En este artículo se presenta un sistema guía para personas con deficiencia visual basado en la construcción de un dispositivo electrónico de sensado, una aplicación móvil cliente y la comunicación y sincronización entre las partes. Este producto ayudará a las personas que padecen esta patología a desenvolverse independientemente en su entorno, ya que detecta la presencia de objetos que obstaculizan el desplazamiento. La aplicación corre en un dispositivo móvil y se adapta a las necesidades de cada usuario. El sistema incluye la construcción de un dispositivo con sensores ultrasónicos de distancia desarrollado con tecnología PIC, el cual se comunica con una aplicación móvil desarrollada en Java para Android que se ejecuta en un teléfono celular. Se utiliza el paradigma de programación orientado a objetos para el desarrollo de la aplicación debido a que permite la reutilización y extensión del código. De acuerdo a las pruebas funcionales realizadas, es factible la implementación exitosa del sistema.V Workshop innovación en sistemas de softwareRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Aranda, Marcos

Richard, Daniel

Richard, Pablo

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda Universidad Nacional de Catamarca  {pablorichard885, danielrichard86, marcos_dario_1}@hotmail.com Resumen. En este artículo se presenta un sistema guía para personas con deficiencia visual basado en la construcción de un dispositivo electrónico de sensado, una aplicación móvil cliente y la comunicación y sincronización entre las partes. Este producto ayudará a las personas que padecen esta patología a desenvolverse independientemente en su entorno, ya que detecta la presencia de objetos que obstaculizan el desplazamiento. La aplicación corre en un dispositivo móvil y se adapta a las necesidades de cada usuario. El sistema incluye la construcción de un dispositivo con sensores ultrasónicos de distancia desarrollado con tecnología PIC, el cual se comunica con una aplicación móvil desarrollada en Java para Android que se ejecuta en un teléfono celular.  Se utiliza el paradigma de programación orientado a objetos para el desarrollo de la aplicación debido a que permite la reutilización y extensión del código. De acuerdo a las pruebas funcionales realizadas, es factible la implementación exitosa del sistema. Palabras Claves. Aplicación móvil, sistema guía para deficiencia visual, PIC, sensores ultrasónicos de distancia, distanciómetro, orientación a objetos.  1. Introducción Los problemas de visión acarrean a las personas que los padecen una serie de obstáculos que, para ellos, se transforman en grandes retos a superar. Esto se pronuncia aún más en una sociedad muy dependiente de los estímulos visuales en la vida cotidiana (letreros, televisión, imagen social, computadoras, etc.). Es necesario diferenciar a las personas que sufren estos padecimientos en algún momento de su vida en forma aguda, de aquellas que lo padecen de nacimiento o de muy temprana edad; para los primeros es mucho más difícil porque tienen que adaptarse a un nuevo estilo de vida.  Los avances tecnológicos y la evolución de la computación brindan recursos para poder desarrollar herramientas que ayuden a estas personas con algunos de sus problemas cotidianos. El desarrollo de este proyecto tiene como objetivo brindar un sistema que le ayude a las personas con deficiencia visual a desenvolverse de una mejor manera en su entorno. Para ello se realizó la construcción de un dispositivo electrónico con microcontroladores y sensores, que es capaz de capturar y manejar información del medio (hardware del sistema), que se relaciona con la aplicación (software del 12382      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda sistema) para que la misma haga uso de esta información, lo cual dio el soporte necesario para poder obtener los datos suficientes del entorno donde se mueven. La conexión entre el dispositivo electrónico y la aplicación se realizó mediante  Bluetooth lo que permite la comunicación y sincronización de las partes del sistema, para ello se implementaron librerías para manejo de la tecnología anteriormente mencionada y se estableció un protocolo de comunicación para su uso. La aplicación reconoce el medio o el entorno fijo y también es transportable, permitiendo el desplazamiento del usuario. Actualmente, los dispositivos móviles (celulares, tablets, laptops, etc.) son capaces de correr aplicaciones que son de uso cotidiano en la vida de cualquier persona. Esto es lo que motivó a desarrollar software ejecutable sobre  estos dispositivos. El sistema detecta la ubicación de los objetos alrededor de personas con deficiencia visual y los guía en decisiones referidas a su movilidad. Está compuesto por: una aplicación móvil y un dispositivo de sensado ultrasónico de distancia. La aplicación corre en un dispositivo móvil (celular, notebook, etc.) que tenga sistemas operativo Android con versión 2.5 en adelante, e indispensablemente una conexión Bluetooth, ya que se conecta al dispositivo de sensado a través de Bluetooth. El dispositivo se desarrolló utilizando microcontroladores PIC. 2. Desarrollo del sistema El sistema abarca la construcción del dispositivo electrónico, del desarrollo de la aplicación móvil y la comunicación entre el dispositivo y la aplicación.  