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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE SEMÁFORO
CONTROLADO INALÁMBRICAMENTE Y CON SISTEMA DE ENERGÍA
EMERGENTE PARA EL CONTROL DEL TRÁNSITO VEHICULAR EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL.”
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTOR (ES):
DANNY JOSE REYES JARRÍN JESSENIA KATHERINE SÁNCHEZ SÁNCHEZ
TUTOR:
ING. ANGELO IVAN VERA RIVERA M.Sc.
GUAYAQUIL, SEPTIEMBRE DEL 2019
ii
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TÍTULO “Diseño e implementación un prototipo de semáforo controlado inalámbricamente
y con sistema de energía emergente para el control del tránsito vehicular en la ciudad de
Guayaquil.”
REVISOR: Ing. Christian Picón, MSc.
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas
CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2019 N° DE PÁGS.: 146
ÁREA TEMÁTICA: Networking Telecomunicaciones
PALABRAS CLAVES: Arduino, Smartphone, Bluetooth, Aplicación Móvil y HC-05.
RESUMEN: Este proyecto de titulación se basa en el diseño de un prototipo de sistema
de semaforización digital basado en Arduino UNO y controlado por medio de una aplicación
móvil bluetooth instalada en Smartphone, para aumentar la fluidez de los medios de
transporte que circulan en la ciudad de Guayaquil. La aplicación móvil cumple con la función
de sincronizarse con el prototipo para la toma de control de las funciones del semáforo como
el cambio de luces en periodos de tiempos programados. El prototipo cuenta con un sensor
ultrasónico que detecta el movimiento y cambia automáticamente, módulo bluetooth
maestro-esclavo HC-05 para la interconexión con el dispositivo móvil, un Arduino UNO que
tiene programada las funciones del semáforo y estas son ejecutadas mediante la aplicación
móvil y el sistema de consola que es un adictivo al proyecto.
N° DE REGISTRO (en base de datos): N° DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTO PDF SI X NO
CONTACTO CON AUTOR: Teléfono:
0999489656 0986544050
E-mail: [email protected] [email protected]
CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN Nombre: Secretaría de la Carrera CINT
Teléfono: 042307729
iii
CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN UN PROTOTIPO DE SEMÁFORO CONTROLADO
INALÁMBRICAMENTE Y CON SISTEMA DE ENERGÍA EMERGENTE
PARA EL CONTROL DEL TRÁNSITO VEHICULAR EN LA CIUDAD DE
GUAYAQUIL.” elaborado por los señores: REYES JARRÍN DANNY JOSE
y SÁNCHEZ SÁNCHEZ JESSENIA KATHERINE, alumnos no titulados de
la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la
Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de
Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Networking y
Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado,
estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.
Atentamente
ING. ANGELO IVAN VERA RIVERA M.Sc.
TUTOR
iv
DEDICATORIA
Este proyecto se lo dedico a Dios, por
permitirme llegar hasta este punto y haberme
dado salud para lograr mis objetivos; por darme
fuerza ante muchas adversidades, paciencia,
serenidad y sabiduría.
A mi abuelita y madre por ser el motor de mi
vida, por darme su apoyo incondicional, por sus
consejos, sus valores, y por la motivación
constante que me ha permitido ser una
persona de bien.
Danny Jose Reyes Jarrín
v
AGRADECIMIENTO
Doy gracias a Dios, a mi abuelita, mamá y tías
que siempre me motivaron dándome el apoyo
incondicional en los momentos más angustiosos
y felices. A mi tutor que fue mi guía en este
arduo camino, motivándome con sus
experiencias y herramientas del saber.
Danny Jose Reyes Jarrín
vi
DEDICATORIA
Este proyecto es dedicado a Dios, por
permitirnos llegar hasta este punto por darnos
salud, fuerza, paciencia, serenidad y sabiduría.
para lograr nuestros objetivos; ante muchas
adversidades,
A nuestras familias por ser el motor de vida, por
la motivación constante que hoy nos permite
ser personas de bien
Jessenia Katherine Sánchez Sánchez
vii
AGRADECIMIENTO
Damos g r a c i a s a Dios, a nuestra familia que
siempre nos motivaron dándonos apoyo
incondicional en los momentos más angustiosos
y felices. A nuestro tutor que fue una guía en
este arduo camino, motivándonos con sus
experiencias y herramientas del saber.
Jessenia Katherine Sánchez Sánchez
viii
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Fausto Cabrera Montes, M.Sc.
DECANO DE LA FACULTAD CIENCIAS MATEMÁTICAS Y
FÍSICAS
Ing. Abel Alarcón Salvatierra, Mgs
DIRECTOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Ing. Christian Picón M.Sc PROFESOR REVISOR DEL
PROYECTO TRIBUNAL
Ing. Ronald Barriga M.Sc PROFESOR DEL ÁREA TRIBUNAL
Ing. Ángelo Iván Vera Rivera M.Sc.
PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO DE TITULACION
Ab. Juan Chávez Atocha, Esp. SECRETARIO (E) DE LA FACULTAD
ix
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este Proyecto de Titulación, me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”
REYES JARRÍN DANNY JOSE
C.I. 0951635051
SÁNCHEZ SÁNCHEZ JESSENIA KATHERINE
C.I. 0993309700
x
.
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE SEMÁFORO
CONTROLADO INALÁMBRICAMENTE Y CON SISTEMA DE ENERGÍA
EMERGENTE PARA EL CONTROL DEL TRÁNSITO VEHICULAR EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL.
Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título de
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTORES:
REYES JARRÍN DANNY JOSE C.I.: 0951635051 SÁNCHEZ SÁNCHEZ JESSENIA KATHERINE C.I.: 0993309700
Tutor: ING. ANGELO IVAN VERA RIVERA M.Sc.
GUAYAQUIL, SEPTIEMBRE DEL 2019
xi
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el
Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la
Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los estudiantes
REYES JARRÍN DANNY JOSE y SÁNCHEZ SÁNCHEZ JESSENIA
KATHERINE, como requisito previo para optar por el título de Ingeniero
en Networking y Telecomunicaciones cuyo tema es:
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE SEMÁFORO
CONTROLADO INALÁMBRICAMENTE Y CON SISTEMA DE ENERGÍA
EMERGENTE PARA EL CONTROL DEL TRÁNSITO VEHICULAR EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL.”
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
REYES JARRÍN DANNY JOSE C.I.: 0951635051 SÁNCHEZ SÁNCHEZ JESSENIA KATHERINE C.I.: 0993309700
Tutor: ING. ANGELO IVAN VERA RIVERA M.Sc.
GUAYAQUIL, SEPTIEMBRE DEL 2019
xii
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital
1. Identificación del Proyecto de Titulación Nombre Alumno: REYES JARRIN DANNY JOSE
DIRECCIÓN: ECUADOR, GUAYAQUIL, CIUDADELA BELLAVISTA
TELÉFONO: 0999489656 E-MAIL: [email protected]
Nombre Alumno: SÁNCHEZ SÁNCHEZ JESSENIA KATHERINE
DIRECCIÓN: ECUADOR, GUAYAQUIL, COOP. JUAN MONTALVO
TELÉFONO: 0986544050 E-MAIL: [email protected]
Facultad: Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
Título al que opta: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
Profesor tutor: Ing. Ángelo Iván Vera Rivera, M.Sc
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de
Titulación
A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de
Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la
versión electrónica de este Proyecto de titulación.
Título del Proyecto de titulación: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN UN
PROTOTIPO DE SEMÁFORO CONTROLADO INALÁMBRICAMENTE Y CON
SISTEMA DE ENERGÍA EMERGENTE PARA EL CONTROL DEL TRÁNSITO
VEHICULAR EN LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.
Tema del Proyecto de Titulación: RFID, WSN, Sensores,
Semaforización Inteligente y Sistemas de Información.
xiii
Publicación electrónica:
Inmediata X Después de 1 año
Firma Alumno:
3. Forma de envío: El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y. Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVDROM CDROM X
xiv
INDICE GENERAL
Contenido
CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................... iii
DEDICATORIA .......................................................................................... iv
DEDICATORIA .......................................................................................... vi
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN .............................................. viii
DECLARACIÓN EXPRESA ....................................................................... ix
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ....................................... xi
ABREVIATURAS ..................................................................................... xvi
ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................. xviii
ÍNDICE DE GRÁFICOS ........................................................................... xix
INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 2
CAPÍTULO I ............................................................................................... 4
EL PROBLEMA ....................................................................... 4
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................... 4
SITUACIÓN DE NUDOS CRÍTICOS ........................................ 6
CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA ................. 7
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN .................................. 10
OBJETIVO GENERAL ........................................................ 10
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................... 10
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ...................................... 11
CAPÍTULO II ............................................................................................ 14
MARCO TEÓRICO ................................................................. 14
ANTECEDENTES DE ESTUDIO ........................................... 14
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ............................................ 16
sensor ultrasónico .................................................................................... 36
FUNDAMENTACIÓN LEGAL ................................................ 38
DEFINICIONES CONCEPTUALES ....................................... 44
CAPÍTULO III ........................................................................................... 45
xv
PROPUESTA TECNOLÓGICA .............................................. 45
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ............................................... 46
FACTIBILIDAD OPERACIONAL ........................................... 47
FACTIBILIDAD TÉCNICA...................................................... 47
FACTIBILIDAD ECONÓMICA ............................................... 48
FACTIBILIDAD LEGAL ......................................................... 49
ETAPAS DE METODOLOGÍA DEL PROYECTO .................. 50
ENTREGABLES DEL PROYECTO ....................................... 64
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA ............ 65
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS ........................................... 65
CAPÍTULO IV ........................................................................................... 70
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL PRODUCTO O SERVICIO .............................................................................. 70
CONCLUSIONES ................................................................... 71
RECOMENDACIONES .......................................................... 72
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 73
xvi
ABREVIATURAS
WSN: Redes de Sensores Inalámbricos. RFID: Identificación por Radio Frecuencia. SI: Sistemas de Información. TAG: Etiquetas de identificación por radio frecuencia. LED: Diodo Emisor de Luz. UG: Universidad de Guayaquil. APK: Paquete de Aplicación Android. ATM: Agentes de Tránsito Municipal. CTE: Comisión de Tránsito del Ecuador. PIC: Controlador de interfaz periférico RFID: Identificación por radiofrecuencia GSM: Sistema global para las comunicaciones móviles.
