UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO ESCUELA DE POSGRADO UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA “DESARROLLO DE UN PROTECTOR FACIAL CON TECNOLOGÍA ULTRASÓNICA Y DETECCIÓN IR PARA LA MEJORA DEL DESPLAZAMIENTO DE PERSONAS INVIDENTES – COVID 19” TESIS PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA ELECTRÓNICA CON MENCIÓN EN INGENIERÍA BIOMÉDICA AUTOR: HOYOS RIVAS, FERNANDO ANTONIO ASESORA: MAG. MEZA ZAMATA, JESSICA ROSARIO LINEA DE INVESTIGACIÓN: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Callao, 2022 PERÚ INFORMACIÓN BÁSICA FACULTAD: INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA (FIEE) UNIDAD DE INVESTIGACIÓN TÍTULO: “DESARROLLO DE UN PROTECTOR FACIAL CON TECNOLOGÍA ULTRASÓNICA Y DETECCIÓN IR PARA LA MEJORA DEL DESPLAZAMIENTO DE PERSONAS INVIDENTES – COVID 19” AUTOR: FERNANDO ANTONIO HOYOS RIVAS CÓDIGO ORCID: 0000-0002-4213-3077 DNI: 09854537 ASESOR: JESSICA ROSARIO MEZA ZAMATA CÓDIGO ORCID: 0000-0002-7999-9464 DNI: 43266709 LUGAR DE EJECUCIÓN: DISTRITO DE LIMA – PERÚ UNIDAD DE ANÁLISIS: FUNCIONAMIENTO DE PROTECTOR FACIAL PARA INVIDENTES TIPO: APLICADA ENFOQUE: CUANTITATIVO DISEÑO DE INVESTIGACIÓN: EXPERIMENTAL TEMA OCDE: CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN MIEMBROS DEL JURADO Dr. ADAN ALMIRCAR, TEJADA CABANILLAS : PRESIDENTE Mg. JORGE ELIAS, MOSCOSO SANCHEZ : SECRETARIO Mg. JUAN NEIL, MENDOZA NOLORBE : VOCAL Msc. CARLOS HUMBERTO, ALFARO RODRIGUEZ : VOCAL ASESORA: MG. MEZA ZAMATA, JESSICA ROSARIO Nº ACTA N° DE LIBRO FOLIO FECHA DE APROBACION RESOLUCION DIRECTORAL : 004-2022 : 001 : 117 : 25 DE ABRIL 2022 : N.º 017-2022-DUPFIEE DEDICATORIA Dedico esta investigación a Dios, porque gracias a él todo se puede. A la memoria de mi padre Norman Hoyos y a mi madre Socorro Rivas hoy presente brindando su apoyo. Fernando Antonio Hoyos Rivas AGRADECIMIENTO En primer lugar, agradezco a Dios por ser mi mentor y guía. A mi padre Norman Hoyos que está en el cielo y mi madre Socorro Rivas hoy presente que me formaron para ser hombre de bien. Al Dr. Juan Herber Grados por su orientación al inicio de este trabajo de investigación. A mi asesora, por su valiosa orientación en el desarrollo del presente trabajo. A todos mis profesores de la Maestría en Ciencias de la Electrónica con Mención en Ingeniería Biomédica. Fernando Antonio Hoyos Rivas 1 ÍNDICE TABLAS DE CONTENIDO 3 TABLAS DE GRÁFICOS 4 RESUMEN 6 RIASSUNTO 7 INTRODUCCIÓN 8 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 9 1.1. Descripción de la realidad problemática 9 1.2. Formulación del problema 11 1.2.1. Problema general 11 1.2.2. Problemas específicos 11 1.3. Objetivos 11 1.3.1. Objetivo general 11 1.3.2. Objetivos específicos 11 1.4. Justificación 12 1.5. Limitantes de la investigación 13 II. MARCO TEÓRICO 14 2.1. Antecedentes 14 2.1.1. Antecedentes internacionales 14 2.1.2. Antecedentes nacionales 17 2.2. Bases teóricas 18 2.3. Marco Conceptual 21 2.4. Definición de términos básicos 22 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES 23 3.1. Hipótesis 23 Hipótesis general 23 Hipótesis especificas 23 Definición conceptual de variables 23 3.1.1. Operacionalización de variables 24 IV. DISEÑO METODOLÓGICO 25 4.1. Tipo y diseño de investigación 25 4.2. Método de investigación 48 4.3. Población y muestra 48 2 4.4. Lugar de estudio y periodo desarrollado 48 4.5. Técnicas e instrumentos para la recolección de la información 48 4.6. Análisis y procesamiento de datos 50 4.7. Aspectos éticos en investigación 50 V. RESULTADOS 51 5.1. Resultados descriptivos 51 5.2. Resultados inferenciales 55 VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 60 VII. CONCLUSIONES 61 VIII. RECOMENDACIONES 62 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 63 ANEXOS 68 Anexo Nº1: Matriz de consistencia 69 Anexo Nº2: Programación en lenguaje Assembler del receptor desarrollado en MPLAB 70 Anexo Nº3: Programación en lenguaje Assembler del transmisor desarrollado en IDE de MPLAB 79 Anexo Nº4: Diseño 3D del prototipo del protector facial de tecnología ultrasónica y señalización IR 83 Anexo Nº5: Modelo de cuestionario anónimo de satisfacción 84 Anexo Nº6: Modelo de guía de observación del funcionamiento del protector facial 85 Anexo Nº7: Datasheet de ISD1400 86 Anexo Nº8: Datasheet de PIC16F628A 94 Anexo Nº9: Datasheet de PIC16F877A 100 3 TABLAS DE CONTENIDO Tabla Nº01: Operacionalización de variables 24 Tabla Nº02: Escala de evaluación 49 Tabla Nº03: “Resultados del cuestionario” 51 Tabla Nº04: “Resultados promedios por pregunta de Seguridad Vial” 52 Tabla Nº05: “Resultados promedios por pregunta de desplazamiento” 53 Tabla Nº06: “Resultados de la guía de observación ejecutada” 54 4 TABLAS DE GRÁFICOS Figura Nº01: Números de casos de COVID-19 y número de fallecimientos al mes de octubre 2021 10 Figura Nº02: Rango de medición IR 19 Figura Nº03: Arquitectura Harvard 21 Figura Nº04: “Escala de visión y sus categorías” 22 Figura Nº05: “Interacción entre sistema 1 (Señalización) y sistema 2 (Protector facial) mediante microcontroladores” 26 Figura Nº06: “Pines de salida de PIC16F628A” 28 Figura Nº07: “Circuito del regulador de voltaje del transmisor” 28 Figura Nº08: “Pines de salida de PIC16F628A” 29 Figura Nº09: “Etapa de salida de la señal en el circuito transmisor” 30 Figura Nº10: “Especificaciones del módulo VS 1838B” 31 Figura Nº11: “Módulo VS1838B” 31 Figura Nº12: “Etapa del módulo IR, zumbador y buzer” 32 Figura Nº13: “Diagrama de bloques del circuito integrado ISD1400” 33 Figura Nº14: “Circuito transmisor” 36 Figura Nº15: “Sistema electrónico del protector facial” 37 Figura Nº16: “Etapa de módulo ultrasonido a 1.5m” 38 Figura Nº17: “Circuito de la etapa del módulo infrarrojo” 39 Figura Nº18: “Circuito transmisor capa Botton layer” 40 Figura Nº19: “Circuito transmisor capa Top Overlay” 40 Figura Nº20: “Circuito transmisor capa Botton Layer y Top Overlay” 41 Figura Nº21: “Circuito receptor capa Botton layer” 41 Figura Nº22: “Circuito receptor capa Top Overlay” 42 Figura Nº23: “Circuito receptor capa Botton Layer y Top Overlay” 42 Figura Nº24: “Tarjeta de sonido con ISD1400 ISSD 1402 ISD 1420” 43 Figura Nº25: “Prototipo del protector facial” 44 5 Figura Nº26: “Definición del microcontrolador PIC16f628A” 45 Figura Nº27: “Desarrollo de la programación de rutinas” 46 Figura Nº28: “Programación general” 47 Figura Nº29: “Resultados en método gráfico de barras respecto a las preguntas de Seguridad Vial” 52 Figura Nº30: “Resultados en método gráfico de barras respecto a las preguntas de desplazamiento” 53 Figura Nº31: “Modelado 3D del protector facial y señalización IR” 55 Figura Nº32: “Modo óptico del protector facial” 56 Figura Nº33: “Perspectiva desde el interior del protector facial” 56 Figura Nº34: “Vista oculta de las señalizaciones IR” 57 Figura Nº35: “Vista frontal del protector implementado” 57 Figura Nº36: “Vista de perfil del protector implementado” 58 Figura Nº37: “Pruebas con señalización IR” 58 Figura Nº38: “Pruebas de interacción con personas para el distanciamiento social de 1.5m” 59 6 RESUMEN La presente investigación utiliza los principios y fundamentos de los sistemas de modulación de señales infrarrojas y ultrasónicas, diseñando para este fin un sistema embebido, que está encargado de leer módulos emisores de tramas o señales infrarrojas que estarán codificadas para señalizar lugares y brindar información de la orientación dentro de un ambiente cerrado y que, en adición, estará integrado un módulo ultrasónico para poder detectar la proximidad de los obstáculos con el fin de no colisionar con ellos o mantenerse a una distancia del obstáculo las personas invidentes, esta aplicación electrónica nos permite la detección, señalización y la interacción con objetos del medio ambiente. Este trabajo de investigación se centra en el problema de la pérdida de visión enfocando de esta manera la adaptabilidad de sistema electrónico integrado a un protector facial hoy usado para defendernos del COVID 19. Este sistema basa su diseño principalmente en un microcontrolador de 8 bits que se encargará de poder dar funcionalidad al sistema electrónico Los objetivos más importantes de este trabajo de investigación es diseñar e implementar un prototipo funcional de protector facial mediante un sistema electrónico con lector de codificación por infrarrojo y detector de obstáculos por ultrasonido para ayudar a invidentes a leer posibles avisos dentro de un ambiente, los cuales estarán codificados mediante transmisores infrarrojos y la 2da función es que este aparato puede detectar proximidad de obstáculos mediante un trasmisor y receptor de ultrasonido así como se orientan y detectan los obstáculos los murciélagos. De esta manera este sistema dará información en cada momento al invidente de información codificada para leer señalizadores mediante el infrarrojo y mantenerse distante del objeto o persona que tiene próximo a él mediante el ultrasonido y de esta manera mejorar la calidad de vida de una persona que ha perdido su capacidad visual o nació sin esta. Palabras claves: personas invidentes, infrarrojo, proximidad, ultrasónica, protector facial, COVID 19 7 RIASSUNTO La presente indagine utilizza i principi e i fondamenti dei sistemi di modulazione dei segnali infrarossi e ultrasonici, disegnando a questo scopo un sistema integrato, che si incarica di leggere i moduli emettitori di fotogrammi o di segnali infrarossi che saranno codificati per segnalare luoghi e fornire informazioni di orientamento all'interno di un ambiente chiuso, Inoltre, sarà integrato un modulo ultrasonico in grado di rilevare la prossimità di ostacoli affinché non si scontrino con tali ostacoli o per mantenere le persone non vedenti a distanza dall'ostacolo. Questa applicazione elettronica permetterà il rilevamento, la segnalazione e l'interazione con gli oggetti presenti nell'ambiente. Il presente lavoro di ricerca è incentrato sul problema della perdita della vista, concentrandosi sull'adattabilità del sistema elettronico integrato a uno schermo facciale attualmente