Para el desarrollo de este sistema se emplearon diversas tecnologías para las diferentes partes que componen el sistema. El dispositivo electrónico está compuesto por un microcontrolador PIC 18F4550 que es la unidad central del mismo, un sensor ultrasónico Parallax, un display LCD y un módulo bluetooth para establecer la comunicación con la aplicación del dispositivo móvil. Para la implementación de la aplicación, se utilizó un dispositivo móvil LG L7, pero puede utlizarse cualquier dispositivo móvil que posea Android desde la versión 2.2 en adelante y una comunicación bluetooth.  A continuación se describe la construcción del dispositivo electrónico y de la aplicación. 2.1. Diseño y construcción del dispositivo electrónico  En este apartado se describirán toda la ingeniería que se aplicó para diseñar y construir el dispositivo electrónico distanciómetro encargado de medir la distancia entre el usuario y el objeto.  Diseño general del sistema de medición de distancias por ultrasonido: En la figura 1 se presenta un diagrama en bloques, el cual describe en forma general los elementos principales del distanciómetro. 1239Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual      3 • Oscilador: El cuál es el encargado de entregar al sistema la onda cuadrada, cuya frecuencia es ultrasónica de 40 KHz. • Modulador: Tiene la función de generar ráfagas de ondas ultrasónicas, o sea, funciona como una llave electrónica que deja pasar una cantidad de pulsos limitados provenientes del oscilador. • Amplificador: Ésta etapa adapta las ráfagas ultrasónicas a niveles de tensión adecuados para el trabajo del transductor transmisor. En el caso del receptor, se amplifica la señal para que pueda ser procesada adecuadamente por el sistema de control, dado que la misma llega disminuida al receptor. • Sistema de control: es el cerebro del sistema, sobre el cual corre el programa que controla todos los bloques.   Figura 1. Diagrama de bloques de un distanciómetro ultrasónico.  Circuitos para transmisión y recepción de ultrasonidos para la medición de distancias: En el circuito transmisor, se generan ráfagas de 40 KHz con duración de 200 microsegundos, cada 65 microsegundos, al detectar la onda reflejada se genera una interrupción la cual detiene un temporizador (timer) de 16 bits del microcontrolador.  Transmisor ultrasónico: El transductor utilizado para la transmisión es el piezoeléctrico N1076, controlado por el microcontrolador PIC12C508, el cual se encarga de enviar el tren de pulsos de 40KHz para que el cristal emita la frecuencia de ultrasonido deseada. Dado que el transmisor empleado soporta una tensión de entrada de hasta 20 Vrms, se incluye el acoplamiento con el componente ST232 entre el microcontrolador y transductor el cual permitirá una tensión de entrada al emisor de aproximadamente 16 V [1].  Como se mencionó, el microcontrolador es el “cerebro” de la operación. En él corre el programa que permite la generación de las ráfagas ultrasónicas. En la figura 2 se muestra el esquema del transmisor, representado mediante la utilización del software de diseño y simulación electrónica MULTISIM:  12404      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda  Figura 2. Diagrama de conexión del circuito emisor ultrasónico. Fuente: www.uhu.es/antonio_peregrin/iaic_abierto/SRF04.PDF.  Receptor ultrasónico El receptor se compone de dos circuitos amplificadores de señal y un circuito de detección.  La señal es recibida por el sensor receptor y amplificada 576 veces en dos pasos por 2 amplificadores por 24. En esta etapa se hace uso de los circuitos integrados LM1458 cuyo ancho de banda es 1 MHz, cuya máxima ganancia corresponde a la frecuencia de 40 KHz.   Figura 3. Diagrama de conexión del circuito receptor ultrasónico. Fuente: www.uhu.es/antonio_peregrin/iaic_abierto/SRF04.PDF. Como puede verse en la figura 3, en la salida de las etapas amplificadoras hay un comparador (LM311), el cual tiene como entradas la señal proveniente del receptor (entrada positiva) y la señal del transmisor (señal negativa). Se agrega además una realimentación positiva por medio de la resistencia de 62 KΩ para agregar histéresis, dando estabilidad a la salida del comparador.  