xvii
SIMBOLOGÍA
º: Grados
C: Centígrados
V: Vatios
M: Metros
xviii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Causas y Consecuencias del Problema.................................................. 7
Tabla 2 Delimitación del Problema ...................................................................... 8
Tabla 3 Puntos Importantes de una red WSN ................................................... 29
Tabla 4 Características del ZIGBEE .................................................................. 29
Tabla 7 Recursos Técnicos Económicos ........................................................... 49
Tabla 8 Criterios de Validación de la Propuesta ................................................ 65
Tabla 9 Pregunta 1 ............................................................................................ 66
Tabla 10 Pregunta 2 .......................................................................................... 67
Tabla 11 Pregunta 3 .......................................................................................... 68
Tabla 12 Pregunta 4 .......................................................................................... 69
Tabla 13 Matriz de Aceptación del Producto ..................................................... 70
xix
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Ranking de congestionamiento de ciudades de América del Sur. ........ 5 Gráfico 2 Diagrama Causa-Efecto de la Problemática. ....................................... 7 Gráfico 3 Fases de la metodología ITIL ............................................................ 12 Gráfico 4 Sistemas Inteligentes ........................................................................ 17 Gráfico 5 Semáforo ........................................................................................... 18 Gráfico 6 Clasificación de los semáforos .......................................................... 20 Gráfico 7 Semáforos Inteligentes ...................................................................... 21 Gráfico 8 Semaforización Inteligente a través de RFID ..................................... 23 Gráfico 9 Semaforización por WSN .................................................................. 24 Gráfico 10 Sistema de radio frecuencia RFID ................................................... 26 Gráfico 11 Etiquetas RFID ................................................................................ 28 Gráfico 12 Redes de Sensores Inalámbricos .................................................... 30 Gráfico 13 Radiación Solar ............................................................................... 31 Gráfico 14 Arduino UNO ................................................................................... 33 Gráfico 15 Arduino UNO ................................................................................... 34 Gráfico 16 Característica de placa Arduino UNO .............................................. 34 Gráfico 17 Componentes Físicos del led .......................................................... 35 Gráfico 18 Distancia marcada por sensor ......................................................... 36 Gráfico 19 Sensor Ultrasónico .......................................................................... 36 Gráfico 20 SeLogo APP INVENTOR ................................................................. 37 Gráfico 21 Logo Proteus Design Suite .............................................................. 37 Gráfico 22 Prototipo de Semaforización digital ................................................. 46 Gráfico 23 Diseño en bloques de semaforización ............................................. 50 Gráfico 24 Microcontrolador Atmega328. .......................................................... 51 Gráfico 25 Sensor ultrasónico hc-sr04. ............................................................. 52 Gráfico 26 M1 el semáforo se pondrá en modo automático. ............................. 53 Gráfico 27 Modo automático Proteus. ............................................................... 53 Gráfico 28 M2 el semáforo se pondrá en modo amarillo parpadeante. ............ 54 Gráfico 29 Modo parpadeante Proteus. ........................................................... 54 Gráfico 30 M3 lo ponemos en modo manual. .................................................... 55 Gráfico 31 Modo selección Proteus. ................................................................ 55 Gráfico 32 V1 hará un cambio rápido de cada semáforo. ................................ 56 Gráfico 33 V2 volverá a cambiar a la velocidad normal de cambio del semáforo. .......................................................................................................................... 56 Gráfico 34 V3 se volverá muy lento el semáforo. .............................................. 56 Gráfico 35 Modulo Bluetooth............................................................................. 57 Gráfico 36 Diseño de la pantalla de semaforización ......................................... 57 Gráfico 37 Programación del módulo Android ................................................... 58 Gráfico 38 Programación del módulo bluetooth Android ................................... 58 Gráfico 39 Llamada al módulo bluetooth Android.............................................. 58 Gráfico 40 Colores del semáforo ...................................................................... 59 Gráfico 41 Construcción del Cargador de Batería ............................................. 60 Gráfico 42 Panel solar implementado en nuestro prototipo. .............................. 61 Gráfico 43 Diseño del Circuito con panel solar. ................................................ 61 Gráfico 44 Prueba de comandos. ..................................................................... 62 Gráfico 45 Prueba de APK desde mi móvil Samsung J7 ................................... 62 Gráfico 46 Autenticación al ingresar a la aplicación para conectarse al bluetooth
xx
.......................................................................................................................... 63 Gráfico 47 Control del semáforo por medio de aplicación. ................................ 63 Gráfico 48 Porcentaje de Respuesta de la pregunta 1. ..................................... 66 Gráfico 49 Porcentaje de Respuesta de la pregunta 2. ..................................... 67 Gráfico 50 Porcentaje de Respuesta de la pregunta 3. ..................................... 68 Gráfico 51 Porcentaje de Respuesta de la pregunta 4. ..................................... 69 Gráfico 52 Código. ............................................................................................ 76 Gráfico 53 Menú App Inventor. ......................................................................... 87 Gráfico 54 Arquitectura de aplicación en App Inventor...................................... 87 Gráfico 55 Creación del APK. ........................................................................... 88 Gráfico 56 Creación de la aplicación Bluetooth. ................................................ 89 Gráfico 57 Programación en bloques, función Bluetooth. .................................. 89 Gráfico 58 Programación en bloques, funciones y colores. ............................... 90 Gráfico 59 Icono de la aplicación Bluetooth. ..................................................... 90 Gráfico 60 Encuesta en Google Form. .............................................................. 92 Gráfico 61 Logo de la aplicación TRAFFIC LIGHT. ........................................... 94 Gráfico 62 Aplicación TRAFFIC LIGHT en smartphone. ................................... 95 Gráfico 63 Icono TRAFFIC LIGHT. ................................................................... 96 Gráfico 64 Icono TRAFFIC LIGHT desde el smartphone. ................................. 96 Gráfico 65 Sistema de Semáforo digital con tres funcionalidades. ........................... 98 Gráfico 66 Sistema de energía emergente. ....................................................... 99 Gráfico 67 Maqueta armada. .......................................................................... 101 Gráfico 68 Construcción de semáforos. .......................................................... 101 Gráfico 69 Montaje de semáforos con leds. .................................................... 102 Gráfico 70 Modulo Bluetooth........................................................................... 102 Gráfico 71 Implementación de los semáforos en las calles. ............................ 103 Gráfico 72 Implementación del sensor en el semáforo. ................................... 103 Gráfico 73 Placa de Arduino. .......................................................................... 104 Gráfico 74 Conectando panel solar al Arduino. ............................................... 104 Gráfico 75 Prueba de semáforo en la maqueta. .............................................. 105 Gráfico 76 Tarjeta del semáforo. ..................................................................... 107 Gráfico 77 Tarjeta impresa junto al papel, lista para planchar. ........................ 108 Gráfico 78 Tarjeta impresa. ............................................................................ 108 Gráfico 79 Arduino UNO. ................................................................................ 110 Gráfico 80 Módulo Bluetooth........................................................................... 112 Gráfico 81 Sensor HC-SR04. .......................................................................... 114 Gráfico 82 Panel Solar. ................................................................................... 117 Gráfico 83 Led. ............................................................................................... 118 Gráfico 84 Autenticación de APK. ................................................................ 121 Gráfico 85 Sensor. .......................................................................................... 122 Gráfico 86 Panel Solar. ................................................................................... 123
xxi
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO E IMPLEMENTACION UN PROTOTIPO DE SEMÁFORO
CONTROLADO INALÁMBRICAMENTE Y CON SISTEMA DE ENERGÍA
EMERGENTE PARA EL CONTROL DEL TRÁNSITO VEHICULAR EN
LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.”
AUTOR (ES): DANNY JOSE REYES JARRÍN
JESSENIA KATHERINE SÁNCHEZ SÁNCHEZ
TUTOR: ING. ANGELO IVAN VERA RIVERA M.Sc.
Resumen
Este proyecto de titulación tiene como objetivo diseñar un prototipo de sistema de
semaforización digital basado en Arduino UNO y controlado por medio de una
aplicación móvil bluetooth instalada en Smartphone. El prototipo intenta ayudar en
la fluidez de los medios de transporte que circulan en la ciudad de Guayaquil. La
aplicación móvil cumple con la función de sincronizarse con el prototipo para la
toma de control de las funciones del semáforo como el cambio de luces en
periodos de tiempos programados. El prototipo cuenta con un sensor ultrasónico
que detectará la presencia del vehículo en intersecciones, módulo bluetooth
maestro-esclavo HC-06 para la interconexión con el dispositivo móvil, un Arduino
UNO que tiene programada las funciones del semáforo y estas son ejecutadas
mediante la aplicación móvil y el sistema de consola que es un adictivo al proyecto.
Palabras claves: Arduino, Smartphone, Bluetooth, Aplicación Móvil y HC-06
xxii
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
"DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A WIRELESS CONTROLLED
AND EMERGING ENERGY SYSTEM FOR THE CONTROL OF VEHICLE
TRAFFIC IN THE CITY OF GUAYAQUIL".
AUTOR (ES):
DANNY JOSE REYES JARRÍN JESSENIA KATHERINE SÁNCHEZ SÁNCHEZ
TUTOR: ING. ANGELO IVAN VERA RIVERA M.Sc.
Abstract
This titration project aims to design a prototype digital semaphore system based
on Arduino UNO and controlled by means of a mobile bluetooth application
installed on Smartphone. The prototype tries to help in the fluidity of the means of
transport that circulate in the city of Guayaquil. The mobile application fulfills the
function of synchronizing with the prototype for taking control of the traffic light
functions such as changing lights in periods of programmed times. The prototype
has an ultrasonic sensor that detects the presence of the vehicle at intersections,
bluetooth module master-slave HC-06 for interconnection with the mobile device,
an Arduino UNO that has programmed the traffic light functions and these are
executed by the mobile application and the console system that is an addictive to
the project.
Keywords: Arduino, Smartphone, Bluetooth, Mobile Application and HC-06
2
INTRODUCCIÓN
Con el transcurso del tiempo el desarrollo de nuevas tecnologías de la información
y comunicación han contribuido con la sociedad donde los usuarios pueden
ejecutar tareas como: envío de archivos multimedia, transacciones en línea,
consulta de datos y demás. Volviéndose más eficientes, productivos y cumpliendo
con todas las tareas en un menor tiempo.
La programación de aplicaciones que permiten tomar el control de los sistemas de
información ha producido un ahorro tiempo y recursos en la mayoría de las
organizaciones que utilizan la tecnología informática para el desarrollo de sus
actividades. Donde los usuarios pueden tener acceso a los diferentes servicios de
una forma remota sin la necesidad de estar presentes físicamente en el entorno.
(NavarraES, 2015) Afirma que “En la mayor cantidad de casos desde un
dispositivo móvil Android o IOS las personas pueden tener control de los diferentes
servicios tecnológicos mediante la red inalámbrica generando movilidad y
flexibilidad en la ejecución de tareas.”
Los sistemas de semaforización digital son de gran ayuda para la sociedad debido
a que pueden ser controlados por medio de aplicaciones móviles y sistemas
remotos. Con el objetivo de aumentar la fluidez de los medios de transporte
disminuyendo el congestionamiento vehicular.
A continuación, se detalla el contenido de cada capítulo del proyecto de titulación
a desarrollar.
• Capítulo I: En este primer capítulo se detalla la problemática sobre el
embotellamiento vehicular con sus respectivos fundamentos y resultados,
situación de nudo decisivo, además se detallan los objetivos y seguimiento
del proyecto.
• Capitulo II: En este segundo capítulo se detallan los antecedentes de
estudio, fundamentación teórica, fundamentación legal, hipótesis o
3
pregunta científica a contestarse y definiciones conceptuales.
• Capítulo III: En este capítulo se describe el sistema digital que se aplica
en la placa, sus componentes que acompañan a la funcionalidad del
semáforo, consola, bluetooth, sensor, detallamos cada funcionalidad y
expresamos los recursos técnicos, operacionales, económicos, legales. En
las etapas de metodología del proyecto se anexan el diseño del circuito en
bloques, los modos vía consola, la implementación del sensor,
programación de la aplicación móvil, implantación del panel solar y el
diseño del circuito digital. Culminando con los entregables del proyecto y
criterios de validación de la propuesta.
• Capítulo IV: Se elabora una matriz de aceptación del producto verificando
el cumplimiento de los objetivos y alcances del proyecto de titulación.
4
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Ubicación del Problema en un Contexto
Los semáforos que encontramos instalados en la ciudad de Guayaquil para controlar el
tráfico de medios de transporte, se encuentran en estado averiado por la cual se reflejan
los siguientes puntos críticos:
• Luces parpadeantes de forma constantes.
• Estado apagado periódicamente.
• Luces totalmente dañadas.
• La luz roja en ciertos semáforos se mantiene encendida por largo tiempo.
• La luz verde en ciertos semáforos cambia de forma rápida a rojo.
Esto revela que no existe un mantenimiento preventivo, correctivo de semáforos.
Provocando a la vez accidentes de tránsito, congestionamiento vehicular, irrespeto en las
leyes de tránsito, entre otros. Para este problema se propone un sistema de
semaforización Digital basado en Arduino. Controlado por medio de una aplicación móvil
Android que se conecta mediante el bluetooth del Smartphone, a través de un sistema de
consola.