utilizzato per proteggerci da COVID 19. Questo sistema è basato principalmente su un microcontrollore a 8 bit che sarà incaricato della funzionalità del sistema elettronico. Gli obiettivi più importanti di questo lavoro di indagine è disegnare e implementare un prototipo funzionale di scudo facciale utilizzando un sistema elettronico con un lettore di codici a infrarossi e un rilevatore di ostacoli a ultrasuoni per aiutare le persone non-vedenti a leggere delle possibili segnalazioni all'interno di un ambiente, che saranno codificate attraverso trasmettitori infrarossi; e la seconda funzione è che questo dispositivo riesce a rilevare la vicinanza di ostacoli attraverso un trasmettitore e un ricevitore di ultrasuoni, proprio come i pipistrelli che si orientano e rilevano gli ostacoli. In questo modo, il sistema fornirà alla persona non vedente informazioni codificate in ogni momento per leggere segnaletica attraverso gli infrarossi e per mantenere la distanza dall'oggetto o dalla persona vicina per mezzo degli ultrasuoni, contribuendo così a migliorare la qualità della vita di una persona che ha perso la capacità visiva o è nata senza di questa. Parole chiave: non vedenti, infrarossi, prossimità, ultrasuoni, schermo facciale, COVID 19 8 INTRODUCCIÓN En la actualidad, las personas que padecen de ceguera, discapacidad absoluta o relativa que impide percibir de manera correcta la actividad sensorial del órgano de la vista, poseen un rol especial dentro de la sociedad, esto es debido a la necesidad latente que ellos presentan para poder realizar sus actividades básicas con normalidad. El presente proyecto de tesis posee un enfoque de alternativa de solución oportuna mediante la electrónica para aquellas personas invidentes que en el vigente estado de emergencia sanitaria a causa de la pandemia a nivel mundial lo requieran. El modelo planteado propone el diseño de un sistema de uso externo y ubicado estratégicamente en un protector facial de fácil transporte, así como la creación de señalizaciones de transmisión y recepción IR, de modo que se pretende que la interacción del usuario solo se produzca con el entorno a través de las distintas señales ubicadas en zonas estratégicas para normalizar el desenvolvimiento del usuario en la sociedad. Ello mejorará el desplazamiento y el posicionamiento de las personas invidentes dentro de tanto lugares cerrados, como lugares abiertos En el texto que se presenta a continuación, se evalúa la problemática en la cual se centra el proyecto de tesis para definir los objetivos e hipótesis a contrastar en el desarrollo completo de la investigación, se presenta parte del marco teórico como antecedentes nacionales e internacionales relativos al tema expuesto, información teórica básica, variables de investigación, metodología de estudio así como todos los ítems comprendidos acorde la directiva Nº013-2018R de la Universidad Nacional del Callao. 9 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Determinación del problema Entre los principales problemas de salud y/o afecciones que involucra a un considerable sector de la humanidad, se encuentran aquellos que afectan o inhabilitan de forma directa o indirecta respectivamente a los sentidos del cuerpo humano, de tal modo que convierten a la persona referida en una persona con discapacidad parcial o total para realizar diversas actividades en su quehacer diario. Según el portal web de la OMS se indica que, al año 2021 existen al menos 1300 millones de personas en el mundo que padecen de alguna deficiencia visual y que en su mayoría, esta población se encuentra conformada por personas mayores de 50 años aproximadamente. [1] Aquellas personas que padecen de dicha discapacidad, se tornan muy vulnerables a accidentes, diferencias sociales e incluso, problemas de depresión y/u otros psicológicos, derivados de un cambio del estilo de vida o acrecentados por el entorno donde se desarrollan. En el capítulo 3 del “Psicología y ceguera: Manual para la intervención psicológica en el ajuste a la discapacidad visual”, libro escrito por un grupo de profesionales de la Organización Nacional de Ciegos Españoles (ONCE), se describen los efectos repercusivos psicopatológicos a causa de la pérdida de la función visual, entre los principales se encuentran: ansiedad, depresión y rechazo. [2] Según la Unión Mundial de Ciegos (UMC) por medio del portal informativo Infocop Online, dichos problemas se vienen incrementando durante el desarrollo de la presente pandemia debido al distanciamiento social obligatorio, alegan por medio de los entrevistados que, si antes muchos ciegos se sentían aislados de la sociedad, hoy se sienten mucho más aislados y sin apoyo por parte de los peatones para desenvolverse en espacios públicos. [3] Cabe mencionar que, si bien las medidas actuales de vacunación representan un gran avance, es necesario destacar que el impacto del virus es una realidad inevitable, hoy en día las personas tanto vacunadas como las que no, siguen 10 presentando infecciones. Ello se puede apreciar en el incremento de casos presentado a nivel global a la fecha actual, datos publicados en el portal de la BBC News, donde se alega que pocos países están salvándose. [4] Figura Nº01: Números de casos de COVID-19 y número de fallecimientos al mes de octubre 2021 Fuente: Universidad Johns Hopkins (Baltimore, EE.UU.), autoridades locales [5] Como consecuencia de la realidad presentada es necesario destacar que la situación actual es una realidad inevitable y que, para frenar el incremento del contagio de COVID -19 y sus variantes que día a día suponen una lucha para la ciencia y medicina contra el factor mutagénico del virus y el peligro que representa es necesario buscar nuevas medidas para mantener la seguridad ciudadana y acercarnos cada vez más a la normalidad incluso en tiempos de restricciones. Ante lo expuesto en el párrafo anterior, se requiere de tomar medidas de asistencia para el sector de personas con problemas de visión o ceguera sin exponerlas en riesgo de pandemia. El presente proyecto de tesis, se enfoca en una alternativa de solución para el problema existente por medio de la electrónica biomédica, para ello se plantea un prototipo de protector facial con sistema 11 electrónico por infrarrojo y ultrasonido para ayuda a invidentes, efectuando un estudio previo del tipo de materiales, sensores, y otros, peso, dimensiones y funcionalidades necesarias. 1.2. Formulación del problema De lo expuesto en la sección anterior se formulan las siguientes interrogantes de investigación. 1.2.1. Problema general ¿En qué medida el desarrollo de un protector fácil con tecnología ultrasónica y detección IR mejorará el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19? 1.2.2. Problemas específicos - PE1: ¿En qué medida el desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR mejorará la seguridad vial en personas invidentes – COVID 19? - PE2: ¿En qué medida un sensor infrarrojo ayudara en el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19? 1.3. Objetivos De los problemas planteados en el apartado previo, se proponen los objetivos a alcanzar durante el periodo de desarrollo de la investigación: 1.3.1. Objetivo general - Diseñar un prototipo de protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR para mejorar el desplazamiento de personas invidentes 1.3.2. Objetivos específicos - OE1: Desarrollar un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR para mejorar la seguridad vial de personas invidentes – COVID 19 12 - OE2: Aplicar un sensor infrarrojo para ayudar en el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 1.4. Justificación A continuación, se muestran las razones que sostienen el propósito de la investigación, en la cual se abarcan aquellas de carácter, teórico, tecnológico, económico y social. 1.4.1. Teórica La presente investigación abarca teoría de circuitos electrónicos y eléctricos, así como principios de ondas electromagnéticas para comprender el funcionamiento de las ondas infrarrojas, del mismo modo implicará el conocimiento de lenguaje de programación para microcontroladores a fin de poder desarrollar el prototipo propuesto. 1.4.2. Tecnológica Se tomará en cuenta la tecnología más adecuada para el desarrollo del sistema embebido, acorde con componentes electrónicos a utilizar, diseño de placas en fibra de vidrio, circuitería auxiliar, las versiones más adecuadas respecto a funcionalidad, requerimientos para la elección del microcontrolador y la elección de interfaz de programación en la cual se desarrollará el código. 1.4.3. Económica De la investigación se considera el factor económico, no solo para quien la realiza sino para quien se encuentra dirigida, ante ello, se procura el uso de materiales y herramientas de bajo costo de adquisición, pero alto grado de funcionalidad, entre ellos, el uso de programas gratuitos para el trabajo de diseño (sin requerimiento de licencia). 13 1.4.4. Social Con el desarrollo de esta investigación, se pretende generar un impacto social respecto a las personas invidentes, ya que el uso del protector facial mejorará la independencia y desenvolvimiento de las mismas dentro de la sociedad, así elevará su seguridad para poder interactuar con otras personas ante un incremento de la seguridad en sus movimientos y, por ende, mejora de autoestima. Adicional a ello, el diseño de un protector facial incentiva al uso del mismo, de esta forma se cumplirán los protocolos de salubridad establecidos en el actual marco de pandemia a causa del impacto del COVID – 19. 1.5. Limitantes de la investigación El proyecto de tesis toma como muestra una población limitada de personas con problemas de visión o ceguera (personas invidentes) cuyo problema es la movilidad y la falta de asistencia para desplazarse con normalidad. Ante ello se presentan las siguientes limitantes de investigación: 1.5.1. Teórica Entre las investigaciones afines al presente proyecto se encontraron pocos referentes de origen peruano, incluso a nivel global, existen casos similares respecto al diseño de bastones de direccionamiento, pero no de la naturaleza exacta planteada como un protector facial. 