Por último, el resultado de la comparación es procesado por el microcontrolador PIC 12C508, el cuál detiene el conteo del temporizador cuando ésta señal llega. Funcionamiento 1241Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual      5 Tal y como se muestra en el diagrama de tiempos de la figura 45, el funcionamiento es descrito, por parte del usuario y por medio del microcontrolador PIC 18F4550, un pulso de disparo o “trigger” de 2 microsegundos que inicia la secuencia. Por medio del transductor Tx se transmite un tren de pulsos o “burst” (ráfaga) de 200 microsegundos a 40KHz. En ese momento, el microcontrolador PIC18F4550 debe cambiar su condición de salida a entrada para esperar por el mismo pin la señal de “eco”, por lo tanto en este momento se envía al PIC 18F4550 un “1” lógico. Cuando la cápsula receptora recibe la señal transmitida como consecuencia de haber rebotado en un objeto (eco), se envía al PIC18F4550  de nuevo un “0” lógico. En este microcontrolador se realiza la medición de la duración del pulso de ésta señal, es decir, el tiempo en que la señal recibida anteriormente se mantiene a “1” [2].  Con objeto de que el sensor se estabilice, se deja un pequeño intervalo de tiempo de 10ms como mínimo entre el momento en que la señal de eco pasa a “0” y un nuevo pulso de disparo que inicie el siguiente ciclo o nueva medida.   Figura 4. Diagrama de tiempos del funcionamiento del sensor ultrasónico. Fuente: www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PING-v1.3.pdf Como muestra el gráfico, existen 2 límites de tiempo: el tiempo mínimo de 115 microsegundos, es el fijado por el software y corresponde a la medida de 3 cm aproximadamente, puesto que medidas por debajo de los 3 cm provocan una serie de errores derivados del acoplamiento entre las propias cápsulas emisor-receptor del módulo, por lo que es muy difícil distinguir si la señal recibida es consecuencia de dicho acoplamiento o del eco recibido [3].  Por otra parte el tiempo máximo es de 18.5 milisegundos, el cual corresponde a una distancia aproximada de 3 m. Este límite también impuesto por el programa + 10 milisegundos de resguardo, es el tiempo que se debe esperar para que el PIC18F4550 conmute nuevamente su pin a entrada para generar un nuevo disparo de activación de secuencia.  12426      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda Para mayores distancias nos podemos encontrar con problemas derivados de la dispersión del haz ultrasónico o de múltiples rebotes que pudieran generarse.  Funcionamiento PIC 18F4550 El programa que corre en el PIC, comienza con la generación y envió del pulso de disparo de inicio de secuencia de 10 microsegundos de ancho a través del pin 20, para que se genere el burst. Inmediatamente el pin 20 conmuta su configuración convirtiéndose en entrada y se prepara para recibir el pulso de eco, cuyo ancho varía dependiendo de la distancia en la que se encuentre el objeto. Durante ese tiempo se activa un temporizador interno (timer), que lleva el conteo de la duración del pulso de eco. A continuación esta cuenta es almacenada por el PIC, donde se produce la multiplicación por factores de escala con el fin de llevar esa medición a centímetros. Luego este dato es mostrado en el display LCD.  Por último el programa retorna a la rutina de generación del disparo para iniciar una nueva secuencia de medición produciendo un bucle constante.  A continuación se muestra una simulación del dispositivo electrónico en el software ISIS Proteus que nos permite no solo plasmar nuestro diseño, si no cargar el programa en el PIC y simular su funcionamiento.   Figura 5. Simulación, lectura de distancia en display LCD.   Montaje en placa experimental Como se observa en la figura 5, la simulación de la funcionalidad principal del dispositivo electrónico, calcular la distancia entre el usuario y el objeto, trabaja de forma correcta entonces plasmamos nuestro diseño en una placa de prueba obteniendo un resultado físico del mismo.  Esto se puede apreciar en la figura 6.  1243Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual      7  Figura  6. Imagen del prototipo. Construcción del dispositivo segmento para la comunicación Lograda la función principal del distanciómetro, adaptaremos el módulo Bluetooth RN-42  al prototipo para establecer la comunicación inalámbrica con la aplicación. Este es un módulo de clase 2 que permite la comunicación inalámbrica por enlace bluetooth con un alcance de hasta 20 mts posee un protocolo de saltos de frecuencia que le permite actuar en ambientes con interferencias, un protocolo de control de errores para la comunicación por bits de paridad y para la transferencia de datos utiliza la conmutación de paquetes y circuitos. En la figura 7 se puede ver el dispositivo electrónico terminado montado en una placa fija.    