A partir de que la Muy Ilustre Municipalidad de Guayaquil implementó ATM (Agencia de
Tránsito Municipal), los nuevos vigilantes tienen el desafío de poder dirigir, disminuir
tráfico logrando el flujo de vehículos de forma inmediata. “El congestionamiento vehicular
es un gran impacto que aqueja a toda la ciudad.” (Piña, 2017)
Los conductores de medios de transporte público detallan que el caos vehicular ha ido en
aumento en la ciudad, la hora pico se extiende durante todo el día. “La ATM señala que
un total de 200 autos son paralizados en hora pico, lo mismo sucede con los buses que
se encuentran estancados en una intersección, generando que el tráfico se genere en las
intersecciones de las avenidas.” (Piña, 2017)
5
(UNIVERSO, 2018) afirma que “actualmente en la ciudad de Guayaquil conductores
indican que desde la mañana empieza el tráfico en avenidas altamente transitadas.”
“Ellos mencionan que alrededor de 45 minutos se pierde en la espera, en algunos casos
indican que el tráfico invade desde el sur la Av. Domingo Comín hasta el norte la AV.
Benjamín Carrión. Provocando que en horas pico se pierda más de media hora detrás del
volante.” (Piña, 2017)
“Génesis Zuñiga-Jean Carlos 2017 afirman que, esto es generado por la inoperatividad
de los semáforos que por la falta de mantenimiento han presentado fallas.” (Piña, 2017)
“Actualmente, en muchos países incluido Ecuador los semáforos aún son sistemas
temporizados que pasan de un estado a otro siguiendo un patrón de secuencia fija.” (Piña,
2017)
Este tipo de configuración carece de una función computacional que permite toma de
decisiones. Esto representa una gran desventaja durante las horas pico en importantes
arterias viales. Además, los cambios se realizan en tiempos no adaptados a las
condiciones de tráfico. (Piña, 2017)
“Según un estudio por la Consultora Internacional Inrix en el año 2015, la ciudad de
Guayaquil se encuentra ubicada en el puesto 21 de las ciudades con más congestión
vehicular de la región.” (expreso, 2018)
El estudio menciona, que el número de horas de espera es 33.2 con un 12 % de
congestión al día. Esto a diferencia de la ciudad de Bogotá, la cual ocupa el primer lugar
de América del Sur, con un tiempo de espera de 79.8 y con un 33% de congestión diaria.
(Piña, 2017)
Gráfico 1 Ranking de congestionamiento de ciudades de América del Sur.
Fuente: Inrix Global Traffic Scorecard
Autor: Inrix Global Traffic Scorecard
6
SITUACIÓN DE NUDOS CRÍTICOS
La problemática sobre congestionamiento vehicular se induce debido a que en algunos
sectores de la ciudad de Guayaquil los semáforos se encuentran en estado de deterioro.
Ocasionando un caos vehicular especialmente en horarios vespertinos, nocturnos donde
usuarios terminan su jornada laboral. También la no inversión de semáforos que se
manipulan mediante una red inalámbrica ha producido que se siga operando con
semáforos temporizados, en ciertos aspectos se han incrementado costos de
mantenimiento de estos.
En el problema se menciona que los semáforos que actúan con tecnología obsoleta han
presentado ineficiencias en sincronización. Debido a la falta de un excelente
mantenimiento, el irrespeto a las leyes de tránsito, han inducido que se genere este tipo
de suceso de forma periódica en la ciudad de Guayaquil.
Otro problema que se manifiesta es la movilidad vial en el sistema de transporte público
masivo de la ciudad de Guayaquil se ha visto afectada por las vías en construcción.
Debido a pobres análisis, proyecciones en infraestructura vial, ausencia de cultura
ciudadana, incremento exponencial en la presencia de automóviles en la ciudad.
Complementado con sistema de semaforización deficiente con que cuenta la ciudad ha
dificultado que articulados cumplan tiempos estimados esto genera embotellamientos de
medios de transportes en las avenidas o calles.
7
Gráfico 2 Diagrama Causa-Efecto de la Problemática.
Fuente: (Piña, 2017)
Autor: Piña Jean Carlos, Zúñiga Génesis
CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA
A continuación, en la siguiente tabla detallamos las causas y consecuencias:
Tabla 1 Causas y Consecuencias del Problema
Causas Consecuencias
Aumento de vía de
construcción en la ciudad de
Guayaquil.
Congestionamiento vehicular en la ciudad de
Guayaquil.
Sistemas de semaforización
obsoletos
Provoca bloqueo del flujo de vehículos en la ciudad de
Guayaquil.
Falta de un sistema de
semaforización inalámbrico.
Produce embotellamiento vehicular debido a que los
semáforos no se encuentran operativos y que exista a
su vez accidentes de tránsito.
Semáforos temporizados en
la ciudad de Guayaquil
Provoca el congestionamiento masivo de las vías en
horas picos.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
8
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
Tabla 2 Delimitación del Problema Área Redes y Telecomunicaciones
Campo Sistemas Digitales
Aspecto Semáforos Inteligentes
Tema
Diseñar e implementar un prototipo de semáforo controlado
inalámbricamente y con sistema de energía emergente para el control del
tránsito vehicular en la ciudad de Guayaquil.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1. ¿Considera usted que con la implementación de un sistema de
semaforización inalámbrico se podrá disminuir el congestionamiento
vehicular en alguna parte de la ciudad de Guayaquil?
EVALUCACIÓN DEL PROBLEMA
Delimitado: El proyecto de titulación a desarrollar se encamina específicamente en un
sistema de semaforización digital implementando una solución óptima que permita
atenuar tráfico en la ciudad de Guayaquil. Actualmente se cuenta con semáforos
temporizados que cambian de estado cada cierto tiempo lo que resulta ser una tecnología
obsoleta. Al no tener mantenimientos preventivos, correctivos estos producen fallas con
el transcurso del tiempo origina a su vez congestión vehicular. Por estos inconvenientes
se desarrollará un prototipo de semáforos digitales controlados manualmente mediante
redes inalámbricas personales (Bluetooth).
Claro: El desarrollo de este prototipo busca principalmente revelar factibilidad sobre la
ejecución de un sistema de semaforización digital que permita disminuir
congestionamiento vehicular. Considerando puntos críticos como accidentes de tránsito,
aglomeración vehicular, fluido de vehículos escaso entre otros. Agregar elementos al
semáforo común es de gran ayuda para solventar los problemas mencionados en párrafos
anteriores de este capítulo.
Evidente: Dentro de la ciudad de Guayaquil en algunos sectores es indiscutible la falta
de mantenimiento de semáforos temporizados, no aporta un correcto fluido de medios de
transporte (Buses, vehículos, motos y demás). Ya que al presentar fallas provoca que los
mismos se aglomeren por las vías de la ciudad.
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Concreto: La tecnología de semaforización digital, controlada por medio de una red
inalámbrica personal (Bluetooth) propuesta al ser utilizada se encargará de proporcionar
un excelente servicio a los usuarios que circulan por las calles de la ciudad. El semáforo
será controlado por medio de una aplicación móvil Android, un sistema de consola, un
sensor que cumple un algoritmo, donde este tipo de control aumenta la eficiencia de los
sistemas de semaforización. Además, contara con energía renovable para uso de forma
backup.
Original: En estos aspectos existen pocas investigaciones en la ciudad de Guayaquil
relacionadas con el tema de sistemas de semaforización digital basado en Arduino. Por
lo tanto, el proyecto es original para su respectiva implementación donde se demuestra
el funcionamiento real de un semáforo digital.
Factible: El proyecto de titulación a desarrollar se lo denomina factible, ya que para su
respectiva implementación se utilizan herramientas de código abierto es decir no requiere
ningún tipo de licencia de software. Además, los componentes de hardware que se
emplean en este proyecto son de bajo costo en el mercado.
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OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
OBJETIVO GENERAL
• Diseñar e implementar un prototipo de semáforo controlado inalámbricamente y
con sistema de energía emergente para el control del tránsito vehicular en la
ciudad de Guayaquil.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Diseñar un prototipo de semáforo controlado inalámbricamente que tenga las
siguientes funcionalidades: conexión bluetooth, control vía Smartphone y
autocontrol ultrasónico.
2. Diseñar un sistema de paneles solares que sirva como sistema de
energía emergente para el semáforo.
3. Simular el prototipo de semáforo diseñado en el objetivo específico 1.
4. Implementar el prototipo de semáforo usando sensores, microcontroladores y
circuitería adicional.
ALCANCES DEL PROBLEMA
Los alcances del problema son los siguientes:
• Realizar un diseño del circuito digital basado en el sistema de semaforización.
• Diseñar la red inalámbrica donde se ejecuta el sistema de semaforización digital
utilizando la herramienta Proteus.
• Diseñar un manual técnico describiendo el proceso de implementación del sistema
de semaforización digital.
• Realizar un informe de pruebas para verificar la operatividad del proyecto de
semaforización digital.
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JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
Con este diseño de prototipo de semaforización digital, controlado por medio de una
aplicación Android, un sistema de consola, energía renovable busca reducir costos de
implementación de semáforos de gran tamaño. Como beneficio esto se procura reducir
congestionamiento vehicular en sectores de la ciudad. Además, los vigilantes de tránsito
tendrán la capacidad de controlar los semáforos desde su teléfono móvil a través de un
sistema de consola aumentando la eficiencia.
En la actualidad los semáforos se han convertido en una gran necesidad en particular en
ciudades de mayor población. A través de este proyecto sobre semaforización digital
podemos verificar que las vías o calles de Guayaquil estén libres de tráfico de una forma
simulada a su vez ayudan a evitar choques, accidentes.
A continuación, se mencionan alguno de los beneficios:
• Aumentar la fluidez de los medios de transporte.
• Disminuir congestionamiento vehicular manteniendo la vía disponible.
• Capacitar al personal de tránsito sobre aplicaciones que poseen la destreza de
controlar los semáforos digitales.
• Abaratamiento de costos de implementación para semáforos digitales.
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METODOLOGÍA DEL PROYECTO
Para desarrollar este proyecto se aplica la metodología ITIL, esta proporciona mejoras en
la continuidad del negocio en base a las nuevas tendencias tecnológicas. Para este caso
la implementación de semáforos digitales compromete a que se mejore la operatividad,
la transición mediante un nuevo diseño de sistema de asesoría con el objetivo de poder
reducir el congestionamiento vehicular. A continuación, se presentan las fases de la
metodología ITIL.
Gráfico 3 Fases de la metodología ITIL
Fuente: https://aclsystems.mx/itil/que-es-itil/attachment/itil-3
Autor: ACL SYSTEMS
Fases de la metodología ITIL
• Estrategia del Servicio: Consiste en proyectar una solución referente al problema
presente sobre el congestionamiento vehicular. Es decir, implementar servicio que
permita acortar el tráfico de medios de transporte aplicando conocimientos de
redes inalámbricas, electrónica digital, programación de aplicaciones móviles e
inteligencia artificial. Con la finalidad de obtener un sistema de información optimo,
eficiente y efectivo que reemplace a los semáforos tradicionales. Cumpliendo con
las necesidades de controlar el semáforo, es de gran ayuda para los agentes de
tránsito de Guayaquil.
• Diseño del Servicio: Consiste en crear el aplicativo de semáforo digital
basándose en el problema de vehicular, utilizando electrónica digital para
referenciar los semáforos. Con un dispositivo Android que toma el control del
semáforo remotamente junto al agente de tránsito y de esta manera ayudar reducir
en parte el tráfico de la ciudad.
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• Transición del servicio: En esta etapa se pone a prueba el aplicativo de
semaforización digital con el objetivo de certificar funcionamiento total, verificar si
no existen posibles errores en dicho aplicativo.
• Operación del servicio: Consiste en implementar sistema de semaforización
digital en la ciudad de Guayaquil, con el objetivo de evidenciar que se estén
cumpliendo las necesidades y requerimientos de los usuarios (agentes de tránsito)
de ciudad de Guayaquil.
• Mejora continua: Con el transcurso del tiempo el sistema de semaforización
digital se puede ir adaptando a nuevas modalidades tecnológicas o evolucionar a
semáforos que sean inteligentes con algún tipo de algoritmo de Machine Learning.
