los sensores no detectan la presencia de intrusos las cámaras también están realizando una detección de intrusos mediante el procesamiento y análisis de la imagen, utilizando la media aritmética de la distribución de bits del plano en escala gris tomado de la imagen.. 3.3.1. VIs A UTILIZARCE. Los bloques que se utilizaran para trabajar con la imagen generada por las cámaras de video se presentan a continuación:. Los VIs expuestos anteriormente se encuentran descritos en el Cap. 1 Pág. 20, todos estos VIs se los encuentra en la pantalla del diagrama de bloques, en la función de Vision and Motion, donde se puede encontrar todos los VIs relacionados con la adquisición y procesamiento de la imagen, a más de estos VIs se utilizan también:.

(51) 35. IMAQ Extract Single ColorPlane. Extrae un plano simple de la imagen, como son: rojo, verde, azul, intensity, etc. En este caso se toma el plano de color intenso (Intensity), que da como resultado una escala de gris.. ImaqHistograph. De una imagen en gris que tiene como entrada, procesa y da como resultados la desviación estándar de la imagen, un histograma de la distribución del color blanco/negro en una escala de 255 valores posibles y el valor medio de dicha distribución.. Get Date/Time in seconds. Este VI no tiene entrada, toma la fecha y la hora de la computadora para dar en una sola trama como salida. Get Date/Time string. Toma la trama del icono anterior expuesto y da dos tramas separadas en tipo string de la fecha y la hora actual Con estos dos VIs se controla el tiempo de todo el proceso de control en tiempo real y la fecha y hora para almacenar los videos en la computadora.. VISA Configure Serial Port. Se inicializa el puerto serial de comunicación de la computadora, configurando los parámetros estandarizados como: la velocidad de trasmisión de datos de 9600 baudios, paridad, 8 bits de datos, error, control de flujo, y el puerto de comunicación.. Visa Read. Este VI lee un específico número de bytes que ingresa por el buffer del puerto de comunicación.. Visa Write. Escribe un dato en el buffer para enviar por el puerto serial. Visa Close. Una vez enviada o recibida la información por el puerto de comunicación siempre al final se cierra el puerto de serial con este VI..

(52) 36. 3.3.2. PROGRAMA DE ADQUISICIÓN DE IMAGEN. La adquisición de una imagen en Labview se lo hace de una manera sencilla como se explica en el programa.. (a). (b). Figura 3. 1: (a) Adquisición de imagen (b) Panel frontal (Imagen). Para adquirir la imagen se realiza un procedimiento progresivo, donde primeramente se toma los VIs en el diagrama de bloques, se inicia abriendo el puerto serial en donde está conectada la cámara, segundo se configura la cámara y dentro de un lazo while-loop se coloca el VI que despliega la imagen captada por la cámara, para tener la imagen se debe separar un espacio de memoria con su nombre y el tipo de imagen a captar, esto es independiente de la resolución de la cámara, el VI se encarga de procesar la imagen en este caso en RGB (Red, Green and Blue) de 32 bits de resolución, es decir una imagen a color, esto se conecta una sola vez en forma de inicialización hacia el VI de grabación, dentro del lazo se realiza infinitamente la captura de imagen hasta parar el proceso dando en clic en el botón de paro o stop, finalmente se cierra la cámara con su respectivo VI al momento de parar el proceso de captura de imagen, para terminar con la adquisición completa de la imagen, en el panel frontal se encuentra el indicador de la imagen que se capta con la cámara como se muestra en la figura 3.1: (b), y el botón de paro para terminar el proceso cuando se desee, esta opción puede ser programada para que se detenga automáticamente, caso que no está realizado en este ejemplo pero si en el programa final del proyecto, o si se desea manualmente con un clic..

(53) 37. 3.4.. ANÁLISIS DE LA IMAGEN CAPTURADA. La imagen capturada en un instante de tiempo. programado, representará la. imagen patrón dentro de un determinado lapso de tiempo. A la imagen patrón se le aplicará un análisis con un VI para estudiar el Histograma y determinar el valor medio de la imagen capturada.. A la imagen que se la captura. de las cámaras de seguridad se procede a. analizarla con un histograma y se hace un control por histéresis para controlar los niveles permitidos de variación de pixeles en la distribución en escala de gris de la imagen capturada para compararlo con la media patrón que se muestreó en un determinado tiempo.. 3.4.1. HISTOGRAMA. El histograma de una imagen es una distribución estadística que indica la frecuencia de repetición de un nivel de gris dentro de una imagen.. Mediante el. histograma se pueden obtener valores muy útiles para el. procesamiento de una imagen, como son el valor medio, la desviación estándar y la varianza.. En una imagen se puede asociar los valores de la media con el brillo y la varianza con el contraste.. De forma general el valor de la media y la varianza de una señal son:. Media. Varianza.

(54) 38. Todas las funciones antes mencionadas no modifican de ninguna manera el tamaño ni el contenido de la imagen capturada, únicamente se trabaja sobre la imagen para en este caso extraer el valor medio a partir del histograma resultante de la imagen capturada.. Para exponer como se adquiere el valor medio del histograma es necesario hacer un pequeño programa donde se expone la forma que se realiza en este proyecto.. (a). (b) Figura 3. 2: (a) Programa valor medio. (b) Valor medio. En la figura 3.2: (a) se detalla cómo sacar el valor medio de una imagen de la cámara, primero se captura la imagen como se expuso en el literal anterior, se toma la imagen y se procede a sacar un plano en escala de gris intenso para poder hacer el procesamiento con VI del histograma, este VI da como salidas un gráfico de la distribución de brillo en gris de la imagen en amplitud en relación del tiempo, también da el valor medio de la distribución del histograma, así como la.

(55) 39. desviación estándar de la misma, en este proyecto de titulación se utiliza solamente el valor medio adquirido,. la imagen que se muestra en la figura 3.2:. (b) muestra la imagen captada de la cámara en gris y la distribución del histograma con los valores tanto de la media como de la desviación estándar.. En la imagen procesada se tiene finalmente un valor medio de 131,96 valor que puede variar entre cero cuando la imagen es totalmente negra y de 255 cuando la imagen es totalmente blanca, es decir que en una imagen obscura la distribución se encuentra hacia la izquierda mientras que en una imagen brillante se encuentra a la derecha, se concluye que la imagen tiene mayor cantidad de color blanco que negro en la distribución de los dos colores en la imagen.. Es importante mencionar que en una imagen con bajo contraste (poca distancia entre píxeles oscuros y claros), el histograma se ubica en el centro; mientras que en una imagen con alto contraste el histograma se distribuye a lo largo de la escala de grises.. 3.4.2. CONTROL POR HISTÉRESIS. El control por histéresis pretende generar una banda en la cual las acciones de control permanezcan estables, es decir que no estén sujetas a transiciones innecesarias. Esta ventana de histéresis está asociada al estudio de la imagen de la cual se obtuvo, por medio del histograma, y el valor medio.. Debido a que las imágenes generadas por las cámaras están sujetas a circunstancias que afectan en gran medida al valor medio, como por ejemplo el cambio del nivel luminoso en la habitación o debido a los cambios climáticos; el uso de la ventana de histéresis minimiza el efecto de esto eventos perturbadores del sistema.. La aplicación de una banda de histéresis para eliminar el error presente en la medida de la media de la imagen capturada por la cámara es importante ya que se elimina posibles accionamientos innecesarios de la alarma del establecimiento..