Figura 7. Dispositivo en placa fija. 12448      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda 2.2. Comunicación entre el dispositivo y la aplicación  En este apartado se describirán las librerías utilizadas, tanto a nivel software como firmware para realizar la comunicación entre el dispositivo electrónico denominado distanciómetro y la aplicación. Por parte del dispositivo electrónico se utilizaron librerías para la comunicación serial asincrónica ya que el modulo bluetooth RN-42 se conecta por los pines del PIC de comunicación serial y actúa como un adaptador para la transmisión por aire. Por parte de la aplicación se implementaron las librería que proporciona el api de google para comunicación bluetooth con android que disponen un conjunto de clases numerosas que permite manejar los recursos para llevar a cabo un enlace bluetooth con el dispositivo móvil. [5,15].  2.3. Desarrollo de la aplicación La aplicación trabaja con la información recibida del Distanciometro; por lo tanto cuando éste  inicia se debe conectar con el mismo. El distanciómetro  a través del modulo bluetooth RN 42 le envía el dato de la distancia que se encuentra el mismo ante un objeto, el programa que corre en el dispositivo móvil recibe el dato por en el enlace bluetooth que establece con el distanciometro y analiza este valor, emitiendo un sonido o una vibración, indicándole al usuario en la situación que se encuentra para que decida como actuara respecto a la misma. Para esto se contemplaron 3 posibles casos: • Sonido 1 o vibración 1: esta situación se dispara cuando el valor de la distancia  recibida entre el distanciómetro y el objeto no representa peligro alguno para el mismo.  • Sonido 2 o vibración 2: esta situación se dispara cuando el valor de la distancia  mencionada representa un cierto grado de peligro para el mismo. • Sonido 3 o vibración 3: esta situación se dispara cuando el valor de la distancia mencionada representa peligro para el mismo. El programa realiza esta acción cada un segundo mientras el usuario no se desconecte del dispositivo o cierre la aplicación, esto se lleva a cabo  mediante un timer.  La aplicación permite la configuración de los parámetros de distancia que se ajustarán a los casos de decisión posible adaptándose a las necesidades de cada usuario a la hora de transportarse. En cuanto al desarrollo de la aplicación, se siguió un método orientado a objetos. En la figura 8 se presenta un diagrama de las clases relevantes que intervienen en el sistema, que definen el contexto del mismo. En la figura 9 se presenta un diagrama de secuencia que demuestra la forma que interactúan los procesos y los actores que intervienen en el sistema.  En la figura 10 se muestran la interfaces del sistema, que consta de 3 pantallas sencillas e intuitivas.   1245Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual      9  Figura 8. Diagrama de clases del sistema.   Figura 9. Diagrama de interacción. La primera pantalla de la figura 10, es la de inicio del sistema que está dispuesta por un menú, “Comenzar”  nos envía al sistema de guía con valores predeterminados, “Configuración” nos permite configurar los parámetros de distancia y alertas con el que correrá el sistema de guía y “Salir” permitirá cerrar la aplicación y liberar recursos del dispositivo móvil. La Segunda pantalla es la de Configuración del sistema acá se puede configurar los valores de distancia que se adaptaran de acuerdo a la necesidades del usuario es decir a sus patrones de movimiento. La tercera pantalla es la Principal dispone un sistema de guía intuitivo, compara los valores que son enviados por el distanciometro con los que configuro al usuario y emite un sonido o vibración que indica al usuario la situación en que se encuentra.   124610      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda Figura 10. Pantallas de inicio, de configuración y de uso del sistema. 3. Conclusiones  Se concluye que, con la utilización de nuevas tecnologías y la evolución de la computación, se obtuvieron los recursos necesarios para desarrollar una aplicación para dispositivos móviles con sistema operativo Android y construir un dispositivo electrónico seguro y robusto, que actuando en forma conjunta conforman un sistema de guía que resuelve la problemática de poder transportarse de forma independiente y segura que padecen las personas con deficiencia visual. El diseño del sistema no solo cumple con los objetivos del proyecto si no también brinda una solución simple, ya que los dispositivos móviles son un elemento común en la vida cotidiana de cualquier persona, además este diseño le permite al sistema crecer potencialmente teniendo en cuenta todas las funcionalidades que proporciona un dispositivo móvil. De esta manera, se podrá satisfacer otras demandas o necesidades del usuario a futuro.  4. Referencias 1. Angulo J., Microcontroladores PIC: Diseño Práctico de Aplicaciones. 3ª Ed. Madrid -España: McGray-Hill, (2003). 2. Corrales  S., Electronica Práctica con Microcontroladores PIC. Quito-Ecuador: Imprenta Grafica, (2006). 3. Daniel Benchimol, Microcontroladores. Buenos Aires: Fox Andina, (2011). 4. Donn Felker y Joshua Dobbs (2011), Android application development for dummies. Indiana: Wiley Publishing, Inc. 1247