1.5.2. Espacial Respecto a límites espaciales, este proyecto de investigación se ve reducido en alcances de estudio a un gran número de población, esto se debe a la actual pandemia y el distanciamiento social. 14 II. MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes del estudio En el presente apartado se muestran los trabajos de tesis de maestría y doctorado relativos al tema de investigación, entre ellos se encuentran: 2.1.1. Antecedentes internacionales Alvarado, Juan (2018) en su tesis de maestría en Automática titulada “Sistema anticolisión para invidentes” tuvo como objetivo el estudio del impacto de un dispositivo electrónico de propia autoría, el cual mediante tecnología de inteligencia artificial de detección de objetos estáticos y en movimiento a través de una red neuronal compuesta por 10 cromosomas y que por medio sonar emitido por sensores ultrasónicos incorporados dentro de un chaleco tenía como propósito brindar asertividad de movimiento ante obstáculos y un buen direccionamiento del usuario invidente. La metodología empleada para el desarrollo de la investigación fue del tipo experimental, esto es debido a que se realizaron pruebas de implementación y con usuarios para verificar la efectividad del producto final. El instrumento de validación de resultados fue por medio de la encuesta, la cual en 6 preguntas buscó recolectar información acerca del funcionamiento según la experiencia realizada en las pruebas. Finalmente, de la investigación se obtuvieron resultados favorables, cumpliendo entre ellos, el funcionamiento de detección de objetos en movimiento, rangos efectivos de detección de objetos a distancia y alertas en tiempo adecuado como prevención ante una colisión con objetos. [6] Santiago, Víctor (2012) en su tesis doctoral en ingeniería gráfica titulada “Diseño, integración y experimentación de un sistema 3D de navegación para personas invidentes” que tuvo como objetivo unificar diversas tecnologías de visión y audio para la construcción de un prototipo para la ayuda de la navegación de personas invidentes. El método de investigación que se definió fue el científico y tecnológico, esto se debe a la naturaleza del problema central planteado, en ella se puede observar que es la experimentación de un nuevo sistema compuesto 15 por subprocesos para demostrar la funcionalidad. Durante la investigación se plantearon etapas de diseño de sensor acústico, 3D, inercial y GPS, así como la integración de todos estos módulos para lograr el modelo final y realizar las respectivas pruebas. Los resultados fueron favorables respecto al impacto generado en las personas invidentes, en ellas se reflejó un estímulo positivo frente al uso del sistema, se vio reflejado en los testimonios de las personas al demostrar que el sistema es funcional y de gran utilidad. [7] Martínez, Rodolfo (2011), en su tesis doctoral en Electrónica y Computación titulada “Codificación del contorno de la imagen visual a patrón acústico y su decodificación realizada por invidentes” propuso un esquema de conversión de señales a códigos adquiridos por medio de un visor acústico con ondas ultrasónicas con el fin de que los invidentes puedan obtener información acerca del contorno de los objetos a su alrededor y de esta forma puedan recibir una mejor información de su entorno. Para la investigación se propone como principal objetivo el diseño de un modelo de codificación de imágenes a sonidos y se realizó el estudio mediante la metodología experimental, por medio de las siguientes fases: implementación del proceso algorítmico, caracterización de los tipos de sonidos, la implementación del algoritmo sonoro y el entrenamiento con el grupo de sujetos experimentales. Los resultados obtenidos fueron que las capacidades perceptivas de las personas, se vieron transformadas, extendidas o aumentadas en algunos casos, hecho favorable debido a que las personas invidentes poseen percepción sensorial reducida. [8] Guerrón, Nancy (2018). En su tesis para obtener el grado de doctor en Telemedicina y Bioingeniería, titulado “Estudio y desarrollo de interfaces sensitivas de realidad virtual y aumentada para invidentes en dispositivos portátiles” tuvo como objetivo el análisis de las interfaces sensitivas que afectan primordialmente la relación entre el individuo y las aplicaciones, para obtener entendimiento de algo que se desconoce, a través de la ejecución de herramientas tecnológicas móviles de realidad virtual en dispositivos como celulares o tabletas. El autor basa su investigación considerando a la vista como el sentido de mayor importancia para las personas, ya que esta les permite 16 ejecutar sus labores cotidianas, observar el medio ambiente, compartir con sus seres queridos, sin embargo, cuando este sentido está inhabilitado o averiado, el individuo se pone desvalido y pierden el deseo de realizar sus actividades diarias, incluso el de relacionarse con otras personas. Las herramientas tecnológicas son capaces de dar ese apoyo para aquellos con discapacidad visual puedan llevar su vida normalmente. En esta investigación se trató de implementar sistemas que disminuyan o quiten la dependencia de las personas con discapacidad visual y hacer que estas tengan un desarrollo propio, profesional como cualquiera. Para esta investigación se ejecutaron 8 talleres, donde intervinieron 20 individuos ciegos y 5 con limitación visual. Tomando apuntes a través de la observación y grabaciones. Se analizó la capacidad y uso de interfaces de herramientas tecnológicas como también temarios de preguntas, donde los individuos en cuestión pudieron acotar sobre la aplicación usada. Los resultados que se obtuvieron brindaron información que, con una elevación en la ejecución de la voz en la interfaz de sonidos agudos y gestos, ayudaron eficazmente en el proceso de reconocimiento. A la vez se obtuvo como resultado que el sonido agudo generado y la voz, logró disminuir la molestia mental en un 70% y elevó su eficacia en un 50%. Termina concluyendo que este proyecto puede ser usado por diferentes individuos con problemas visuales o que tengan desorientación espacial cognitiva. [9] Morillas, Christian (2006) en su tesis para obtener el grado de doctor en Arquitectura y Tecnología de Computadores, titulado “Modelos y herramientas para sistemas de rehabilitación visual” hace referencia el procesamiento de comunicación visual para personas con discapacidad o limitaciones visuales, a través de la neuroestimulación con prótesis visuales. Este proyecto de tesis genera resultados en el plano de modelación y representación de funciones biológicas inspiradas de comunicación visual, como también herramientas apegadas a la adquisición de sistemas con FPGA, analizando la data visual obtenida desde una cámara en un lapso real. El autor optó por enfocar soluciones para la corrección en la vista de personas con discapacidad, a través de herramientas tecnológicas capaces de aumentar la condición en la que viven estas personas. Como resultados que se obtuvieron se puede mencionar que el 17 diseño de la aplicación para la modelación del sistema pudo guiar a la ejecución de un ambiente completo para la simulación y el análisis de resultados que se experimentaron biológicamente. También es importante señalar que el uso de microcontroladores FPGA es idóneo para el desarrollo de sistemas los cuales puedan ayudar diferentes casos de discapacidad a través de estímulos nerviosos y sensoriales. Como resultado obtenemos que este proyecto de tesis combina procesos de imágenes, modelamiento sensorial como también desarrollo digital de sistemas en hardware configurable. [10] 2.1.2. Antecedentes nacionales Según Montero, Fernández Jhon Ezrad. En su tesis para obtener el grado de Magister, titulado “Diseño del sistema de comando de una silla de ruedas motorizada mediante movimientos cervicales” tiene como objetivo desarrollar una silla de ruedas automatizada y controlada a través de la acción motora cervical. Este prototipo se basa por un algoritmo el cual es idóneo para interpretar los movimientos de la cerviz hechos por el paciente, el cual será percibido por un sistema computarizado. Este prototipo hace uso de sensores de proximidad para así impedir cualquier impacto, ayudando al paciente con discapacidad su movilidad. También hace un análisis de la problemática ya que la OMS indica que el 13% de la población tiene alguna clase de discapacidad. Argumentando esta problemática poblacional se desarrollan diversos adelantos científicos en el plano de la electrónica, ofreciendo solventar esta problemática con la ejecución de prótesis automatizados y otros. El autor basa su investigación en la cuadriplejia la cual es una enfermedad que imposibilita el desplazamiento de los brazos y piernas, lo cual funda una sujeción disminuyendo la autoestima del individuo. Entre los pasos metodológicos a seguir fueron; en primer lugar, el análisis e investigación de antecedentes que tengan relación con el tema, seguido de un flujograma y elección de instrumentos y herramientas que cumplan lo especificado. Luego una toma de datos sensorial para la ejecución de un algoritmo el cual procesó los movimientos cervicales e indicadores sensoriales. Por último, se integró todo el sistema llegando al objetivo planteado. 18 Como conclusión pudo corroborar que los sensores de la silla de ruedas era el idóneo para evitar choques hasta una distancia de 50 cm. [11] 2.2. Bases teóricas A continuación, se muestran las teorías a utilizar y que son fundamentos para poder conocer mejor el problema a solucionar en la investigación. Espectro electromagnético Es el intervalo donde se presentan las radiaciones electromagnéticas existentes y posibles. Ellas se dividen en grandes sectores acorde a la longitud de onda. Entre los grupos se encuentran las siguientes radiaciones: IR, radio, espectro visible, UV, rayos X, rayos Gamma, etc. [12] Espectro infrarrojo (IR) El espectro infrarrojo se encuentra entre los 0.7 y 100 µm de longitud de onda del amplio espectro electromagnético. La radiación del mismo está relacionada con el calor emitido por cuerpos fuente, no obstante, existen otros métodos por el cual puede ser generado, por ejemplo, los diodos emisores de luz led y láser. El segmento infrarrojo del espectro electromagnético se divide en 3 tipos de radiación y son nombrados del siguiente modo mostrado por su posicionamiento respecto al espectro visible.  