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DE ESTUDIO
Actualmente el incremento de medios de transporte como: autobuses, vehículos,
motocicletas entre otros con el transcurso del tiempo se ha convertido en una necesidad
en base a que los usuarios requieren movilizarse. De forma inmediata para llegar a su
lugar de destino. “La afluencia de los medios de transporte en la ciudad de Guayaquil es
notoria debido al grado de poder adquisitivo de un carro, furgoneta o autobús que las
personas lo adquieren para trasladarse de un lugar a otro dentro de la misma ciudad.”
(Piña, 2017)
“Un estudio publicado por el diario el Telégrafo en el año 2017 detalla que en lo que va
de transcurrido los meses de enero y febrero del mismo año las ventas de medios de
transporte han dejado un incremento anual del 45%. Con respecto al año anterior, en el
año 2016 las ventas totales de enero y febrero sumaron 7.910 unidades.” (Piña, 2017)
Mientras que en los mismos meses de este año la cifra ascendió a 11.888, lo cual se
evidencia que el sector se está recuperando después de caer drásticamente en el año
2015. (Piña, 2017)
Según un estudio realizado por Arturo Ríos y Ronald Peñafiel en su proyecto, (Peñafiel,
2018) mencionan que existen datos científicos que informan que los sistemas de
automatización son aquellos que benefician a las industrias ya que no existe la necesidad
de que intervenga el ser humano en los procesos de producción. Esto debido a que
administradores controlan los sistemas desde una computadora principal o un dispositivo
móvil.
En otros casos los semáforos digitales son similares a los sistemas de automatización por
la cual estos poseen la capacidad de ser controlados por medio de tecnologías
inalámbricas sincronizadas por las aplicaciones móviles Android o IOS. (Peñafiel, 2018)
Jaime Velázquez, director ejecutivo de la CTE, en una entrevista para (expreso, 2018)
expreso que para el año 2015 todos los semáforos que se van a implementar en la ciudad
de Guayaquil obtendrán luz LED, lo que le permitirá culminar la primera etapa del plan de
modernización. Que también incluye el cambio de los controladores de tráfico. En
Guayaquil existen 275, de los cuales han sido reemplazados 128 y hasta fin de año se
prevé cambiar 22 más. (JARRIN, 2015)
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Según un artículo científico presentado por [Kumaar, 2016] detalla que para la
implementación de un sistema de semaforización inteligente eficiente se debe proponer
el uso de un microcontrolador PIC, que cumpla con la función de monitorear la densidad
de tráfico. Reajustando los tiempos del semáforo, con la diferencia de que se plantea el
uso de una pluma y una alerta auditiva para que los autos no sobrepasen el paso peatonal
una vez que el semáforo se pone en luz roja. (Moreno H. R.-S.-V., 2018)
En esta misma línea sobre semáforos inteligentes [Zhang, 2016] ingeniero en
computación de china, indica que se debe proponer el uso de un dispositivo de
diagnóstico en los medios de transporte con el objetivo de proporcionar datos sobre la
velocidad empleada en cada uno de los carros, autobuses, motocicletas y demás. Esto
se inicia a partir de las lecturas obtenidas, planteando un algoritmo que se encarga de
realizar una búsqueda de velocidad de autos, para emitir alertas a los conductores que
cuando se encuentren en un cruce se reduzca a lo menos posible. (Moreno H. R.-S.-V.,
2018)
Otro de los estudios sobre sistemas de semaforización inteligente en esta vertiente es el
realizado por [Younis, 2016] el cual propone el uso de etiquetas RFID en los medios de
transporte con el objetivo de que se puedan reajustar tiempos en semáforos.
Si se trata de medios de transporte de emergencia como: ambulancias, carros de
bombero y al mismo tiempo detectar vehículos robados a partir de una base de datos de
la policía, donde dicha base puede ser alimentada en tiempo real a partir de un mensaje
de texto en una red GSM. (Moreno H. R.-S.-V., 2018)
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FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Sistemas inteligentes
Un sistema inteligente es aquel sistema implementado en una computadora que posee la
capacidad de representar, razonar e interpretar datos que son ingresados por los usuarios
mediante el teclado. Los sistemas inteligentes pueden ejecutar operaciones aritméticas-
matemáticas, lógica difusa, la lectura de palabras interpretando el texto o una oración con
el objetivo de enriquecer algunos procesos que se los ha venido ejecutando
manualmente. Estos sistemas al realizar intrusiones designadas por los administradores
de software. El mismo puede aprender sobre la estructura de los datos, analizándolos con
el fin de extraer patrones y significados que conlleven a la identificación de información
de vital importancia que permita armar estrategias, comportamientos para tomar acciones
sobre los resultados de un análisis.
Los sistemas inteligentes vienen en muchas formas y tienen muchas aplicaciones, desde
el procesamiento de grandes conjuntos de datos hasta el control de robots y drones. La
percepción, conceptos se extraen de las áreas de inteligencia artificial, aprendizaje
automático. Una variedad de campos como la psicología, la lingüística, las ciencias del
cerebro, formando muchas relaciones interdisciplinarias.
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Gráfico 4 Sistemas Inteligentes
Fuente: https://ticsyformacion.com/2014/04/20/sistemas-inteligentes-para-un-mundo-
mas-conectado-infografia-infografphic/
Autor: Alfredo Vela
Semáforos
Los semáforos que se encuentran implementados en ciudades del Ecuador como:
Guayaquil, Quito, Cuenca, Manta, Salinas entre otras son conocidos como luces de
tráfico, luces de freno, robots (en Sudáfrica y la mayor parte de África) y señales de control
de tráfico (en lenguaje técnico). Que se encarga de establecer una señalización colocados
en intersecciones de carreteras, pasos peatonales, diferentes lugares donde se necesita
controlar los flujos de tráfico.
Uno de los primeros semáforos del mundo fue efímero donde proporcionaba una señal
de gas que se encargaba de realizar operaciones manualmente, instalado en Londres el
mes de diciembre del año 1868. Explotó menos de un mes después de su
implementación, hiriendo a un operador de policía. El control del tráfico comenzó a
parecer necesario a fines de la década de 1890 y Earnest Sirrine de Chicago patentó el
primer sistema de control de tráfico automatizado en 1910. Utilizó las palabras "STOP" y
"PROCEED", aunque ninguna de las dos palabras se iluminó.
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Gráfico 5 Semáforo
Fuente: https://es.123rf.com/photo_80690447_se%C3%B1al-de-sem%C3%A1foro-
icono-sem%C3%A1foro-sobre-fondo-blanco-el-s%C3%ADmbolo-regula-la-seguridad-y-la-advertencia-del-movim.html
Autor: 123RF
Un semáforo también aplica una serie de procedimientos sobre el flujo de tránsito. Por lo
tanto, es de vital importancia que la selección y el uso de este dispositivo de control
procedan de un estudio detallado del sitio y las condiciones del tránsito. A continuación,
se presenta alguna de las funciones de los semáforos:
• Proceder a realizar interrupciones de forma periódica en el tránsito de una
corriente vehicular o peatonal con el objetivo de permitir el paso de otra corriente
vehicular.
• Regular el sistema de velocidad de los medios de transporte para mantener la
circulación continua a una velocidad moderada.
• Establecer controles de circulación de medios de transporte por canales.
• Eliminar o reducir el número y gravedad de algunos tipos de accidentes,
principalmente los que implican colisiones laterales.
• Proporcionar un ordenamiento del tránsito.
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Ventajas de los semáforos
• Proporciona ordenamiento en los movimientos de tránsito: El semáforo es
aquel que asigna el derecho de tránsito, por lo tanto, los medios de transporte
pueden moverse de forma efectiva, segura por las intersecciones. (ORMEÑO,
2018)
• Reducción de algunos tipos de accidentes: Los semáforos pueden provocar
reducción de algunos tipos de accidentes en caso de que se presente alguna
colisión en el tráfico. (ORMEÑO, 2018)
• Proporciona el paso a ciertos volúmenes menores de la vía: Es decir que los
sistemas de semaforización temporizada permiten al tránsito de la vía secundaria
incorporarse o cruzar la vía principal, produciendo ahorro de costos. (ORMEÑO,
2018)
• Agrupa el tránsito en pelotones: La agrupación de tránsito en pelotones es
aquel que permite cierta facilidad de acceso y cruce en las intersecciones y en los
cruces peatonales cercanos, los cuales podrían no estar semaforizados.
(ORMEÑO, 2018)
Desventajas de los semáforos
• Incremento de la demora referente al cambio de luz: Al instalarse un equipo
inadecuado o ineficiente, pueden provocar que los semáforos puedan demorarse
en el cambio de luz generando de esta manera un congestionamiento vehicular y
por ende molestias en los conductores. (ORMEÑO, 2018)
• Puede aumentar los accidentes: El semáforo puede mitigar los accidentes, las
colisiones por detrás generalmente aumentan llegando a que la totalidad de
accidentes pueda ser mayor. (ORMEÑO, 2018)
• Susceptible a fallas: Los semáforos son dispositivos netamente confiables, pero
pueden estar expuesto a fallas a causa de cortes de energía eléctrica, por estos
motivos deben de recibir un mantenimiento preventivo y correctivo adecuado por
parte de la autoridad responsable de su operación. (ORMEÑO, 2018)
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CLASIFICACIÓN DE LOS SEMÁFOROS
En el siguiente gráfico se encuentra detallada cómo se clasifican los semáforos:
Gráfico 6 Clasificación de los semáforos
Fuente: (ORMEÑO, 2018) Autor: (ORMEÑO, 2018)
Semaforización inteligente
Los semáforos inteligentes o señal de luces inteligentes son sistemas computacionales
que se encargan de controlar el tráfico vehicular combinando las funcionalidades de los
semáforos tradicionales. Mediante una serie de sensores e inteligencia artificial con el
objetivo de que estos puedan operar de forma inteligente el tráfico de medios de
transporte y peatones según la situación en la que se encuentre el tráfico.
(RIOFRÍO, 2018) Menciona que los semáforos inteligentes o autónomos son aquellos que
disponen de nuevas tecnologías permitiendo con el aporte de diversas funcionalidades
mejoradas para facilitar la regulación del tráfico.
“Los denominados semáforos inteligentes disponen de cámaras de video que envían
imágenes al centro de control de tráfico para poder así gestionar los atascos o cambien
su frecuencia automáticamente para optimizar el tránsito vehicular, también pueden
disponer de un receptor GPS.” (Dikkat, 2014)
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Gráfico 7 Semáforos Inteligentes
Fuente: https://www.motoryracing.com/pruebas/noticias/volkswagen-y-siemens-se-
unen-para-crear-semaforos-inteligentes/ Autor: MOTOR Y RACING
Aplicaciones para semáforos inteligentes
• Controlar la longitud de medios de transporte en espera.
• Información a los conductores en caso de tráfico lento, para que tomen otras rutas.
• Semáforo con mando a distancia, que se active cuando este yendo a pasar una
persona no vidente, enviando una señal de audio con el objetivo de informar
cuando debe pasar.
• Forzar semáforos en casos especiales como la circulación de ambulancias y
camión de bomberos.
• Utilización de la red inalámbrica entre semáforos para optimizar el tráfico de
medios de transporte.
• Programación, monitoreo y control de manera on-line a los semáforos.
• Monitorizar mediante cámaras y evidenciar las infracciones si los conductores si
se cruzan en rojo.
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Sensores
Un sensor es denominado un dispositivo capaz de detectar y responder a un tipo de
entrada desde un entorno físico. Las entradas específicas podrían ser luz, calor,
movimiento, humedad, presión o cualquiera de una gran cantidad de otros fenómenos
ambientales. Que son producidos por los cambios climáticos que a su vez propagan en
los diferentes ambientes como casas, departamentos, oficinas y demás. “La salida
generalmente es una señal que es interpretada en una pantalla legible para el ser humano
en la ubicación del sensor o es transmitida electrónicamente a través de una red para leer
o procesar más.” (RIOFRÍO, 2018)
Los sensores de movimiento en varios sistemas de información, incluyendo luces de
seguridad domésticas, puertas automáticas y accesorios de baño, generalmente envían
algún tipo de energía, como microondas, ondas ultrasónicas o haces de luz en la cual
detectan cuándo el flujo de energía se interrumpe por algo que ingresa en su camino.