Sistema guía para personas con deficiencia visual

SEDICI - Repositorio de la UNLP

Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual 
Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda 
Universidad Nacional de Catamarca  
{pablorichard885, danielrichard86, marcos_dario_1}@hotmail.com 
Resumen. En este artículo se presenta un sistema guía para personas con 
deficiencia visual basado en la construcción de un dispositivo electrónico de 
sensado, una aplicación móvil cliente y la comunicación y sincronización entre 
las partes. Este producto ayudará a las personas que padecen esta patología a 
desenvolverse independientemente en su entorno, ya que detecta la presencia de 
objetos que obstaculizan el desplazamiento. La aplicación corre en un 
dispositivo móvil y se adapta a las necesidades de cada usuario. El sistema 
incluye la construcción de un dispositivo con sensores ultrasónicos de distancia 
desarrollado con tecnología PIC, el cual se comunica con una aplicación móvil 
desarrollada en Java para Android que se ejecuta en un teléfono celular.  Se 
utiliza el paradigma de programación orientado a objetos para el desarrollo de 
la aplicación debido a que permite la reutilización y extensión del código. De 
acuerdo a las pruebas funcionales realizadas, es factible la implementación 
exitosa del sistema. 
Palabras Claves. Aplicación móvil, sistema guía para deficiencia visual, PIC, 
sensores ultrasónicos de distancia, distanciómetro, orientación a objetos.  
1. Introducción 
Los problemas de visión acarrean a las personas que los padecen una serie de 
obstáculos que, para ellos, se transforman en grandes retos a superar. Esto se 
pronuncia aún más en una sociedad muy dependiente de los estímulos visuales en la 
vida cotidiana (letreros, televisión, imagen social, computadoras, etc.). Es necesario 
diferenciar a las personas que sufren estos padecimientos en algún momento de su 
vida en forma aguda, de aquellas que lo padecen de nacimiento o de muy temprana 
edad; para los primeros es mucho más difícil porque tienen que adaptarse a un nuevo 
estilo de vida.  
Los avances tecnológicos y la evolución de la computación brindan recursos para 
poder desarrollar herramientas que ayuden a estas personas con algunos de sus 
problemas cotidianos. 
El desarrollo de este proyecto tiene como objetivo brindar un sistema que le ayude 
a las personas con deficiencia visual a desenvolverse de una mejor manera en su 
entorno. Para ello se realizó la construcción de un dispositivo electrónico con 
microcontroladores y sensores, que es capaz de capturar y manejar información del 
medio (hardware del sistema), que se relaciona con la aplicación (software del 
1238
2      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda 
sistema) para que la misma haga uso de esta información, lo cual dio el soporte 
necesario para poder obtener los datos suficientes del entorno donde se mueven. 
La conexión entre el dispositivo electrónico y la aplicación se realizó mediante  
Bluetooth lo que permite la comunicación y sincronización de las partes del sistema, 
para ello se implementaron librerías para manejo de la tecnología anteriormente 
mencionada y se estableció un protocolo de comunicación para su uso. 
La aplicación reconoce el medio o el entorno fijo y también es transportable, 
permitiendo el desplazamiento del usuario. 
Actualmente, los dispositivos móviles (celulares, tablets, laptops, etc.) son capaces 
de correr aplicaciones que son de uso cotidiano en la vida de cualquier persona. Esto 
es lo que motivó a desarrollar software ejecutable sobre  estos dispositivos. 
El sistema detecta la ubicación de los objetos alrededor de personas con deficiencia 
visual y los guía en decisiones referidas a su movilidad. Está compuesto por: una 
aplicación móvil y un dispositivo de sensado ultrasónico de distancia. La aplicación 
corre en un dispositivo móvil (celular, notebook, etc.) que tenga sistemas operativo 
Android con versión 2.5 en adelante, e indispensablemente una conexión Bluetooth, 
ya que se conecta al dispositivo de sensado a través de Bluetooth. El dispositivo se 
desarrolló utilizando microcontroladores PIC. 
2. Desarrollo del sistema 
El sistema abarca la construcción del dispositivo electrónico, del desarrollo de la 
aplicación móvil y la comunicación entre el dispositivo y la aplicación.  
Para el desarrollo de este sistema se emplearon diversas tecnologías para las 
diferentes partes que componen el sistema. 
El dispositivo electrónico está compuesto por un microcontrolador PIC 18F4550 
que es la unidad central del mismo, un sensor ultrasónico Parallax, un display LCD y 
un módulo bluetooth para establecer la comunicación con la aplicación del dispositivo 
móvil. Para la implementación de la aplicación, se utilizó un dispositivo móvil LG 
L7, pero puede utlizarse cualquier dispositivo móvil que posea Android desde la 
versión 2.2 en adelante y una comunicación bluetooth.  
A continuación se describe la construcción del dispositivo electrónico y de la 
aplicación. 
2.1. Diseño y construcción del dispositivo electrónico  
En este apartado se describirán toda la ingeniería que se aplicó para diseñar y 
construir el dispositivo electrónico distanciómetro encargado de medir la distancia 
entre el usuario y el objeto. 
 