Infrarrojo cercano: (aprox. 14000 - 4000 cm-1) posee propiedades capaces de estimular vibraciones armónicas.  Infrarrojo medio: (aprox. 4000 - 400 cm-1) usado para el estudio de perturbaciones (vibraciones) fundamentales y el modelo rota-vibracional.  Infrarrojo lejano: (aprox. 400 - 10 cm-1) ubicado junto a la región de microondas, posee bajo nivel de energía y es usualmente usado en la espectroscopia rotacional. [13] 19 Figura Nº02: Rango de medición IR Fuente: Radiación infrarroja en el espectro de ondas Academia Online [14] Ondas ultrasónicas Las ondas ultrasonoras son propagaciones vibracionales en un medio material, donde existen propiedades adecuadas de elasticidad para que estas se propaguen. Dicha longitud es muy pequeña en valor, lo cual afecta en distintos fenómenos de propagación del sonido. [15] La velocidad del sonido es muy fácil de medir, se requiere de un medio homogéneo para hacer uso de su relación directa con el módulo de elasticidad, densidad de material, número de Poisson y su grado de homogeneidad, esta varía según el tipo de onda y ello se ve reflejado en su valor numérico [16] Electrónica Aplicada La electrónica aplicada es la rama de la misma dedicada al prototipado, montaje, programación, diseño e implementación de sistemas tecnológicos como proyectos o dispositivos, los cuales son capaces de realizar funciones específicas. En el desarrollo de la electrónica aplicada, se utilizarán técnicas para la etapa de implementación, como lo es el armado de circuitos, diseño de placas, testeo de medidas eléctricas, etc. A su vez, implica el dominio de herramientas como microcontroladores, lenguajes de programación y todo aquello que interactúa con los componentes. [17] 20 Microcontroladores Los microcontroladores son computadores digitales integrados en un solo chip que cuentan con un microprocesador o unidad de procesamiento central (CPU), una memoria para almacenar el programa y una para almacenar datos, puertos de entrada y salida. A diferencia de los microprocesadores de propósito general, como los que se usan en las computadoras - PC, los microcontroladores son unidades autosuficientes y más económicas. El funcionamiento de los microcontroladores está determinado por el programa almacenado en su memoria. Este puede escribirse en distintos leguajes de programación. Además, la mayoría de los microcontroladores actuales pueden reprogramarse repetidas veces. Por las características mencionadas y su alta flexibilidad, los microcontroladores son ampliamente utilizados como el cerebro de una gran variedad de sistemas embebidos que controlan maquinas, componentes de sistemas complejos, como aplicaciones industriales de automatización y robótica, domótica, equipos médicos, sistemas aeroespaciales, e incluso dispositivos de la vida diaria como automóviles, hornos de microondas, teléfonos y televisores. [18] Arquitectura Harvard de microcontroladores En esta arquitectura se utilizan dispositivos de almacenamiento (memorias) separados para las instrucciones y los datos, y tiene dos sistemas completos de buses, uno para datos y otro para instrucciones. Esta arquitectura permite llevar simultáneamente datos e instrucciones por lo que permite mayor rapidez. La alta funcionalidad de este tipo de arquitectura simplifica el trabajo de establecer procesos y ahorran el uso de circuitería. Entre los componentes más importantes se encuentran:  Memoria de programa  Memoria de datos  CPU  Buses de datos, dirección y control [19] 21 Figura Nº03: Arquitectura Harvard Fuente: UMX Programación de sistemas [20] 2.3. Marco conceptual La ceguera La ceguera es la falta de capacidad para observar por medio del sentido de la vista, incluso en presencia de la luz. La ceguera total es la incapacidad de ver de cualquier modo y en cualquier entorno, es un estado similar a la total oscuridad. La ceguera legal o baja visión es muy limitada respecto a una persona con ojos sanos, por ejemplo, si una persona con visión saludable observa en un rango de 10, una persona con ceguera legal, observa en un rango de 1 incluso menos. [21] Causas de ceguera Las siguientes enfermedades del ojo son consideradas causa de ceguera:  El glaucoma, es la afección donde el daño es relativo al nervio óptico, enlace cuya función es la transmisión de información entre cerebro y ojo.  La degeneración macular: enfermedad que causa destrucción parcial del ojo, generando el impedimento de observar ciertos detalles. Usualmente es afección presentada en adultos mayores.  Las cataratas: enfermedad que provoca visión nebulosa o difusa, es común en personas mayores.  La ambliopía: Dificultad en los detalles de visión que puede llegar a provocar la perdida de la visión. 22  La neuritis óptica: Inflamación que provoca pérdida de visión o ceguera, según el grado de infección es el grado de efecto.  La retinitis pigmentosa hace referencia al daño de la retina, pero solo provoca ceguera en casos aislados.  Los tumores que afectan la retina o el nervio óptico también pueden provocar ceguera. [22] Figura Nº04: “Escala de visión y sus categorías” Fuente: Portal Web Puntooptic [23] 2.4. Definición de términos básicos  Ceguera: Carencia o pérdida de la visión, la cual no puede ser rectificada por lentes de ningún tipo. [24]  Sistema embebido: circuito operador capaz de realizar acciones específicas proporcionando funcionalidades modificables. [25]  Microcontrolador: Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. [26]  PCB: (del inglés Printed Circuit Board) es una superficie de implementación electrónica, donde se establece el diagrama de cierta circuitería a fin de desarrollar un trabajo, su material es la baquelita o fibra de vidrio. [27]  Sensórica: se entiende tanto las unidades que emite una señal analógica, como las unidades que emite una señal binaria (encendido o apagado). En todos aquellos lugares donde no sea posible detectar magnitudes eléctricas se requiere la sensórica. [28] 23 CAPÍTULO III HIPÓTESIS Y VARIABLES 3.1. Hipótesis A continuación, se muestran las hipótesis a ser contrastadas en el desarrollo del informe final de tesis Hipótesis general Hi: El desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR mejorará el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 Ho: El desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR NO mejorará el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 Hipótesis específicas HE1: El desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR mejorará la seguridad vial de personas invidentes – COVID 19 HE2: La aplicación de un sensor infrarrojo ayudará en el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 Definición conceptual de variables Variable Independiente: Desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR Dimensiones - Sensor ultrasónico - Sensor infrarrojo (mide radiación que emiten los cuerpos) 24 Variable Dependiente: Mejora del desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 Dimensiones - Seguridad vial - Reducción de accidentes peatonales 3.1.1. Operacionalización de variables VARIABLES OPERACIONALIZACIÓN DIMENSIONES INDICADORES Variable independiente Sensor ultrasónico Distancia Desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR Sensor infrarrojo Radiación electromagnética infrarroja Variable dependiente Seguridad vial Seguridad vial activa - Factor humano Mejora del desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 Reducción de accidentes peatonales Discapacidad visual Tabla Nº01: Operacionalización de variables Fuente: Elaboración propia 25 CAPÍTULO IV DISEÑO METODOLÓGICO 4.1. Tipo y diseño de investigación 4.1.1. Tipo de Investigación La investigación fue del tipo aplicada ya que el propósito de la investigación tuvo como característica dar una solución sobre un problema en particular. 4.1.2. Diseño de investigación El diseño de la investigación es cuasi experimental, ya que tiene como objetivo el desarrollo de un prototipo de protector facial, que será capaz de permitir el buen desplazamiento de personas invidentes, además es el que mejor se adapta a las necesidades del estudio. Este proyecto de investigación se divide en 2 funcionalidades, cada uno con sus etapas correspondientes: 1. Lectura de señalizadores electrónicos con mensajes codificados a) Etapa de configuración del microcontrolador PIC b) Etapa de acondicionamiento de la señal en el transmisor c) Etapa de acondicionamiento de la señal en el receptor d) Etapa de codificación de mensajes de voz 2. Distanciamiento social por medio del ultrasonido a) Etapa de acondicionamiento del módulo HC-SR04 b) Etapa de codificación de mensajes de voz A continuación, resaltamos las diferentes etapas desarrolladas en la presente investigación. Todas las etapas constituyen cada una de las funcionalidades del prototipo de protección facial. 