(RIOFRÍO, 2018)
Un sensor también es considerado un tipo de transductor que se encarga de transformar
la magnitud que se quiere medir o controlar. “Estas magnitudes pueden ser de indicación
directa (un termómetro de mercurio) o están conectados a un indicador (posiblemente a
través de un convertidor analógico a la digital, un computador y un visualizador) de modo
que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.” (RIOFRÍO, 2018)
Dentro de los sensores la señal de salida no se encuentra apta para una lectura directa
ni para su respectivo procesamiento, debido a esto se utiliza un circuito de
acondicionamiento. (RIOFRÍO, 2018)
Sistemas de semaforización inteligente con RFID
Estos sistemas tienen como función principal emplear un control inteligente para disminuir
embotellamiento vehicular. “Por medio de una base de datos registran información sobre
los medios de transporte que circulan por una ciudad, también los usuarios se conectan
al gestor de base de datos.” (ORMEÑO, 2018)
A su vez para verificar que avenidas se encuentran con tráfico, con el objetivo de
seleccionar otras rutas para llegar a su lugar de destino. Los principales elementos son:
• Tarjetas RFID.
• Puntos de Acceso Inalámbrico.
• Ubicación de servidores de redes.
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• WAN.
• Bases de datos centralizados.
Gráfico 8 Semaforización Inteligente a través de RFID
Fuente: (ORMEÑO, 2018)
Autor: (ORMEÑO, 2018)
Semaforización inteligente mediante redes de sensores inalámbricos
Estos sistemas poseen la capacidad de manipular los tiempos de espera de forma
dinámica. “Casi igual que los sistemas de semaforización por medio de tecnología
inalámbrica RFID.” (ORMEÑO, 2018)
Las redes de sensores inalámbricos son aquellas que se componen de una serie de
sensores de diversos tipos distribuidos especialmente interconectados por una red de
comunicaciones inalámbrica. En forma de nodos que monitorizan de forma cooperativa
las condiciones físicas y ambientales de una zona.
El sistema de semaforización de red de sensores inalámbricos cuenta con los siguientes
componentes que se muestran a continuación:
• La red de sensores inalámbricos (WSN).
• La estación base (BS).
Se utiliza TDMA (Time Division Multiple Access), para la comunicación, aprovechando en
forma eficiente la energía, ya que permite a los nodos de la red, entrar en estados
inactivos hasta que sus espacios de tiempo sean asignados. (ORMEÑO, 2018)
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Gráfico 9 Semaforización por WSN
Fuente: (ORMEÑO, 2018) Autor: (ORMEÑO, 2018)
Tecnologías inalámbricas que operan en los semáforos
inteligentes
Identificación por radio frecuencia
RFID es una tecnología inalámbrica que posee la capacidad de identificar objetos a través
de ondas de radio que se encuentran a largas distancias. Sin la necesidad de tener
contacto directo con dichas ondas o incluso de manera visual.
Para que los sistemas RFID puedan detectar objetos, se debe utilizar una etiqueta de
identificación conocida como tag RFID que cumple con la función de transmitir la identidad
de un producto. “Ya sea de insumo médico, enlatados, computadoras, dispositivos
móviles y demás. La longitud del código de la etiqueta va a depender del almacenamiento
y el tipo de tag que se utilice.” (Adriana Cueva, 2016)
“Además, se requiere de una antena que cumpla con la función de lector y que tenga la
capacidad de leer y procesar los datos almacenados en las etiquetas.” (ORMEÑO, 2018)
Preferiblemente, utilizar dispositivos que posean una o más antenas con el objetivo de
que puedan emitir y recibir sin inconvenientes las ondas de radio devueltas por las
etiquetas RFID.
Una vez que se haya recopilado la información almacenada en los tags mediante
aplicaciones de software, se puede trabajar con esta desde un ordenador según el
ambiente ya que resulta más fácil administrar el sistema RFID desde una interfaz gráfica
de usuario. (Adriana Cueva, 2016)
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La conexión entre la etiqueta y el lector se realiza mediante ondas de radio frecuencia,
las mismas que poseen las siguientes peculiaridades:
• Alcance.
• Velocidad.
• Seguridad según la frecuencia.
• Tipo de antena.
• Tipo de etiquetas.
Los sistemas RFID son aquellos que operan con frecuencias de 50 KHz a 2.5 GHz, estas
son las siguientes:
• Frecuencias entre 50 KHz a 14 MHz, poseen un precio bajo, muy poco alcance.
Pero son muy resistentes al ruido, no requiere de una licencia emitida por la
ARCOTEL (Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones) para su
uso.
• Frecuencias entre 14MHz a 2.5GHz, tienen un precio más alto, tecnología más
compleja, gran alcance, y no requieren ninguna licencia para su uso.
Para poder implementar un sistema RFID es necesario tomar en consideración los
siguientes factores:
• Buen alcance para mantener la conexión.
• Capacidad de datos que pueden almacenar la etiqueta.
• Agilidad de envío y recepción entre la etiqueta y el lector.
• Dimensión de la etiqueta.
• Agilidad del lector para poder captar varias etiquetas al mismo tiempo.
• Posibles interrupciones entre el lector, la etiqueta para su correcto funcionamiento.
• Optar por etiquetas pasivas o activas.
• Tipo de pila (Solo de etiqueta activa).
• Potencia de la etiqueta.
Resumiendo, un poco, se define que los sistemas de identificación por radio frecuencia
consta de cuatro componentes que son los siguientes:
• Etiqueta RFID o tag.
• Un lector de RFID o receptor.
• Un ordenador o controlador que maneja las aplicaciones RFID.
• Sistema de Enlace.
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Todos los elementos del sistema RFID pueden ser de distintos criterios, esto depende de
las características técnicas, operacionales de cada uno de los componentes. A
continuación, en el gráfico 8 se describen los componentes RFID:
• El lector se encarga de enviar ondas de radiofrecuencia a la etiqueta o tag, la cual
este capta mediante su micro antena.
• Las ondas de radio que fueron emitidas por el lector alimentan al chip mediante la
micro antena del tag, por radiofrecuencia, devuelve al lector la información
almacenada en la memoria.
• El lector recibe la información y luego la almacena en la base de datos, en donde
previamente se registraron las características del producto.
Gráfico 10 Sistema de radio frecuencia RFID
Fuente: https://es.hopelandrfid.com/blog/c-mo-probar-el-despliegue-del-sistema-
rfid_b93
Autor: https://es.hopelandrfid.com/blog/c-mo-probar-el-despliegue-del-sistema-rfid_b93
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Una de las ventajas principales de los sistemas de radiofrecuencia RFID, es que su
instalación, ensamblaje y empleo son sumamente fácil. “Debido a esto muchas de las
compañías se están inclinando hacia esta tecnología inalámbrica ya que proporciona
también lectura de los productos a larga distancia sin la necesidad de utilizar código de
barras.” (Adriana Cueva, 2016)
Estos sistemas de identificación por radiofrecuencia ya se encuentran operativos en
supermercados, oficinas, librerías y tiendas en general. “En base a esto los RFID han
logrado sustituir al código de barras por la cual este suministra más funcionalidades y se
lo puede implementar en los diferentes entornos empresariales, industriales, cadena
alimentos, demás.” (Adriana Cueva, 2016)
Etiquetas RFID
“Las etiquetas RFID son denominados equipos de red de comunicación activos y pasivos
que cumplen con la función de conectarse de forma inalámbrica con los lectores RFID
(Identificación por radio frecuencia).” (universidadviu, 2019)
Para de esta manera poder transmitir la información que se encuentra almacenada en la
etiqueta, donde el lector o Antena la procesen e interpreten respectivamente. “Una vez
procesada e interpretada la información esta es almacenada en la base de datos propia
de RFID mediante un aplicativo.” (universidadviu, 2019)
Componentes de las etiquetas RFID
➢ Memoria no volátil donde se almacena la información del objeto.
➢ Memoria ROM donde se almacena la programación de la etiqueta.
➢ Memoria RAM que es utilizada para almacenar los datos durante la comunicación
con el lector.
➢ Una antena que sirve de alimentación, a la etiqueta y detecta el campo solicitado
por el interrogador.
➢ Componentes electrónicos que son utilizados para procesar la señal de la antena.
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Gráfico 11 Etiquetas RFID
Fuente: http://mtt-tracker.com/site/es/conceptos-basicos-rfid/
Autor: http://mtt-tracker.com/site/es/conceptos-basicos-rfid/
Redes de sensores inalámbricos
Una red de sensores inalámbricos son un conjunto de dispositivos autónomos distribuidos
por un área que posee la capacidad de monitorizar y medir parámetros. “Referentes a la
temperatura solar, los cambios climáticos, fenómenos naturales y demás.”
(universidadviu, 2019)
Los dispositivos de red de sensores inalámbricos forman una red MESH o mallada cuya
característica diferenciadora es que la comunicación de datos entre dos puntos de la red
es posible mediante equipos intermedios que cumplen con la función de actuar como
repetidores. (Pacheco, 2018)
En las redes de sensores inalámbricos la potencia de transmisión de los dispositivos es
de un nivel bajo con el objetivo de que se reduzca el consumo energético y teniendo una
autonomía de varios años alimentándose con una fuente independiente de voltaje.
“Como una batería de teléfono móvil. Las redes de sensores inalámbricos o tecnología
WSN se basan en el estándar IEEE 802.15.4, definiendo la descripción del componente
ZIGBEE 802.15.4 y ZIGBEE, estos son protocolos enfocados en suministrar de servicios
de WSN en infraestructuras de red.” (Pacheco, 2018)
A continuación, en la siguiente tabla se demuestran los puntos de gran importancia del
diseño de una red de sensores inalámbricos:
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Tabla 3 Puntos Importantes de una red WSN
Puntos Importantes de las WSN
La alimentación de estos dispositivos WSN se la efectúa mediante baterías
El diseño e implementación de las redes WSN son de bajo costo
Los dispositivos WSN son de menor tamaño lo que genera una ventaja de
portabilidad.
Posee la capacidad de interconectarse con redes de comunicación complejas
Las redes WSN contienen un gran número de dispositivos
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Las características generales para el desarrollo de ZIGBEE son las siguientes:
Tabla 4 Características del ZIGBEE
CARACTERÍSTICAS DEL ZIGBEE
Posee una capa física que opera con doble frecuencia de 2.4 GHz y 868/915
MHz.
Velocidades de transmisión de datos equivalentes a 50 Kbps, 40 Kbps y 20
Kbps.
Posee la capacidad de optimizarse para periodos de aplicación bajos y muy
bajos.
Acceso a un canal mediante CSMA-CA (acceso múltiple por detección de
portadora).
Bajo consumo de energía eléctrica
Soporta múltiples topologías como: Estrella, Punto a Punto y MESH.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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Tipos de nodos de redes de sensores inalámbricos
En el estándar IEEE 802.15.4 los dispositivos WSN se clasifican en las siguientes
categorías:
• Nodos de funcionalidad total (Full-Function Device FFD).
• Nodos de funcionalidad reducida (Reduced-Function Device RFD).
Referente a cada función de los dispositivos WSN ellos se distinguen en tres tipos que se
detallan a continuación:
• Coordinador: El es denominado un nodo FFD existente uno en cada red
inalámbrica este cumple con la función de constituir la red y gestionar las
comunicaciones entre todos los elementos. (Pacheco, 2018)
• Router: Es un dispositivo FFD que cumple con la función de permitir que otros
nodos puedan establecer una conexión a la red con otros enrutadores, su función
principal es la de encaminar los paquetes que parten desde los nodos finales de
la red hasta el coordinador. (Pacheco, 2018)
• Nodo final: Es un elemento RFD que se encarga de restringir o bloquear a los
nodos con el objetivo de evitar que se establezca una asociación a él en la cual
no participa en enrutamiento de paquetes donde solamente se comunica con
dispositivos FFD. (Pacheco, 2018)
Gráfico 12 Redes de Sensores Inalámbricos
Fuente: http://informaticaredes2012.blogspot.com/
Autor: Trabajo de Investigación
Energía solar
(CIDEAD, 2016) expresa que, la energía solar es la que llega a la Tierra en forma de
radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del
Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear.