Diseño general del sistema de medición de distancias por ultrasonido: 
En la figura 1 se presenta un diagrama en bloques, el cual describe en forma general 
los elementos principales del distanciómetro. 
1239
Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual      3 
• Oscilador: El cuál es el encargado de entregar al sistema la onda cuadrada, 
cuya frecuencia es ultrasónica de 40 KHz. 
• Modulador: Tiene la función de generar ráfagas de ondas ultrasónicas, o sea, 
funciona como una llave electrónica que deja pasar una cantidad de pulsos 
limitados provenientes del oscilador. 
• Amplificador: Ésta etapa adapta las ráfagas ultrasónicas a niveles de tensión 
adecuados para el trabajo del transductor transmisor. En el caso del receptor, 
se amplifica la señal para que pueda ser procesada adecuadamente por el 
sistema de control, dado que la misma llega disminuida al receptor. 
• Sistema de control: es el cerebro del sistema, sobre el cual corre el programa 
que controla todos los bloques. 
 
 
Figura 1. Diagrama de bloques de un distanciómetro ultrasónico. 
 
Circuitos para transmisión y recepción de ultrasonidos para la medición de 
distancias: 
En el circuito transmisor, se generan ráfagas de 40 KHz con duración de 200 
microsegundos, cada 65 microsegundos, al detectar la onda reflejada se genera una 
interrupción la cual detiene un temporizador (timer) de 16 bits del microcontrolador. 
 
Transmisor ultrasónico: 
El transductor utilizado para la transmisión es el piezoeléctrico N1076, controlado por 
el microcontrolador PIC12C508, el cual se encarga de enviar el tren de pulsos de 
40KHz para que el cristal emita la frecuencia de ultrasonido deseada. Dado que el 
transmisor empleado soporta una tensión de entrada de hasta 20 Vrms, se incluye el 
acoplamiento con el componente ST232 entre el microcontrolador y transductor el 
cual permitirá una tensión de entrada al emisor de aproximadamente 16 V [1].  
Como se mencionó, el microcontrolador es el “cerebro” de la operación. En él 
corre el programa que permite la generación de las ráfagas ultrasónicas. 
En la figura 2 se muestra el esquema del transmisor, representado mediante la 
utilización del software de diseño y simulación electrónica MULTISIM: 
 
1240
4      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda 
 
Figura 2. Diagrama de conexión del circuito emisor ultrasónico. Fuente: 
www.uhu.es/antonio_peregrin/iaic_abierto/SRF04.PDF. 
 
Receptor ultrasónico 
El receptor se compone de dos circuitos amplificadores de señal y un circuito de 
detección.  
La señal es recibida por el sensor receptor y amplificada 576 veces en dos pasos 
por 2 amplificadores por 24. En esta etapa se hace uso de los circuitos integrados 
LM1458 cuyo ancho de banda es 1 MHz, cuya máxima ganancia corresponde a la 
frecuencia de 40 KHz. 
 
 
Figura 3. Diagrama de conexión del circuito receptor ultrasónico. Fuente: 
www.uhu.es/antonio_peregrin/iaic_abierto/SRF04.PDF. 
Como puede verse en la figura 3, en la salida de las etapas amplificadoras hay un 
comparador (LM311), el cual tiene como entradas la señal proveniente del receptor 
(entrada positiva) y la señal del transmisor (señal negativa). Se agrega además una 
realimentación positiva por medio de la resistencia de 62 KΩ para agregar histéresis, 
dando estabilidad a la salida del comparador.  
Por último, el resultado de la comparación es procesado por el microcontrolador 
PIC 12C508, el cuál detiene el conteo del temporizador cuando ésta señal llega. 
Funcionamiento 
1241
Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual      5 
Tal y como se muestra en el diagrama de tiempos de la figura 45, el funcionamiento 
es descrito, por parte del usuario y por medio del microcontrolador PIC 18F4550, un 
pulso de disparo o “trigger” de 2 microsegundos que inicia la secuencia. Por medio 
del transductor Tx se transmite un tren de pulsos o “burst” (ráfaga) de 200 
microsegundos a 40KHz. En ese momento, el microcontrolador PIC18F4550 debe 
cambiar su condición de salida a entrada para esperar por el mismo pin la señal de 
“eco”, por lo tanto en este momento se envía al PIC 18F4550 un “1” lógico. Cuando 
la cápsula receptora recibe la señal transmitida como consecuencia de haber rebotado 
en un objeto (eco), se envía al PIC18F4550  de nuevo un “0” lógico. En este 
microcontrolador se realiza la medición de la duración del pulso de ésta señal, es 
decir, el tiempo en que la señal recibida anteriormente se mantiene a “1” [2].  
Con objeto de que el sensor se estabilice, se deja un pequeño intervalo de tiempo 
de 10ms como mínimo entre el momento en que la señal de eco pasa a “0” y un nuevo 
pulso de disparo que inicie el siguiente ciclo o nueva medida. 
 