26 1. Lectura de señalizadores electrónicos con mensajes codificados Para el diseño del sistema se realizó un estudio respecto a las tecnologías físicas a implementar en el prototipo, específicamente en el control total de sensores, actuadores, transmisores, receptores, etc. Para ello se optó por elegir microcontroladores, debido a que son necesarios para las diversas tareas que implica el proceso, pero a su vez, se realizó una selección del más adecuado debido al tamaño, funcionalidad y costo frente a la gran gama de familias de microcontroladores existentes en el mercado. Cabe mencionar que se consideró el uso de 1 microcontrolador por cada sistema implementado, de esta forma se diseñaron 2 etapas, una de transmisión y otra de recepción con el fin de realizar búsqueda rápida. Figura Nº05: “Interacción entre sistema 1 (Señalización) y sistema 2 (Protector facial) mediante microcontroladores” Fuente: Elaboración propia en Software Diagrams Como se detalla en la figura, son bloques básicos con microcontroladores, unos como transmisor para los señalizadores y otro como receptor para el protector facial con sistema electrónico por infrarrojo y ultrasonido para ayuda a invidentes. Para la elección del esquema de control se tuvo en cuenta que se necesitaba un microcontrolador que fuera ante todo flexible y que permitiera de sencilla escalabilidad a nuevas modificaciones y 27 ampliaciones que se requieran en un futuro. Por esta razón se optó por escoger una arquitectura con microcontroladores PIC de gama media, uno para cada transmisor y otro para el receptor. El microcontrolador de mayor nivel es el encargado del control y de atender las señales de los transmisores. En cuanto a los microcontroladores que se debían escoger finalmente se optó por la familia de los PIC´s de Microchip, debido a la gran flexibilidad que permite esta familia al poder elegir dentro de una amplia gama de microcontroladores [29]. Los criterios usados para la preferencia de la marca Microchip fueron los siguientes: - Por la compatibilidad entre ellos - Por el bajo costo de adquisición - Por la cantidad de información de estos dispositivos - Por la facilidad de compra en el mercado local de estos dispositivos - Y sobre todo por la cantidad de recursos que traen Los microcontroladores escogidos han sido el PIC16F877 como microcontrolador de la etapa receptora y el PIC16F628 para el microcontrolador del trasmisor, los cuales serán capaces de cumplir con los requisitos necesarios en tiempos de adquisición, memoria necesaria y con los periféricos anteriormente descritos. a. Etapa de configuración del microcontrolador PIC Para propósitos de esta investigación usaremos el microcontrolador PIC 16F628A el cual posee 8 bit de capacidad y 18 pines de disponibilidad, cuenta con arquitectura RISC avanzada y 35 instrucciones. Es un circuito integrado de características favorables en potencia, precio y versátil a programación. [30] 28 Figura Nº06: “Pines de salida de PIC16F628A” Fuente: www.theengineeringprojects.com [31] Para el buen funcionamiento del PIC 16F628A, se debe utilizar los siguientes componentes y configurar de la siguiente manera: - 1 PIC 16F628A - 1 Resistencia de 5K - 1 cristal de cuarzo de 4 MHz - 1 porta Batería de 9V - 1 DIP SWITCH de 4 palancas - 1 batería de 9 V Figura Nº07: “Circuito del regulador de voltaje del transmisor” Fuente: Elaboración propia http://www.theengineeringprojects.com/ 29 Microcontrolador PIC 16F877 Es un microcontrolador poseedor de una CPU digital, una UMD (Memoria de datos), una unidad de memoria de programa y puertos de entrada/salida en un circuito integrado, funciona como un controlador de periféricos en un sistema mínimo. [32] Figura Nº08: “Pines de salida de PIC16F628A” Fuente: www.theengineeringprojects.com [33] Adicional a la inclusión de los microcontroladores, se consideraron circuitos integrados como regulador de voltaje L7805, Compuertas lógicas: 7400, módulo IR VS1838B, módulo HC SR04. b. Etapa de acondicionamiento de la señal en el transmisor En la etapa del trasmisor el pin RB0 del microcontrolador PIC 16F628A genera una onda cuadrada de 38 kHz, esta señal ingresa a una compuerta NAND junto a una señal que sale del puerto USART (RB5) codificada a una velocidad de 1200 bps (bit por segundo) del microcontrolador estas 2 señales produciéndose la modulación ASK de esta manera envía una señal mediante el diodo led INFRAROJO, como se puede apreciar en la figura: http://www.theengineeringprojects.com/ 30 Figura Nº09: “Etapa de salida de la señal en el circuito transmisor” Fuente: Elaboración propia c. Etapa de acondicionamiento de la señal en el receptor En esta etapa integrada en el circuito receptor es muy importante el uso del módulo VS1838b el cual es un receptor infrarrojo universal, que puede percibir señales de 38 kHz, que es la frecuencia ideal con que funcionan los controles de transmisión de data IR. Una de sus características principales es el poco consumo y la facilidad de combinarse en cualquier proyecto electrónico. [34] Entre sus especificaciones más resaltantes tenemos: - Voltaje de operación: 2.7 ~ 5.5V - Frecuencia de trabajo: 38kHz - Consumo de corriente: 0.4 ~ 1.5 mА. - Angulo de detección: ± 45° - Distancia máxima de detección: 12 ~ 18 m 31 Figura Nº10: “Especificaciones del módulo VS 1838B” Fuente: https://www.elecrow.com/download/Infrared%20receiver%20vs1838b. pdf Figura Nº11: “Módulo VS1838B” Fuente: Elaboración propia http://www.elecrow.com/download/Infrared%20receiver%20vs1838b 32 El módulo VS1838b contiene en su interior un receptor infrarrojo, un filtro pasa banda sintonizado a 38khz y un demodulador ASK de tal forma que la señal que entrega este módulo al microcontrolador es UART. Es a través de un fotodiodo que se encarga de demodular dicha señal y recuperar la señal. d. Etapa de codificación de mensajes de voz En esta etapa la señal ASK que es emitida en el circuito transmisor y recibida por el módulo vs1838B, se demodula dejando pasar la señal UART para que el microcontrolador la decodifique e interprete qué mensaje llega al receptor. Figura Nº12: “Etapa del módulo IR, zumbador y buzer” Fuente: Elaboración propia Para el diseño del sistema de habla, se usó un circuito integrado ISD 1420S, cuyo diagrama de bloques del integrado es el siguiente: 33 Figura Nº13: “Diagrama de bloques del circuito integrado ISD1400” Fuente: Datasheet ISD1400 [35] A continuación, se indican las especificaciones técnicas según el datasheet del circuito integrado. [35] - VCCA y VCCD son los pines que alimentan al CI con 5V. - VSSA y VSSD son los pines para el negativo del IC. - SP+ y SP- son las salidas para el parlante, el cual es de 16 ohm de impedancia y no se requiere condensador de acoplamiento para la salida ya que estas salidas se ponen en alta impedancia en modo RECORD. - MIC es una entrada para micrófono, el cual tiene un amplificador de entrada. - AGC es el que controla la ganancia del pre amplificador en -15 a 24 dB. Este se ajusta en forma automática y compensa todos los niveles de la señal del micrófono o fuente de audio, los valores de la resistencia y condensador instalados en AGC son extraídos de la hoja del fabricante. - ANA OUT ANA IN, se deben acoplar con un condensador y una resistencia de 5.1 K ohm según fabricante este se selecciona para dar frecuencia de corte en baja del filtro pasa banda. Los valores de 5.1 K ohm y 0.1 uf son sacados de la hoja del fabricante. 34 - MIC REF, es la entrada no inversora del pre amplificador. - PLAY L, sirve para iniciar la reproducción del habla, para esto se debe poner este PIN en nivel bajo o 0 lógico. - PLAYE, este PIN sirve para reproducir por cambio de nivel, es decir cuando el flanco se va a 0 lógico este reproduce la vos al poner en alto y no termina la reproducción hasta que se detecta la marca OEM. - RECLED, indica que el ciclo de grabación se está dando. - REC, el IC graba cada vez que esta entrada está a 0 lógico. - Los pines del A0 hasta A7 sirven para ubicar en qué dirección se grabó el mensaje hablado. En el sistema vocal se grabó mensajes de alerta para distanciamiento social de 1.5 m. y algunos letreros de avisos de salida o entrada, se grabó “no ingresar con comida”, sólo como ejemplo. Cabe resaltar que se puede configurar 16 mensajes hablados. Después de que el microcontrolador recibe la señal del módulo infrarrojo VS1838B el microcontrolador mediante el algoritmo interpreta y dará como resultado un código binario el cual va desde 0000 hasta el 1111, esto ingresara al IC ISD 1402 y según lo que se grave como mensaje de vos este lo hablara por los parlantes. Cada mensaje hablado tendrá un código binario donde buscará la dirección y este hablará lo que este grabado en esa dirección. Una vez separada la señal de 38 KHZ de la señal UART el microcontrolador PIC 16f877A se encargará de interpretar y leer las señalizaciones que tiene una distancia de transmisión de 8 metros aproximadamente. 35 A continuación, se muestran ambos circuitos de transmisión y recepción: CIRCUITO TRANSMISOR COMPONENTES - 1 PIC 16F628A - 1 Resistencia de 5K - 1 cristal de cuarzo de 4 MHz - 1 porta Batería de 9V - 1 DIP SWITCH de 4 palancas - 1 batería de 9 V - 1 L7805 - 1 caja plástica - 1 74LS00 compuerta NAND - 1 transistor 2N2222 o BC337 - 4 resistencias de 10K - 1 Resistencia de 1K - 1 Resistencia de 500 ohm - 2 condensador electrolítico de 470uF 35v - 2 condensadores cerámicos de 22pF 50v - 1 diodo LED infra rojo - 1 fusible 200mA - 1 switch - 1 circuito impreso 36 Figura Nº14: “Circuito transmisor” Fuente: Elaboración propia CIRCUITO RECEPTOR COMPONENTES - 1 PIC 16F877A - 1 PIC 16f628A - 1 L7805 - 2 condensadores 470 uF - 35v - 1 resistencias de 10K - 1 pulsador - 1 fusible 200 mA - 1 switch - 1 módulo IR código VS1838B - 1 cristal de cuarzo de 4 MHz - 1 Buzzer - 1 motor vibrador - 1 switch rotativo de 4 posiciones - 1 módulo ultrasonido HC SR 04 - 1 transistor 2N2222 37 Figura Nº15: “Sistema electrónico del protector facial” Fuente: Elaboración propia 2. Distanciamiento social por medio del ultrasonido En esta etapa, el sistema está gobernado por un microcontrolador esclavo PIC16f628A que comparte el cristal de 4MHZ que utiliza el PIC16f877A, mediante una configuración de external CLOCK EC mediante esto los 2 microcontroladores PIC, tanto maestro como el esclavo, estarán compartiendo el mismo cristal de 4MHZ. a. Etapa de acondicionamiento del módulo HC SR04 En este proyecto de investigación se utilizó el módulo ultrasónico HC- SR04, el cual es un sensor que contiene un emisor y un receptor de ultrasonidos. Esto nos facilita en calcular la distancia que se encuentra un objeto frente a él, a través de pulsos ultrasónicos y calculando el tiempo que demora hasta que regresa el pulso. [36] 38 Este