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Radiación solar
El sol se detecta a una temperatura media de 5.500 ºC, en cuyo interior tiene lugar una
serie de renovaciones que ocasionan una pérdida de masa transformada en energía. Esta
energía liberada del sol se traspasa al exterior mediante denominada radiación solar. La
radiación en el sol es 63,450,720 W/m2.
El sol irradia en todas las direcciones, se construye una esfera que llegue hasta la
atmósfera terrestre, es decir, que tenga un radio de la distancia de 149.6 millones de km
podremos determinar cuál es la radiación en este punto. La constante solar es conocida
con un valor de 1,353 W/m2, variable durante el año un +- 3% a causa de la elipticidad
de la órbita terrestre. (Cuervo García & Méndez Muñiz, 2014)
Gráfico 13 Radiación Solar
Fuente: https://www.marcialpons.es/libros/energia-solar-termica/9788496743311/
Autor: Méndez Muñiz, Javier Mª Cuervo García, Rafael
Aplicaciones de la energía solar térmica
(Cuervo García & Méndez Muñiz, 2014) Da a conocer que las aplicaciones de la energía
solar térmica son muy extensas y cada vez se avanza más, la energía solar es gratuita e
inagotable.
En la actualidad se utiliza la energía solar térmica para:
• Calefacción por suelo radiante o radiadores.
• Hacer funcionar aparatos de refrigeración.
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• Secaderos de productos agrícolas.
• Uso industrial, por ejemplo, en hornos solares.
• Refrigeración por medio de energía solar
• Transformar este calor en energía eléctrica.
• Desalinización mediante energía solar.
Ventajas de la energía solar
• Esta energía no contamina.
• Fuente inagotable.
• Idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega (zonas rurales, montañosas, islas).
• La energía solar fotovoltaica no requiere ocupar ningún espacio adicional.
Desventajas
• El nivel de radiación de esta energía fluctúa de una zona a otra va a depender de la
estación del clima.
• Actualmente requiere una fuerte inversión económica.
• Cuando se usa la energía solar en partes importantes de población se necesitan grandes
extensiones de terrenos para los paneles.
Panel Solar
Un panel solar es un dispositivo que capta la energía de la radiación solar para su
aprovechamiento. “El término comprende a los colectores solares, utilizados usualmente
para producir agua caliente doméstica mediante energía solar térmica, a los paneles
fotovoltaicos, utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica.”
(Roper, 2013)
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Gráfico 14 Arduino UNO
Fuente: https://leantec.es/tienda/6v-1w-panel-solar-arduino-cargador-fotovoltaico-
celula/
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Arduino Arduino es una plataforma de código abierto basada en hardware, software de fácil uso.
Las placas de Arduino tienen entradas para recibir señales tales como temperatura por
medio de un sensor, una pulsación, un sonido. “Así como salidas las cuales son
utilizadas para cosas tales como la activación de un motor, encender un LED, o incluso
publicar algo en línea.” (Arduino, 2018)
La placa Arduino puede ser programada con un conjunto de instrucciones para la
realización de diferentes acciones, para hacerlo se hace uso del lenguaje de
programación Arduino y el software Arduino (IDE). (Arduino, 2018)
Pasando los años Arduino ha sido la base de miles de proyectos, desde lo cotidiano
hasta lo más complejo. Existe una gran comunidad a nivel mundial de fabricantes
(estudiantes, aficionados, artistas, programadores) en torno a esta plataforma de código
abierto. Sus contribuciones han añadido una inmensa cantidad de conocimiento
accesible que sirve de gran ayuda tanto para principiantes como expertos. (Arduino,
2018)
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Arduino UNO
Arduino UNO es un microcontrolador basado en ATmega328P. Posee 14 pines de
entrada/salida digital, de los cuales 6 pueden ser utilizados para salidas PWM
(modulación por ancho de pulsos), 6 entrada analógicas, un cuarzo de 16 MHZ, una
conexión USB, entrada de voltaje de 7-12V, un botón de reset, así como los
componentes necesarios para soportar el microcontrolador. (Arduino, 2018)
Gráfico 15 Arduino UNO
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 16 Característica de placa Arduino UNO
Fuente: https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3
Autores: 2018 Arduino CC
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Led
Es un diodo emisor de luz. Se considera una fuente de luz constituida por un
material semiconductor dotado de dos terminales. Un diodo de unión p-n, emite luz
cuando está activado. Se aplica una tensión adecuada a los terminales, los electrones se
recombinan con huecos en la región de la unión p-n del dispositivo, liberando energía en
forma de fotones. Este efecto se denomina electroluminiscencia, el color de la luz
generada (depende de la energía de los fotones emitidos) viene determinado por
la anchura de la banda prohibida del semiconductor. Los ledes son normalmente
pequeños (menos de 1 mm2) se les asocian algunos componentes ópticos para
configurar un patrón de radiación. (Moreno & Sun, 2008)
Gráfico 17 Componentes Físicos del led
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Led#/media/File:LED,_5
mm,_green_(en).png
Autores: https://es.wikipedia.org/wiki/Led#/media/File:LED,_5mm,_green_(en).png
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Sensor ultrasónico
Los sensores ultrasónicos miden alcance por medio del uso de ondas ultrasónicas. El
cabezal emite una onda ultrasónica recibe la onda reflejada que retorna desde el objeto.
Los sensores ultrasónicos miden distancia al objeto contando el tiempo entre la emisión
y la recepción. (keyence, 2016)
Un sensor óptico tiene un transmisor y receptor, mientras que un sensor ultrasónico utiliza
un componente ultrasónico único, tanto para la emisión como la recepción. En un sensor
ultrasónico de modelo reflectivo, un solo oscilador emite y recibe ondas ultrasónicas,
alternativamente. Esto posibilita la miniaturización del cabezal del sensor. (keyence,
2016)
Gráfico 18 Distancia marcada por sensor
Fuente: https://www.keyence.com.mx/ss/products/sensor
/sensorbasics/ultrasonic/info/index.jsp
Autores: https://www.keyence.com.mx/ss/products/sensor/sensorbasics/ultrasonic/info/ind
ex.jsp
Gráfico 19 Sensor Ultrasónico
Fuente: https://hetpro-store.com/sensor-ultrasonico-hc-sr04/
Autores: https://hetpro-store.com/sensor-ultrasonico-hc-sr04/
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App Inventor
Es una aplicación web de Google que permite crear aplicaciones para sistema operativo
de dispositivos móviles Android. Utiliza un editor Drag and Drop (Arrastrar y soltar) para
generar interfaces gráficas, sistema de bloques para gestionar comportamiento de la
aplicación. Los proyectos generados a través de esta herramienta se almacenan
automáticamente en servidores de App Inventor, permitiendo llevar un seguimiento,
control de nuestro trabajo. (diarium.usal, 2010)
Gráfico 20 SeLogo APP INVENTOR
Fuente: https://blog.aulaformativa.com/manual-base-para-mit-app-inventor-2/
Autores: https://blog.aulaformativa.com/manual-base-para-mit-app-inventor-2/
PROTEUS DESIGN SUITE
Proteus es software de automatización de diseño electrónico, desarrollado por Labcenter
Electronics Ltd., que consta de dos programas principales: Ares e Isis, y los módulos VSM,
Electra. (labcenter, 2010)
El Programa permite diseñar el plano eléctrico del circuito que se desea realizar
con componentes variados, desde simples resistencias,
hasta microprocesador o microcontrolador, incluyendo fuentes de alimentación,
generadores de señales, muchos otros componentes con prestaciones diferentes.
(labcenter, 2010)
Gráfico 21 Logo Proteus Design Suite
Fuente: https://www.labcenter.com/
Autores: https://www.labcenter.com/
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FUNDAMENTACIÓN LEGAL
CONSTITUCIÓN DEL ECUADOR
Sección octava Ciencia, tecnología, innovación y saberes
ancestrales
Art. 385.- El sistema nacional de ciencia, tecnología, innovación y saberes ancestrales,
en el marco del respeto al ambiente, la naturaleza, la vida, las culturas y la soberanía,
tendrá como finalidad:
1. Generar, adaptar y difundir conocimientos científicos y tecnológicos.
2. Recuperar, fortalecer y potenciar los saberes ancestrales.
3. Desarrollar tecnologías e innovaciones que impulsen la producción nacional,
eleven la eficiencia y productividad, mejoren la calidad de vida y contribuyan a la
realización del buen vivir.
LEY ORGÁNICA DE TELECOMUNICACIONES
TÍTULO II REDES Y PRESTACIÓN DE SERVICIOS DE
TELECOMUNICACIONES
CAPÍTULO I Establecimiento y explotación de redes
Artículo 9.- Redes de telecomunicaciones. Se entiende por redes de
telecomunicaciones a los sistemas y demás recursos que permiten la transmisión,
emisión y recepción de voz, vídeo, datos o cualquier tipo de señales, mediante medios
físicos o inalámbricos, con independencia del contenido o información cursada.
El establecimiento o despliegue de una red comprende la construcción, instalación e integración de los elementos activos y pasivos y todas las actividades hasta que la misma se vuelva operativa.
En el despliegue de redes e infraestructura de telecomunicaciones, incluyendo audio y
vídeo por suscripción y similares, los prestadores de servicios de telecomunicaciones
darán estricto cumplimiento a las normas técnicas y políticas nacionales, que se emitan
para el efecto.
En el caso de redes físicas el despliegue y tendido se hará a través de ductos
subterráneos y cámaras de acuerdo con la política de ordenamiento y soterramiento de
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redes que emita el Ministerio rector de las Telecomunicaciones y de la Sociedad de la
Información.
El gobierno central o los gobiernos autónomos descentralizados podrán ejecutar las obras
necesarias para que las redes e infraestructura de telecomunicaciones sean desplegadas
de forma ordenada y soterrada, para lo cual el Ministerio rector de las Telecomunicaciones
y de la Sociedad de la Información establecerá la política y normativa técnica nacional
para la fijación de tasas o contraprestaciones a ser pagadas por los prestadores de
servicios por el uso de dicha infraestructura.
Para el caso de redes inalámbricas se deberán cumplir las políticas y normas de
precaución o prevención, así como las de mimetización y reducción de contaminación
visual.
Los gobiernos autónomos descentralizados, en su normativa local observarán y darán
cumplimiento a las normas técnicas que emita la Agencia de Regulación y Control de las
Telecomunicaciones, así como a las políticas que emita el Ministerio rector de las
Telecomunicaciones y de la Sociedad de la Información, favoreciendo el despliegue de
las redes.
De acuerdo con su utilización las redes de telecomunicaciones se clasifican en:
a) Redes Públicas de Telecomunicaciones
b) Redes Privadas de Telecomunicaciones
Artículo 10.- Redes públicas de telecomunicaciones. Toda red de la que dependa la
prestación de un servicio público de telecomunicaciones; o sea utilizada para soportar
servicios a terceros será considerada una red pública y será accesible a los prestadores
de servicios de telecomunicaciones que la requieran, en los términos y condiciones que
se establecen en esta Ley, su reglamento general de aplicación y normativa que emita la
Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones.
Las redes públicas de telecomunicaciones tenderán a un diseño de red abierta, esto es
sin protocolos ni especificaciones de tipo propietario, de tal forma que se permita la
interconexión, acceso y conexión y cumplan con los planes técnicos fundamentales. Las
redes públicas podrán soportar la prestación de varios servicios, siempre que cuenten con
el título habilitante respectivo.