 
Figura 4. Diagrama de tiempos del funcionamiento del sensor ultrasónico. Fuente: 
www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PING-v1.3.pdf 
Como muestra el gráfico, existen 2 límites de tiempo: el tiempo mínimo de 115 
microsegundos, es el fijado por el software y corresponde a la medida de 3 cm 
aproximadamente, puesto que medidas por debajo de los 3 cm provocan una serie de 
errores derivados del acoplamiento entre las propias cápsulas emisor-receptor del 
módulo, por lo que es muy difícil distinguir si la señal recibida es consecuencia de 
dicho acoplamiento o del eco recibido [3].  
Por otra parte el tiempo máximo es de 18.5 milisegundos, el cual corresponde a 
una distancia aproximada de 3 m. Este límite también impuesto por el programa + 10 
milisegundos de resguardo, es el tiempo que se debe esperar para que el PIC18F4550 
conmute nuevamente su pin a entrada para generar un nuevo disparo de activación de 
secuencia.  
1242
6      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda 
Para mayores distancias nos podemos encontrar con problemas derivados de la 
dispersión del haz ultrasónico o de múltiples rebotes que pudieran generarse. 
 
Funcionamiento PIC 18F4550 
El programa que corre en el PIC, comienza con la generación y envió del pulso de 
disparo de inicio de secuencia de 10 microsegundos de ancho a través del pin 20, para 
que se genere el burst. Inmediatamente el pin 20 conmuta su configuración 
convirtiéndose en entrada y se prepara para recibir el pulso de eco, cuyo ancho varía 
dependiendo de la distancia en la que se encuentre el objeto. Durante ese tiempo se 
activa un temporizador interno (timer), que lleva el conteo de la duración del pulso de 
eco. A continuación esta cuenta es almacenada por el PIC, donde se produce la 
multiplicación por factores de escala con el fin de llevar esa medición a centímetros. 
Luego este dato es mostrado en el display LCD.  
Por último el programa retorna a la rutina de generación del disparo para iniciar 
una nueva secuencia de medición produciendo un bucle constante.  
A continuación se muestra una simulación del dispositivo electrónico en el 
software ISIS Proteus que nos permite no solo plasmar nuestro diseño, si no cargar el 
programa en el PIC y simular su funcionamiento. 
 
 
Figura 5. Simulación, lectura de distancia en display LCD. 
 
 
Montaje en placa experimental 
Como se observa en la figura 5, la simulación de la funcionalidad principal del 
dispositivo electrónico, calcular la distancia entre el usuario y el objeto, trabaja de 
forma correcta entonces plasmamos nuestro diseño en una placa de prueba obteniendo 
un resultado físico del mismo.  Esto se puede apreciar en la figura 6. 
 
1243
Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual      7 
 
Figura  6. Imagen del prototipo. 
Construcción del dispositivo segmento para la comunicación 
Lograda la función principal del distanciómetro, adaptaremos el módulo Bluetooth 
RN-42  al prototipo para establecer la comunicación inalámbrica con la aplicación. 
Este es un módulo de clase 2 que permite la comunicación inalámbrica por enlace 
bluetooth con un alcance de hasta 20 mts posee un protocolo de saltos de frecuencia 
que le permite actuar en ambientes con interferencias, un protocolo de control de 
errores para la comunicación por bits de paridad y para la transferencia de datos 
utiliza la conmutación de paquetes y circuitos. 
En la figura 7 se puede ver el dispositivo electrónico terminado montado en una 
placa fija.   
 