módulo trabaja a 40 kHz esta frecuencia no es posible escucharse debido a que el oído humano sólo escucha hasta frecuencias de 20 kHz. Este sensor tiene 2 pines de alimentación un pin TRIGGER y un pin ECHO. Figura Nº16: “Etapa de módulo ultrasonido a 1.5m” Fuente: Elaboración propia La forma en la que opera es la siguiente: 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = (𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑)(Tiempo) Donde: Velocidad = velocidad del sonido = 343 m/s = 0.0343 cm/us. Por lo tanto: 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0.0343𝑥𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 Sin embargo, debido a que la onda a recorrido ida y vuelta, se divide entre 2 para conocer la distancia del objeto. Quedando: 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 = 0.01715𝑥𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 b. Etapa del módulo ultrasonido con el PIC esclavo-maestro Se envía un pulso de 10 us por el pin TRIGGER para activar el módulo y envíe el ultrasonido, dando como respuesta un pulso que es, el que demora en ir y volver. El tiempo que demoró en ir y venir el ultrasonido por el pin ECHO. La longitud de esta onda nos indicará la distancia a que 39 estamos del obstáculo. Una vez que esta señal entra al microcontrolador PIC16F628, este la interpreta y envía un 1 lógico al otro microcontrolador PIC16F877A, de esta manera queda grabado en la dirección. Figura Nº17: “Circuito de la etapa del módulo infrarrojo” Fuente: Elaboración propia DISEÑO DEL PCB Para la realización del circuito PCB se optó usar el software CircuitMaker el cual tiene herramientas para el diseño electrónico de placas de circuito impreso. 40 Figura Nº18: “Circuito transmisor Botton Layer” Fuente: Elaboración propia Figura Nº19: “Circuito transmisor Top Overlay” Fuente: Elaboración propia 41 Figura Nº20: “Circuito transmisor capa Botton Layer y Top Overlay” Fuente: Elaboración propia Figura Nº21: “Circuito receptor capa Botton Layer” Fuente: Elaboración propia 42 Figura Nº22: “Circuito receptor capa Top Overlay” Fuente: Elaboración propia Figura Nº23: “Circuito receptor capa Botton Layer y Top Overlay” Fuente: Elaboración propia 43 Figura Nº24: “Tarjeta de sonido con ISD 1400 ISD 1402 ISD 1420” Fuente: Elaboración propia 44 PROTOTIPO Para el diseño del prototipo, mencionamos las siguientes partes que comprende: 1. SOPORTE 2. VISERA 3. PANTALLA PET 4. CAJA PROTECTORA DEL SISTEMA ELECTRONICO 5. TUBO ACUSTICO 6. MODULO ULTRASONICO 7. MODULO ELECTRONICO 8. SENSOR IR 9. BATERIA 10. PARLANTE Figura Nº25: “Prototipo del protector facial” Fuente: Elaboración propia 45 PROGRAMACIÓN Esta parte del proyecto de investigación se realizó en el programa MPLAB, el cual es un editor IDE gratuito, de la empresa Microchip. Este editor permite grabar en circuitos integrados PIC. [37] Figura Nº26: “Definición del microcontrolador PIC16f628A” Fuente: Elaboración propia 46 Figura Nº27: “Desarrollo de la programación de rutinas” Fuente: Elaboración propia 47 Figura Nº28: “Programación general” Fuente: Elaboración propia 48 4.2. Método de investigación El presente trabajo de investigación estuvo diseñado bajo el planteamiento metodológico del enfoque cuantitativo. 4.3. Población y muestra La población de estudio estuvo conformada por un grupo de personas mayores de 18 años de edad del distrito de Lima con dificultad visual o ceguera total. En este trabajo se realizó el método de muestreo no probabilístico. 4.4. Lugar de estudio La presente investigación toma como lugar de estudio al distrito de Lima, Perú en los meses del periodo comprendido entre los años 2021 – 2022 debido a la locación del investigador y las aún presentes medidas sanitarias frente al Sars- Cov2 y sus variantes. Ante ello se estableció el distrito de Lima como distrito referente debido al tamaño de su extensión y la mayor probabilidad de encontrar población voluntaria para realizar pruebas, asimismo no se consideraron pruebas clínicas o de centros médicos debido a la naturaleza de la investigación. 4.5. Técnicas e instrumentos para la recolección de la información A continuación, se mencionan las técnicas y sus respectivos instrumentos para la recolección de datos del objeto de estudio usados: 4.5.1. Técnicas para la recolección de la información Encuesta: técnica que permite conocer el grado de satisfacción del protector facial al momento de ser usado por los usuarios, de este modo se comprobó mediante una escala numérica de validación el porcentaje de aceptación respecto a distintos factores. Observación: se realizó la observación pertinente respecto al correcto funcionamiento del protector y sus componentes. Observando tiempo de gasto 49 energético en su uso como la rapidez de respuesta del sistema en sus sensores infrarrojos y ultrasónicos. 4.5.2. Instrumentos para la recolección de la información Cuestionario de satisfacción: Se utilizó un cuestionario de satisfacción anónimo para medir el grado de aceptación respecto a la seguridad vial y el desplazamiento de las personas. Para la seguridad vial se utilizaron 5 preguntas basadas en la percepción respecto al uso y para el desplazamiento se utilizaron 5 preguntas, parte del cuestionario, para evaluar la dirección y colisiones posibles al momento de la movilización. El cuestionario se utilizó para medir la variable dependiente “MEJORA DEL DESPLAZAMIENTO DE PERSONAS INVIDENTES – COVID 19”, el instrumento estuvo constituido por 10 preguntas medibles en una escala del 1 al 5, donde la escala tuvo una significancia de: Puntuación Valor 1 Muy malo o insatisfecho 2 Aceptable o relativamente útil 3 Regular o funcional 4 Bueno o útil 5 Muy bueno o satisfecho Tabla Nº02: Escala de evaluación Fuente: Elaboración propia Guía de observación: Se utilizó una guía de observación para funcionamiento del protector facial con señalizaciones IR de los usuarios durante la utilización del dispositivo y haberlo probado frente a las señalizaciones que brindaron información, así como la percepción de las alertas por parte de los sensores de proximidad y los sensores IR. Dicha encuesta fue desarrollada por un personal evaluador externo y tuvo como referentes: el correcto funcionamiento de los sensores infrarrojos, sensores de proximidad, bocinas y batería mediante la observación y testeo. La guía de observación se utilizó para medir la variable independiente “DESARROLLO DE UN PROTECTOR FACIAL CON TECNOLOGÍA ULTRASÓNICA Y DETECCIÓN IR”. 50 *Detalles del cuestionario y la guía de observación se encuentran en los Anexos 05 y 06. 4.6. Análisis y procesamiento de datos Se realizará un análisis de medición para observar la efectividad del dispositivo a desarrollar y se expresará mediante análisis estadístico gráfico mediante el programa Excel debido a que se manejó la información de todos los instrumentos de recolección de datos por parte de 2 personales de apoyo, un encuestador y 1 observador profesional. 4.7. Aspectos éticos en investigación La presente investigación posee un enfoque objetivo que va dirigido acorde a las correctas prácticas. En el proceso de desarrollo y pruebas experimentales se han realizado procesos éticos en el trato con las personas invidentes. 51 V. RESULTADOS Se obtienen los resultados descriptivos, relativos a los datos obtenidos (numéricos, cifras, etc.) y los resultados inferenciales correspondientes a las evidencias de las pruebas realizadas. 5.1. Resultados descriptivos Se realizaron las recolecciones de datos de los instrumentos mencionados en los apartados anteriores, entre los resultados obtenidos tenemos las respuestas de un grupo de 8 personas con problemas de visión, a los cuales se les brindó una prueba voluntaria del uso del protector facial y luego una entrevista de satisfacción dirigida por un personal de apoyo presente en las pruebas. Las respuestas del cuestionario son las siguientes: PERSONAS PREG. P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 SE G U R ID A D V IA L 1 4 5 5 4 5 4 5 4 2 4 5 4 5 4 5 4 4 3 5 5 3 5 3 5 5 5 4 5 3 4 4 5 5 4 3 5 3 4 3 5 3 4 4 4 D ES P LA ZA M IE N TO 6 4 5 5 5 5 5 4 3 7 3 4 5 4 4 5 4 4 8 5 5 4 5 5 5 5 5 9 5 4 5 3 3 4 3 3 10 4 3 3 5 4 5 4 5 Tabla Nº03: “Resultados del cuestionario” Fuente: Elaboración propia en Excel 52 Los resultados de seguridad vial se obtuvieron los siguientes datos ubicados en la gráfica estadística, en la cual podemos apreciar cifras y las tendencias que posee cada respuesta: Figura Nº29: “Resultados en método gráfico de barras respecto a las preguntas de Seguridad Vial” Fuente: Elaboración propia Excel Se observan las tendencias en los promedios de las 8 respuestas de la primera sección de la evaluación: Sección Nº1: Seguridad Vial (PUNTAJE PROMEDIO) Respuesta 1) ¿Qué tan cómodo se siente al portar el prototipo de protector facial en su cabeza? 2) ¿En que medida sintió que su seguridad aumentó al oir y seguir las señalizaciones? 3) ¿En qué grado el protector le brindó información precisa acerca de los obstáculos? 4) ¿En qué medida siente seguro de que no se caiga el protector al momento de caminar? 5) ¿En qué medida se sintió seguro de no colisionar con las paredes y/o personas alrededor? 4.5 4.38 4.5 4.13 3.75 Tabla Nº04: “Resultados promedios por pregunta de Seguridad Vial” Fuente: Elaboración propia Los resultados se muestran a continuación mediante un análisis estadístico descriptivo para medir el grado de aceptación por medio de un promedio aritmético total de todas las respuestas se obtiene una tendencia favorable de 4.2. 53 Los resultados de desplazamiento se obtuvieron los siguientes datos ubicados en la gráfica estadística, en la cual podemos apreciar cifras y las tendencias que posee cada respuesta: Figura Nº30: “Resultados en método gráfico de barras respecto a las preguntas de desplazamiento” Fuente: Elaboración propia Excel Se observan las tendencias en los promedios de las 8 respuestas de la primera sección de la evaluación: Sección Nº2: Desplazamiento (PUNTAJE PROMEDIO) Respuesta 1) ¿En que medida el protector le permitió caminar en largos pasajes ? 