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Artículo 12.- Convergencia. El Estado impulsará el establecimiento y explotación de
redes y la prestación de servicios de telecomunicaciones que promuevan la convergencia
de servicios, de conformidad con el interés público y lo dispuesto en la presente Ley y sus
reglamentos. La Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones emitirá
reglamentos y normas que permitan la prestación de diversos servicios sobre una misma
red e impulsen de manera efectiva la convergencia de servicios y favorezcan el desarrollo
tecnológico del país, bajo el principio de neutralidad tecnológica.
Regulación
Reglamento de Radiocomunicaciones (Resolución No. 556-21-
CONATEL- 2000)
EL CONSEJO NACIONAL DE TELECOMUNICACIONES
CONATEL Capítulo V: DE LAS AUTORIZACIONES Y
RENOVACIONES DE USO DE FRECUENCIAS
Art 23 del Reglamento de Radiocomunicaciones. - Los usuarios del espectro
radioeléctrico que operen equipos de radiocomunicaciones con potencias menores a 100
mW sin antenas directivas y que no correspondan a sistemas de última milla y los que
operen al interior de locales, edificios y en general áreas privadas con potencias menores
a 300 mW sin antenas exteriores, en cualquier tecnología, no requieren autorización del
CONATEL.
DECRETO 1014
SOBRE EL USO DEL SOFTWARE LIBRE
Programas, proyectos, estrategias, políticas, proyectos de ley y reglamentos para uso de
software libres en la dependencia del gobierno central.
Artículo 1.- Establecer como política para las entidades de la administración pública
central la utilización de software libres en sus sistemas y equipamientos informáticos.
Artículo 2.- Se entiende por software libre, a los programas de computación que se
pueden utilizar y distribuir sin restricción alguna, que permitan su acceso a los códigos
fuentes y que sus aplicaciones puedan ser mejoradas.
Estos programas de computación tienen las siguientes libertades:
▪ Utilización del programa con cualquier propósito de uso común.
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▪ Distribución de copias sin restricción alguna.
▪ Estudio y modificación del programa (Requisito: Código Fuente disponible).
▪ Publicación del programa mejorado (Requisitos: Código Fuente disponible).
Artículo 3: las entidades de la administración pública central previa a la instalación del
software libre para sus equipos, deberá verificar la existencia de capacidad técnica que
brinde soporte necesario para el uso del software.
Artículo 4: Se faculta la utilización de software propietario (no libre) únicamente cuando
no exista una solución de software libre que supla las necesidades requeridas, o cuando
esté en riesgo la seguridad nacional, o cuando el proyecto informático se encuentre en
un punto de no retorno.
Para efecto de este decreto se comprende cómo seguridad nacional. Las garantías para
la supervisión de la colectiva y defensa del patrimonio nacional.
Para efecto de este decreto se entiende por el punto de no retorno, cuando el
sistema o proyecto informático se encuentre en cualquier de estas condiciones:
a. Sistema en producción funcionando satisfactoriamente y que el análisis de costo
beneficio muestra que no es razonable ni conveniente una migración a software
libre.
b. Proyecto en estado de desarrollo y que un análisis de costo – beneficio muestre
que no se conveniente modificar el proyecto de usar software libre.
Periódicamente se evaluarán los sistemas informáticos propietario con la finalidad de
migrarlos a software libres.
Articulo 5.- Tanto para software libres como software propietario, siempre y cuando se
satisfagan los requerimientos, se debe referir las soluciones en este orden:
a) Nacionales que permitan autonomía y soberanía tecnológica.
b) Regionales con componente nacional.
c) Regionales con proveedores nacionales.
d) Internacionales con componentes nacionales.
e) Internacionales con proveedores nacionales.
f) Internacionales.
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Artículo 6.- La Subsecretaría de informática como órgano regulador y ejecutor de las
políticas y proyectos informáticos en las entidades del Gobierno Central deberá realizar
control de seguimiento de este decreto.
Para todas las evaluaciones constantes en este decreto la Subsecretaría de Informática
establecerá los parámetros y metodologías obligatorias.
Artículo 7.- Encárguese de la ejecución de este decreto los señores Ministros Coordinadores y el señor Secretario General de la Administración Pública y comunicación.
Dado en el Palacio Nacional de la ciudad de San Francisco de Quito, distrito
Metropolitano, el día 10 de abril de 2008.
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CAPÍTULO II
Prestación de servicios de telecomunicaciones
Artículo 18.- Uso y Explotación del Espectro Radioeléctrico. El espectro radioeléctrico
constituye un bien del dominio público y un recurso limitado del Estado, inalienable,
imprescriptible e inembargable. Su uso y explotación requiere el otorgamiento previo de
un título habilitante emitido por la Agencia de Regulación y Control de las
Telecomunicaciones, de conformidad con lo establecido en la presente Ley, su
Reglamento General y regulaciones que emita la Agencia de Regulación y Control de las
Telecomunicaciones.
Las bandas de frecuencias para la asignación a estaciones de radiodifusión sonora y
televisión públicas, privadas y comunitarias, observará lo dispuesto en la Ley Orgánica
de Comunicación y su Reglamento General.
PREGUNTA CIENTÍFICA A CONTESTARSE
1. ¿Considera usted que con la implementación de un sistema de
semaforización digital se podrá disminuir el congestionamiento vehicular en
partes de la ciudad de Guayaquil?
VARIABLES DE INVESTIGACIÓN
➢ Variable independiente: Diseñar e implementar un prototipo de semáforo
controlado inalámbricamente.
➢ Variable dependiente: Sistema de energía emergente para control del tránsito
vehicular en la ciudad de Guayaquil.
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DEFINICIONES CONCEPTUALES
Aplicaciones Tecnológicas: Son programas que pueden ser usadas de diferentes
maneras, además tiene la ventaja de ser fácil para el usuario y la mayoría no tiene costo.
(Adriana Cueva, 2016)
Open Source: Esta definición se dio a conocer en software distribuido para que los
usuarios pueden copiar, rediseñar el software, editar, distribuir la aplicación. (Adriana
Cueva, 2016)
Base de datos: IEEE (1990): Una Base de datos es una colección de datos
interrelacionados, almacenados conjuntamente en uno o más ficheros de computadora.
(Adriana Cueva, 2016)
Normas ISO: Organización Internacional de Normalización, es el organismo encargado
que busca la estandarización de normas de productos y seguridad para las empresas u
organizaciones a nivel internacional. (Adriana Cueva, 2016)
Monitoreo: Consiste en dar el respectivo seguimiento por medio de un dispositivo
analizador de eventos. El Monitoreo también se enfoca en la identificación del curso de
uno o más parámetros para detectar eventuales anomalías ocurrentes en un entorno de
trabajo con el fin de evidenciar todas las acciones para efectuar un plan de acción que
ayude a mitigar dichas anomalías. (Pacheco, 2018)
Sensor: Es un dispositivo que tiene la capacidad de transformar magnitudes físicas o
químicas, nombradas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Pacheco
en su estudio de factibilidad expresa que las variables de instrumentación son las
siguientes: temperatura ambiental, intensidad lumínica, producción agrícola, etc.
(Pacheco, 2018)
Antena: Una antena es un dispositivo metálico que cumple la función de radiar y receptar
ondas electromagnéticas en el espacio. En los circuitos transmisores y receptores de
radio, producen corrientes y tensiones eléctricas de altas frecuencias y asociadas a ellas
se encuentran las ondas electromagnéticas. (Pacheco, 2018)
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CAPÍTULO III
PROPUESTA TECNOLÓGICA
En este capítulo se presenta la propuesta tecnológica sobre el diseño de un prototipo de
semaforización digital controlado desde una aplicación móvil mediante la red de
comunicación inalámbrica. Con la finalidad de mejorar el tránsito de la ciudad de
Guayaquil disminuyendo el congestionamiento de medios de transporte. Estos semáforos
podrán tomar decisiones en conjunto al agente de tránsito, por la cual cuentan con un
sistema de funcionalidades que permite gestionar tráfico vehicular de forma eficiente.
Para validar la factibilidad del proyecto se toma en consideración lo siguiente:
• Factibilidad técnica: Reconocer los recursos técnicos informáticos de hardware
y software.
• Factibilidad operacional: Identificación de la existencia de un apoyo por una
organización para la ejecución del proyecto.
• Factibilidad económica: Detalla de costos de los recursos que se generan en el
desarrollo del proyecto.
• Factibilidad Legal: Verificación de alguna infracción de las leyes establecidas por
el Gobierno de la República del Ecuador.
Dentro de la propuesta tecnológica se presenta el prototipo diseñado en la herramienta
Proteus, detallando los componentes electrónicos digitales que está consumiendo el
desarrollo. El semáforo digital consta de un Arduino Uno que cumple con la función de
tomar las decisiones sobre el sistema de semaforización, manejo de velocidad y modos
vía consola, un módulo Bluetooth junto a una aplicación así establecer la conexión con
los semáforos vía remota, un sensor capaz de detectar tráfico vehicular en intersecciones,
diodos led que simulan las luces de los semáforos tradicionales y un sistema emergente
de energía.
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Gráfico 22 Prototipo de Semaforización digital
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD
El análisis de factibilidad tiene como objetivo verificar el nivel de aceptación de la
propuesta tecnológica por parte de los agentes de tránsito en la ciudad de Guayaquil.
Para determinar la factibilidad de un proyecto se proceden a utilizar técnicas de
recopilación de información como encuestas, entrevistas y observaciones con la finalidad
de medir la aceptabilidad del proyecto mediante la tabulación de los resultados en gráficos
de pastel, diagrama de barras y análisis de la entrevista.
Para este caso se utiliza la técnica de recolección de información la encuesta que consta
con un total de 4 preguntas que son dirigidas a los agentes de tránsito que residen en la
ciudad de Guayaquil, para la tabulación de los resultados de las encuestas se utiliza la
aplicación de Google Form que aplica gráficos de pastel y diagrama de barras con el
objetivo de visualizar la información final en porcentajes.
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FACTIBILIDAD OPERACIONAL
Mediante las encuestas realizadas se determina que existe un gran apoyo por parte de
los agentes de tránsito de la ciudad de Guayaquil, para que se lleve a cabo la ejecución
del proyecto sobre el sistema de semaforización digital. Donde los beneficiarios de esta
propuesta tecnológica serán los habitantes de la ciudad de Guayaquil, que salen a diario
a sus lugares de trabajo soportando el tráfico vehicular que se da en horas pico.
FACTIBILIDAD TÉCNICA
A continuación, se detallan los recursos técnicos informáticos que serán participes en el
proyecto de titulación en desarrollo, estos son los siguientes:
• Software: En este caso se detallan las aplicaciones y el sistema operativo a
utilizar.
o Lenguaje de programación C para Arduino.
o Sistema Operativo Windows 10.
o Herramienta Proteus para el diseño de sistemas digitales.
o APP-IVENTOR para el desarrollo de aplicaciones móviles Android
mediante la programación de bloques.
• Hardware: En este proceso se describen los recursos electrónicos y de hardware
que son participes del proyecto.
o Computadora Laptop Core I5.
o Sistema Operativo Windows 10 de 64 bits.
o Arduino Uno.
▪ Tiene 32 kilobytes de memoria Flash.
▪ Posee 1 kilobyte de memoria RAM.
▪ Frecuencia de 16 MHz.
▪ Cuenta con 13 pines digitales programables para entrada/salida.
▪ Cuenta con 5 para entradas analógicas.
▪ Cuenta con 6 pines para salidas analógicas PWN.
▪ Posee una fuente de voltaje de 5V.
▪ Voltaje de entrada de 7-12V.
▪ Voltaje de salida limitado de 6-20V.
▪ Chip Microcontrolador ATmega328.
o Módulo Bluetooth maestro-esclavo.