Figura 7. Dispositivo en placa fija. 
1244
8      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda 
2.2. Comunicación entre el dispositivo y la aplicación  
En este apartado se describirán las librerías utilizadas, tanto a nivel software como 
firmware para realizar la comunicación entre el dispositivo electrónico denominado 
distanciómetro y la aplicación. 
Por parte del dispositivo electrónico se utilizaron librerías para la comunicación 
serial asincrónica ya que el modulo bluetooth RN-42 se conecta por los pines del PIC 
de comunicación serial y actúa como un adaptador para la transmisión por aire. 
Por parte de la aplicación se implementaron las librería que proporciona el api de 
google para comunicación bluetooth con android que disponen un conjunto de clases 
numerosas que permite manejar los recursos para llevar a cabo un enlace bluetooth 
con el dispositivo móvil. [5,15].  
2.3. Desarrollo de la aplicación 
La aplicación trabaja con la información recibida del Distanciometro; por lo tanto 
cuando éste  inicia se debe conectar con el mismo. El distanciómetro  a través del 
modulo bluetooth RN 42 le envía el dato de la distancia que se encuentra el mismo 
ante un objeto, el programa que corre en el dispositivo móvil recibe el dato por en el 
enlace bluetooth que establece con el distanciometro y analiza este valor, emitiendo 
un sonido o una vibración, indicándole al usuario en la situación que se encuentra 
para que decida como actuara respecto a la misma. 
Para esto se contemplaron 3 posibles casos: 
• Sonido 1 o vibración 1: esta situación se dispara cuando el valor de la 
distancia  recibida entre el distanciómetro y el objeto no representa peligro 
alguno para el mismo.  
• Sonido 2 o vibración 2: esta situación se dispara cuando el valor de la 
distancia  mencionada representa un cierto grado de peligro para el 
mismo. 
• Sonido 3 o vibración 3: esta situación se dispara cuando el valor de la 
distancia mencionada representa peligro para el mismo. 
El programa realiza esta acción cada un segundo mientras el usuario no se 
desconecte del dispositivo o cierre la aplicación, esto se lleva a cabo  mediante un 
timer.  
La aplicación permite la configuración de los parámetros de distancia que se 
ajustarán a los casos de decisión posible adaptándose a las necesidades de cada 
usuario a la hora de transportarse. 
En cuanto al desarrollo de la aplicación, se siguió un método orientado a objetos. 
En la figura 8 se presenta un diagrama de las clases relevantes que intervienen en el 
sistema, que definen el contexto del mismo. En la figura 9 se presenta un diagrama de 
secuencia que demuestra la forma que interactúan los procesos y los actores que 
intervienen en el sistema.  
En la figura 10 se muestran la interfaces del sistema, que consta de 3 pantallas 
sencillas e intuitivas.  
 
1245
Sistema Guía para Personas con Deficiencia Visual      9 
 
Figura 8. Diagrama de clases del sistema. 
 
 
Figura 9. Diagrama de interacción. 
La primera pantalla de la figura 10, es la de inicio del sistema que está dispuesta 
por un menú, “Comenzar”  nos envía al sistema de guía con valores predeterminados, 
“Configuración” nos permite configurar los parámetros de distancia y alertas con el 
que correrá el sistema de guía y “Salir” permitirá cerrar la aplicación y liberar 
recursos del dispositivo móvil. La Segunda pantalla es la de Configuración del 
sistema acá se puede configurar los valores de distancia que se adaptaran de acuerdo a 
la necesidades del usuario es decir a sus patrones de movimiento. La tercera pantalla 
es la Principal dispone un sistema de guía intuitivo, compara los valores que son 
enviados por el distanciometro con los que configuro al usuario y emite un sonido o 
vibración que indica al usuario la situación en que se encuentra.  
 
1246
10      Pablo Richard, Daniel Richard, Marcos Aranda 
Figura 10. Pantallas de inicio, de configuración y de uso del sistema. 
3. Conclusiones  
Se concluye que, con la utilización de nuevas tecnologías y la evolución de la 
computación, se obtuvieron los recursos necesarios para desarrollar una aplicación 
para dispositivos móviles con sistema operativo Android y construir un dispositivo 
electrónico seguro y robusto, que actuando en forma conjunta conforman un sistema 
de guía que resuelve la problemática de poder transportarse de forma independiente y 
segura que padecen las personas con deficiencia visual. 
El diseño del sistema no solo cumple con los objetivos del proyecto si no también 
brinda una solución simple, ya que los dispositivos móviles son un elemento común 
en la vida cotidiana de cualquier persona, además este diseño le permite al sistema 
crecer potencialmente teniendo en cuenta todas las funcionalidades que proporciona 
un dispositivo móvil. De esta manera, se podrá satisfacer otras demandas o 
necesidades del usuario a futuro.  
4. Referencias 
1. Angulo J., Microcontroladores PIC: Diseño Práctico de Aplicaciones. 3ª Ed. 
Madrid -España: McGray-Hill, (2003). 
2. Corrales  S., Electronica Práctica con Microcontroladores PIC. Quito-Ecuador: 
Imprenta Grafica, (2006). 
3. Daniel Benchimol, Microcontroladores. Buenos Aires: Fox Andina, (2011). 
4. Donn Felker y Joshua Dobbs (2011), Android application development for 
dummies. Indiana: Wiley Publishing, Inc. 
1247


Spanish

El Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/31718/Documento_completo.pdf?sequence=1

Sistema guía para personas con deficiencia visual

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

SEDICI - Repositorio de la UNLP

El Servicio de Difusión de la Creación Intelectual