2) ¿En qué medida el protector le permitió recorrer trayectorias de esquina? 3) ¿En qué medida el protector le permitió subir y bajar escaleras? 4) ¿En qué medida el protector reaccionó a cambios de dirección espacial? 5) De la escala del 1 al 5 ¿En qué grado se sintió cómodo durante los recorridos del circuito? 4.5 4.13 4.88 3.75 4.13 Tabla Nº05: “Resultados promedios por pregunta de desplazamiento” Fuente: Elaboración propia Los resultados se muestran a continuación mediante un análisis estadístico descriptivo para medir el grado de aceptación por medio de un promedio aritmético total de todas las respuestas se obtiene una tendencia favorable de 4.275. 54 Los resultados de la guía de observación brindaron un SI absoluto con ciertas observaciones a modo de realimentación positiva. Nº ACCIONES A EVALUAR* REGISTRO DE CUMPLIMIENTO OBSERVACIONES SI NO 1 Arranque del dispositivo al encender X El dispositivo enciende correctamente y no hay retardo al iniciar sus funcionalidades 2 Respuesta del detector IR X El detector IR responde correctamente a las señales 3 Respuesta del transmisor X Las emisiones de TX se enlazaron instantáneamente al visualizar las señales IR 4 Respuesta del receptor X Las recepciones RX se enlazaron instantáneamente al recibir la información 5 Respuesta del sensor ultrasónico X El sensor ultrasónico mantuvo un margen de 1.5m de radio de alejamiento 6 Reacción al alternar de escenarios X La demora es mínima, pero es escalable según el diseño 7 Respuesta del aparato sonador X El sonido es alto lo que lo hace conveniente para personas con problemas de audición 8 Duración de la batería (Prudencial) X Para las 8 pruebas realizadas las baterías fueron de gran rendimiento Tabla Nº06: “Resultados de la guía de observación ejecutada” Fuente: Elaboración propia en Excel 55 5.2. Resultados inferenciales Se muestra la evidencia de las pruebas resultantes del armado del protector facial con las señalizaciones IR, de las cuales se pueden apreciar de forma preliminar la ubicación y el diseño final que posee el dispositivo, tanto en el modelado 3D como en la praxis de la ubicación como un aditamento en la cabeza del usuario. Figura Nº31: “Modelado 3D del protector facial y señalización IR” (Fuente: Elaboración propia en SolidWorks) 56 Figura Nº32: “Modo óptico del protector facial” (Fuente: Elaboración propia en SolidWorks) Figura Nº33: “Perspectiva desde el interior del protector facial” (Fuente: Elaboración propia en SolidWorks) 57 Figura Nº34: “Vista oculta de las señalizaciones IR” (Fuente: Elaboración propia fotográfica) Figura Nº35: “Vista frontal del protector implementado” (Fuente: Elaboración propia fotográfica) 58 Figura Nº36: “Vista de perfil del protector implementado” (Fuente: Elaboración propia fotográfica) Figura Nº37: “Pruebas con señalización IR” (Fuente: Elaboración propia fotográfica) 59 Figura Nº38: “Pruebas de interacción con personas para el distanciamiento social de 1.5m” (Fuente: Elaboración propia fotográfica) 60 VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 6.1. Contrastación y demostración de la hipótesis con los resultados Se obtuvieron los resultados respecto a ambas variables, en el caso de la variable dependiente, se demostraron las hipótesis específicas respecto a la seguridad vial y el desplazamiento, ello es apreciable en el cuestionario realizado, donde en ambas dimensiones se registraron un resultado superior al puntaje establecido como “4”, el cual define nuestro resultado como de “BUENO” a “MUY BUENO”. Con ello la variable independiente: DESARROLLO DE UN PROTECTOR FACIAL CON TECNOLOGÍA ULTRASÓNICA Y DETECCIÓN IR también demostrada con la guía de observación donde se obtuvo una buena recepción con el reflejo de un SI absoluto, lo cual es traducible como un dispositivo altamente funcional en todas sus etapas, en la cual se demuestra la hipótesis inicial “Hi: El desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR mejorará el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19” queda validada y a su vez, descartada la hipótesis nula “Ho: El desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR no mejorará el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19”. 61 VII. CONCLUSIONES - Se concluye con la presente investigación que el sistema es viable y útil para la mejora del desplazamiento de personas invidentes, pudiendo ser mejorable en algunos aspectos de comodidad según los resultados mostrados en la encuesta. - Se llega a la conclusión que los sensores ultrasónicos y la tecnología IR son una tecnología oportuna para la realización de sistemas de seguimientos u orientación - De los resultados se deduce que el dispositivo es útil para mejorar la seguridad vial de las personas invidentes y ello promueve la independencia de las mismas ante su limitación - De los resultados se concluye que el dispositivo mejora el desplazamiento de las personas al momento de dirigirse a distintos lugares con distintos ambientes, sea en escaleras de bajada o subida, esquinas o pasadizos largos, incluso interactuando con personas. 62 VIII. RECOMENDACIONES Los siguientes puntos a fin de obtener mejores resultados ante una siguiente investigación o mejorar el dispositivo para un uso cotidiano y formal. - Se recomienda miniaturizar aún más el circuito a fin de convertir más cómoda la interacción entre el usuario invidente y el protector facial - Se recomienda utilizar baterías pequeñas o módulos de carga para realizar más fácil la carga del dispositivo - Se recomienda no rociar con alcohol el circuito debido a que podría causar daños en la placa y sus componentes 63 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Ceguera y discapacidad visual. Organización Mundial de la Salud [en línea]. 28 de febrero de 2021 [consultado el 14 de septiembre de 2021]. Disponible en: https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/blindness-and- visual-impairment 2. Evaluación psicológica en el Proceso de Ajuste a la Discapacidad Visual. En: Psicología y Ceguera: Manuel para la intervención psicológica en el ajuste a la deficiencia visual. 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Desarrollar un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR para la mejora del desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 El desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR mejorará el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 MEJORA DEL DESPLAZAMIENTO DE PERSONAS INVIDENTES – COVID 19 Seguridad vial Seguridad vial activa - Factor humano La investigación es de tipo aplicada ya que tiene como característica dar una solución sobre un problema en particular. El diseño de la investigación es experimental cuasi experimental Reducción de accidentes peatonales Discapacidad visual Método de investigación El presente trabajo de investigación será diseñado bajo el planteamiento metodológico del enfoque cuantitativo. PROBLEMAS ESPECÍFICOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS HIPÓTESIS ESPECÍFICAS INDEPENDIENTES DIMENSIONES INDICADORES Población y muestra ¿En qué medida el desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR mejorará la seguridad vial de personas invidentes – COVID 19? Desarrollar un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR para mejorar la seguridad vial de personas invidentes – COVID 19 El desarrollo de un protector facial con tecnología ultrasónica y detección IR mejorará la seguridad vial de personas invidentes – COVID 19 DESARROLLO DE UN PROTECTOR FACIAL CON TECNOLOGÍA ULTRASÓNICA Y DETECCIÓN IR Sensor ultrasónico Distancia La población de estudio estará conformada por un grupo de personas mayores de 18 años de edad del distrito de Ventanilla – Callao con dificultad visual. En este trabajo se realizará el método de muestreo no probabilístico Lugar de estudio y periodo desarrollado Distrito de Lima - 2021 Sensor infrarrojo Radiación electromagnética Infrarroja Técnicas de recolección de datos ¿En qué medida la aplicación de un sensor infrarrojo ayudará en el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19? Aplicar un sensor infrarrojo para ayudar en el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 La aplicación de un sensor infrarrojo ayudará en el desplazamiento de personas invidentes – COVID 19 El instrumento a utilizar para las mediciones serán los sensores infrarrojo y ultrasónico La técnica de recolección de datos que se utilizará en la presente investigación será la encuesta y la observación Análisis y procesamiento de datos Se realizará un análisis de medición para observar la efectividad del dispositivo a desarrollar y se expresará mediante análisis estadístico gráfico. 70 ANEXO Nº2: PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE ASSEMBLER DEL RECEPTOR DESARROLLADO EN MPLAB Programación ;************************ COMENTARIOS ************************ ;* PROGRAMA INFRARROJO RECEPCION ;* FECHA: 04 NOVIEMBRE 2021 ;*************************************************************** ;*********************** DEFINICIONES ************************ ;*************************************************************** ;* SE DEFINE EL MICROCONTROLADOR ;*************************************************************** LIST P=16F877A ; DEFINE EL PIC INCLUDE CONFIG 0x3F31 ;*************************************************************** ;* REGISTROS GENERALES ;*************************************************************** CNT1 EQU 0x20 ; CONTADOR 1 CNT2 EQU 0x21 ; CONTADOR 2 CNT3 EQU 0x22 ; CONTADOR 3 TEMP1 EQU 0x23 TEMP2 EQU 0x24 TEMPX EQU 0x25 TEMPY EQU 0x26 ;*************************************************************** ;* SE DEFINE FLAGS DE PORTB ;*************************************************************** buzz EQU 5 ;*************************************************************** ;********************** VECTOR DE RESET ********************** ;*************************************************************** ORG 0x000 nop 71 goto inicio ; PROGRAMA PRINCIPAL ;*************************************************************** ;************************** RUTINAS ************************** ;*************************************************************** ;* RUTINA DE CODIFICACION ;*************************************************************** sond addwf PCL,F goto snd0 ; (W) = 0 goto snd1 ; (W) = 1 goto snd2 ; (W) = 2 goto snd3 ; (W) = 3 goto snd4 ; (W) = 4 goto snd5 ; (W) = 5 goto snd6 ; (W) = 6 goto snd7 ; (W) = 7 goto snd8 ; (W) = 8 goto snd9 ; (W) = 9 goto sndA ; (W) = 10 goto sndB ; (W) = 11 goto sndC ; (W) = 12 goto sndD ; (W) = 13 goto sndE ; (W) = 14 goto sndF ; (W) = 15 snd0 bsf PORTB,buzz movlw .10 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .10 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .10 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd1 bsf PORTB,buzz 72 movlw call .15 ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .15 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .15 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd2 bsf PORTB,buzz movlw .20 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .20 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .20 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd3 bsf PORTB,buzz movlw .25 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .25 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .25 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd4 bsf PORTB,buzz movlw .30 call ms_n10 73 bcf movlw call PORTB,buzz .30 ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .30 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd5 bsf PORTB,buzz movlw .35 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .35 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .35 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd6 bsf PORTB,buzz movlw .40 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .40 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .40 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd7 bsf PORTB,buzz movlw .45 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .45 74 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .45 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd8 bsf PORTB,buzz movlw .50 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .50 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .50 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return snd9 bsf PORTB,buzz movlw .55 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .55 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .55 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return sndA bsf PORTB,buzz movlw .60 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .60 call ms_n10 bsf PORTB,buzz 75 movlw call .60 ms_n10 bcf PORTB,buzz return sndB bsf PORTB,buzz movlw .65 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .65 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .65 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return sndC bsf PORTB,buzz movlw .70 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .70 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .70 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return sndD bsf PORTB,buzz movlw .75 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .75 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .75 call ms_n10 76 bcf return PORTB,buzz sndE bsf PORTB,buzz movlw .80 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .80 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .80 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return sndF bsf PORTB,buzz movlw .85 call ms_n10 bcf PORTB,buzz movlw .85 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw .85 call ms_n10 bcf PORTB,buzz return ;*************************************************************** ;* RUTINA DE RETARDO: 10 MILISEGUNDOS CRISTAL DE 4 MHz ;*************************************************************** ms_10 clrwdt movlw .13 movwf CNT2 clrf CNT1 d1 decfsz CNT1,F goto d1 decfsz CNT2,F goto d1 77 return ;*************************************************************** ;* RUTINA DE RETARDO: N * 10 MILISEGUNDOS ;*************************************************************** ms_n10 movwf CNT3 d2 call ms_10 decfsz CNT3,F goto d2 return ;*************************************************************** ;******************** PROGRAMA PRINCIPAL ******************** ;*************************************************************** ;********************** CONFIGURACIONES ********************** ;*************************************************************** inicio bsf STATUS,RP0 ; BANK 1 movlw B'00010000' movwf TRISA ; CONFIGURA PUERTO A movlw B'00000000' movwf TRISB ; CONFIGURA PUERTO B movlw B'00000000' movwf TRISD ; CONFIGURA PUERTO D movlw B'00000000' movwf TRISE ; CONFIGURA PUERTO E movlw B'00000111' movwf OPTION_REG ; CONFIGURA TMR0 movlw .207 ; 300 BAUDIOS movwf SPBRG ; Fosc/(16(X+1)) movlw B'00000000' movwf TXSTA ; MODO ASINCRONO, HIGH SPEED bcf STATUS,RP0 ; BANK 0 bsf RCSTA,SPEN; Enable (RC7/RX y RC6/TX) bsf RCSTA,CREN ; !!! HABILITA RECEPCION CONTINUA ;*************************************************************** ;* SCANEO INICIAL 78 ;*************************************************************** bsf PORTB,buzz movlw 0xFF movwf PORTD movlw .20 call ms_n10 bcf PORTB,buzz clrf PORTD movlw .20 call ms_n10 bsf PORTB,buzz movlw 0xFF movwf PORTD movlw .20 call ms_n10 bcf PORTB,buzz clrf PORTD movlw .20 call ms_n10 ;*************************************************************** ;* ESPERA PRIMER DATO TEMPX ;*************************************************************** scan bsf RCSTA,CREN ; !!! HABILITA RECEPCION CONTINUA btfsc RCSTA,FERR goto err1 btfsc RCSTA,OERR goto err1 btfss PIR1,RCIF goto scan nop nop bsf RCSTA,CREN goto scan END 79 ANEXO Nº3: PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE ASSEMBLER DEL TRANSMISOR DERROLLADO EN IDE DE MPLAB ;* TINFRA628 ;* PROGRAMA USADO EN EL MODULO TRASMISOR INFRARROJO ;* PARA ENVIAR EL MENSAJE, EL MENSAJE ;* ENVIA 1 BYTE CON EL CODIGO DE LOS 4 MICROSWITCHES. ;* 04 NOVIEMBRE 2021 ; LIST P=16F628A ; DEFINE EL PIC INCLUDE CONFIG 0x3F21 ; BANCO_0 MACRO BCF STATUS,RP0 BCF STATUS,RP1 ENDM BANCO_1 MACRO BSF STATUS,RP0 BCF STATUS,RP1 ENDM ; CONT1 EQU 20H L EQU 21H M EQU 22H P EQU 23H CONT2 EQU 24H BAND EQU 25H SIGNO EQU 26H CARA1 EQU 27H CARA2 EQU 28H 80 TEMP EQU 29H CNT1 EQU 2AH CNT2 EQU 2BH CNT3 EQU 2CH ; ORG 0x000 goto inicio ; ; RUTINAS ; ;* RUTINA DE RETARDO: 10 MILISEGUNDOS CRISTAL DE 4 MHz ; ms_10 movlw .13 movwfCNT2 clrf CNT1 d1 decfszCNT1,F goto d1 decfszCNT2,F goto d1 return ; ;* RUTINA DE RETARDO: N * 10 MILISEGUNDOS ; ms_n10 movwfCNT3 d2 call ms_10 decfszCNT3,F goto d2 return ; 81 ;* PROGRAMA PRINCIPAL ; inicio clrf PORTA clrf PORTB clrf BAND BANCO_1 movlw B'00011110' ;RA1..RA4 entradas movwfTRISA ; salida RA0,1; entrada RA2 movlw 0x04 movwfVRCON ; deshabilita referencia movlw B'00000010' ;B1/RX entrada, B2/TX salida, movwfTRISB ;B3/CCP1 salida movlw B'00000111' movwfOPTION_REG movlw .25 movwfPR2 ;T de PWM 38 Khz movlw .207 ;x=207(10)=cf(16) en formula de baud rate movwfSPBRG ;para 300 bauds, modo sincrono movlw 0x00 ;BRG=0, SYNC=0, TXEN=0, TX9=0 movwfTXSTA ;baja Vel., Asin, no Hab. Tx, 8 bits de datos BANCO_0 ; movlw 0x07 movwfCMCON ; DESHABILITA COMPARADOR movlw .13 movwfCCPR1L ; 50% DUTY CYCLE PWM movlw B'00001100' movwfCCP1CON ; MODO PWM movlw B'00000100' 82 PWM movwfT2CON ; PRESCALA 1:1, TIMER2 ON HABILITA movlw 0x00 movwfRCREG movwfTXREG movlw 0x80 movwfRCSTA ; BIT 7 SPEN A UNO, NO NECESITA RECIBIR ; ;* LEE DATO DE LOS DIPSWITCH ; g1 movfwPORTA ; ENVIA ESTADO DE SW EN PUERTO A movwf CARA1 rrf CARA1 swapf CARA1,W movwf CARA2 movfwCARA1 andlw B'00001111' movwf CARA1 movfwCARA2 BANCO_0 return END 83 ANEXO Nº4: DISEÑO 3D DEL PROTOTIPO DEL PROTECTOR FACIAL DE TECNOLOGÍA ULTRASÓNICA Y SEÑALIZACIÓN IR 84 ANEXO Nº5: MODELO DE CUESTIONARIO ANÓNIMO DE SATISFACCIÓN Cuestionario anónimo de satisfacción Sexo: M F Edad: Discapacidad Visual: * Responder en una escala del 1 al 5 las preguntas que a continuación se formulan, donde 1 es el menor grado de evaluación y 5 es la máxima calificación Sección Nº1: Seguridad Vial Respuesta 1) ¿Qué tan cómodo se siente al portar el prototipo de protector facial en su cabeza? 2) ¿En qué medida sintió que su seguridad aumentó al oír y seguir las señalizaciones? 3) ¿En qué grado el protector le brindó información precisa acerca de los obstáculos? 4) ¿En qué medida siente seguro de que no se caiga el protector al momento de caminar? 5) ¿En qué medida se sintió seguro de no colisionar con las paredes y/o personas alrededor? Sección Nº2: Desplazamiento Respuesta 1) ¿En qué medida el protector le permitió caminar en largos pasajes? 2) ¿En qué medida el protector le permitió recorrer trayectorias de esquina? 3) ¿En qué medida el protector le permitió subir y bajar escaleras? 4) ¿En qué medida el protector reaccionó a cambios de dirección espacial? 5) De la escala del 1 al 5 ¿En qué grado se sintió cómodo durante los recorridos del circuito? 85 ANEXO Nº6: MODELO DE GUÍA DE OBSERVACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DEL PROTECTOR FACIAL GUÍA DE OBSERVACIÓN DE FUNCIONAMIENTO DE DISPOSITIVO NOMBRE DEL DISPOSITIVO PROTECTOR FACIAL ELECTRÓNICO OBSERVADOR FECHA DE OBSERVACIÓN INSTRUCCIONES: Observe los parámetros del dispositivo y marcar con una “X” según corresponda, en caso cumpla con o sin observaciones, marcar “SI”, en caso contrario marcar “NO”. En cada caso brindar una descripción breve del desarrollo. Nº ACCIONES A EVALUAR* REGISTRO DE CUMPLIMIENTO OBSERVACIONES SI NO 1 Arranque del dispositivo al encender 2 Respuesta del detector IR 3 Respuesta del transmisor 4 Respuesta del receptor 5 Respuesta del sensor ultrasónico 6 Reacción al alternar de escenarios 7 Respuesta del aparato sonador 8 Duración de la bocina *Las acciones a evaluar se basan en el funcionamiento correcto del dispositivo a fin de testear cada etapa funcional del dispositivo 86 ANEXO Nº7: DATASHEET DE ISD1400 87 88 89 90 91 92 93 94 ANEXO Nº8: DATASHEET DE PIC16F628A 95 96 97 98 99 100 ANEXO Nº9: DATASHEET DE PIC16F877A 101 102