▪ Especificación bluetooth v2.0 + EDR (Enhanced Data Rate)
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▪ Es configurable mediante comandos AT (Deben escribirse en
mayúscula)
▪ Chip de radio: CSR BC417143
▪ Frecuencia: 2.4 GHz, banda ISM
▪ Modulación: GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)
▪ Antena de PCB incorporada
▪ Potencia de emisión: ≤ 6 dBm, Clase 2
▪ Alcance 5 m a 10 m
▪ Sensibilidad: ≤ -80 dBm a 0.1% BER
▪ Velocidad: Asincrónica: 2 Mbps / 160 kbps, sincrónica: 1 Mbps/1
Mbps
▪ Seguridad: Autenticación y encriptación (Password por defecto:
1234)
▪ Perfiles: Puerto serial Bluetooth
▪ Módulo montado en tarjeta con regulador de voltaje y 4 pines
suministrando acceso a VCC, GND, TXD, y RXD
▪ Consumo de corriente: 30 mA a 40 mA
▪ Voltaje de operación: 3.6 V a 6 V
▪ Dimensiones totales: 1.7 cm x 4 cm aprox.
▪ Temperatura de operación: -25 ºC a +75 ºC
o Sensor ultrasónico.
o Diodos Led que simulan las luces del semáforo.
o Panel solar de 6V
FACTIBILIDAD ECONÓMICA
Las tecnologías del internet se convierten en un pilar fundamental en el desarrollo de
aplicaciones informáticas, prototipos electrónicos, robóticos, sistemas de redes,
telecomunicaciones, seguridad informática entre otras ramas de la computación. Esto se
logra en base a las necesidades de los usuarios con el objetivo de aplicar alternativas de
solución para disminuir incidentes que provoquen daños en una ciudad por la no toma de
consideración de los riesgos latentes en zonas de mayor peligro.
Para el desarrollo del proyecto sobre sistemas de semaforización inteligente se toma en
consideración los siguientes gastos:
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Tabla 5 Recursos Técnicos Económicos Descripción Costo total
Arduino Uno $ 25
Modulo Bluetooth HC-05 $ 40
Diodos Led $ 1.50
Sensor Ultrasónico $ 2.50
Cables de conexión macho-hembra $ 5
Panel Solar $25
Total $ 99
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Como podemos estimar, la implementación del prototipo es factible económicamente ya
que los componentes son de bajo coste, mejor aún si se decide fabricarlos en mayor
cantidad.
FACTIBILIDAD LEGAL
Dentro de la factibilidad legal la propuesta tecnológica se adapta a los requerimientos
exigidos en las leyes o estatutos de telecomunicaciones establecidos por la República del
Ecuador mencionados en el capítulo II sección Fundamentación Legal. Se trata del diseño
de un prototipo de semaforización digital, por medio de este se intenta demostrar el
funcionamiento de un semáforo digital empleando la electrónica, la programación de
Android la inteligencia artificial en un futuro.
Además, la propuesta tecnológica se ajusta al Decreto 1014 sobre el uso de software libre
que para la programación de los módulos electrónicos se utiliza un lenguaje de
programación código abierto el mismo proceso se lo emplea en el desarrollo de la
aplicación móvil Android.
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ETAPAS DE METODOLOGÍA DEL PROYECTO
Para el desarrollo de la propuesta tecnológica se emplea la metodología ITIL en la cual
consta de las siguientes fases:
Estrategia del Servicio: Consiste en plantear una solución referente al problema
presente sobre el congestionamiento vehicular. Es decir, implementar un servicio que
permita disminuir el tráfico de medios de transporte, aplicando conocimientos de redes
inalámbricas, electrónica digital, programación de aplicaciones móviles e inteligencia
artificial. Con el objetivo de obtener un sistema de información optimo, eficiente, efectivo
que reemplace a los semáforos tradicionales cumpliendo con las necesidades y
requerimientos de los agentes de tránsito en la ciudad de Guayaquil.
Diseño del Servicio: En esta etapa se muestra el desarrollo de nuestro semáforo digital
en conjunto a la función de cada uno. A continuación, se presenta lo siguiente:
Sustentamos el diseño esquemático en bloques del semáforo en el gráfico 23.
Gráfico 23 Diseño en bloques de semaforización
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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MICROCONTROLADOR
Nuestro microcontrolador integrado programable es apto de ejecutar las órdenes
aprendidas en su memoria, está compuesto de varios bloques funcionales, los
cuales cumplen una tarea específica. (Gunther Gridling, Vienna University of
Technology, Introduction To Microcontrollers, 2015) expresa que un
microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de
una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de
entrada/salida.
El microcontrolador que usaremos para nuestro prototipo es el Atmega328. “El
ATmega328p es un chip microcontrolador creado por Atmel y pertenece a la serie
megaAVR.” (Arduino, Building an Arduino on a Breadboard, 2017)
Gráfico 24 Microcontrolador Atmega328.
Fuente: https://robu.in/product/atmega328p-pu-pdip-28-microcontroller/
Autores: https://robu.in/product/atmega328p-pu-pdip-28-microcontroller/
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SENSOR ULTRASÓNICO
Esta etapa se procede a implementar el sensor ultrasónico hc-sr04 en el circuito. Su
funcionalidad será que este sensor se encargue que solo se activé el semáforo de color
verde cuando detecté un auto a una distancia establecida. Esto nos ayuda a que en
avenidas el congestionamiento sea más fluido, no forme embotellamientos.
Gráfico 25 Sensor ultrasónico hc-sr04.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
53
CONTROL MEDIANTE COMANDOS
La función comandos se utiliza por medio de consola. Se explica el funcionamiento del
semáforo digital de forma de lectura, indicando que rol cumplen los comandos. La
ejecución del semáforo mediante comandos es a través de monitor serial esta etapa
asigna las siguientes variables comandos Modos:
Gráfico 26 M1 el semáforo se pondrá en modo automático.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 27 Modo automático Proteus.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
54
Gráfico 28 M2 el semáforo se pondrá en modo amarillo parpadeante.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 29 Modo parpadeante Proteus.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
55
Gráfico 30 M3 lo ponemos en modo manual.
Debemos ingresar un * para seleccionar los colores del semáforo en el color que
deseamos.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 31 Modo selección Proteus.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes Se alteran los intervalos refiriéndose a la velocidad de cambio de los colores del semáforo.
56
Gráfico 32 V1 hará un cambio rápido de cada semáforo.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 33 V2 volverá a cambiar a la velocidad normal de cambio del semáforo.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 34 V3 se volverá muy lento el semáforo.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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APLICACIÓN BLUETOOTH
La aplicación bluetooth se utiliza vía remota para el uso del agente de tránsito. En su
smartphone tendrá el acceso para poder dirigir el semáforo de forma manual o automático
utilizándolo a su conveniencia en posibles sucesos de problemas viales. La aplicación al
conectarse con el semáforo pide un código cada vez que se conecta por temas de
seguridad.
Esta etapa se asigna el módulo bluetooth y la apk creada en App Inventor. En esta fase
se realiza también la asignación de puertos, para el funcionamiento del bluetooth y para
la tarjeta electrónica. Debemos tener en cuenta que el módulo bluetooth maneja
transmisión de datos (tx) y recepción de datos (rx).
Gráfico 35 Modulo Bluetooth.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
En este proceso se presenta el diseño de la pantalla de inicio de la APP-Android tal como
se demuestra en el gráfico 36, en conjunto a la configuración de la aplicación.
Gráfico 36 Diseño de la pantalla de semaforización
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
58
También, se procede a programar la función de bluetooth aplicando programación de
bloques como se demuestra en el gráfico 37.
Gráfico 37 Programación del módulo Android
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
En este proceso se programa la conexión de bluetooth con las luces de los semáforos
donde el dispositivo Android, el módulo bluetooth HC-06 establecen una conexión tal
como se demuestra en los gráficos 38 y 39.
Gráfico 38 Programación del módulo bluetooth Android
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 39 Llamada al módulo bluetooth Android
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
59
En el segundo bloque vemos la asignación de tres botones con color del semáforo, en
esta etapa es donde se asigna la función que deben cumplir cada uno a la hora de ser
ejecutado el botón de modo manual o automático.
Gráfico 40 Colores del semáforo
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
60
PANELES SOLARES
Consideramos este aspecto, debido a que muchos semáforos de la ciudad de Guayaquil
carecen de un UPS, estos muchas veces no suelen estar en funcionamiento. Creemos
que si contaran con energía renovable para su uso de forma Backup.
A continuación, se evidencia la construcción del cargador de batería usando paneles
solares, tal como se demuestra en el gráfico 41.
Gráfico 41 Construcción del Cargador de Batería
Fuente: https://lasmonedasdejudas.blogspot.com/2017/02/construye-un-cargador-de-
bateria-solar.html
Autores: https://lasmonedasdejudas.blogspot.com/2017/02/construye-un-cargador-de-bateria-solar.html
La salida de la celda solar conecta mediante cables a la entrada del cargador de batería
de Litio (TP4056). (Campos, 2017) explica que, el polo negativo de la celda solar conecta
directamente al polo negativo del cargador de batería de litio (TP4056) mediante cable
negro, el polo positivo de la celda solar conecta a un diodo 1N4004 a su vez conecta al
polo positivo del cargador de batería de Litio TP4056 mediante cable rojo.
El diodo 1N4004 es un dispositivo semiconductor que permite paso de corriente eléctrica
a una dirección con características similares a un interruptor, un diodo rectificador suprime
la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir corriente alterna en
corriente continua. Obsérvese que la entrada TP4056 está limitada a un rango de voltaje
que oscila entre 4.5 y 5.5 V. En este circuito no hay un limitador de tensión entre la celda
solar el cargador de batería TP4056. Por ello, un diodo Zener podría ser utilizado para
limitar el voltaje y proteger el circuito. (Campos, 2017)
61
Gráfico 42 Panel solar implementado en nuestro prototipo.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 43 Diseño del Circuito con panel solar.
Fuente: https://lasmonedasdejudas.blogspot.com/2017/02/construye-un-cargador-de-
bateria-solar.html
Autores: https://lasmonedasdejudas.blogspot.com/2017/02/construye-un-cargador-de-bateria-solar.html
62
Transición del servicio: En esta etapa se pone a prueba el aplicativo de
semaforización digital con el objetivo de validar el funcionamiento total, verificar si no
existen posibles errores en dicho aplicativo.
Gráfico 44 Prueba de comandos.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 45 Prueba de APK desde mi móvil Samsung J7
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
63
Gráfico 46 Autenticación al ingresar a la aplicación para conectarse al bluetooth
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 47 Control del semáforo por medio de aplicación.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
64
Operación del servicio: Esta etapa procede a evidenciar la implementación del
sistema de semaforización digital.
Mejora continua: Con el transcurso del tiempo el sistema de semaforización digital se
ira adaptando a los nuevos cambios tecnológicos de manera constante ya que se irá
actualizando mediante la red de internet. Y en casos futuros utilizando un algoritmo de
Machine Learning.
ENTREGABLES DEL PROYECTO
Los entregables del proyecto son los siguientes:
➢ Cronograma de actividades.
➢ Código del Arduino Uno.
➢ Preguntas de encuestas.
65
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA
Para validar la propuesta tecnológica se estableció un dialogo con el Ing. Carlos Marcelo
Rúales Casal quien indico la siguiente orientación para la respectiva validación del
proyecto de titulación en desarrollo.
➢ CA: Completamente de Acuerdo.
➢ DA: De Acuerdo.
➢ ID: Indiferente.
➢ ED: En desacuerdo.
➢ CD: Completamente en desacuerdo.
Tabla 6 Criterios de Validación de la Propuesta
Criterios del proyecto CA DA ID ED CD
El sistema de semaforización digital es una solución para
disminuir el congestionamiento vehicular. X
Por medio del sistema de semaforización digital habrá
eficiencia en el tránsito. X
El sistema de semaforización digital reemplaza a los
semáforos tradicionales ya que este cuenta con una
aplicación de toma decisiones
X
Los vigilantes de tránsito podrán hacer cumplir la ley por
medio del sistema de semaforización digital. X
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS Para dar inicio con el proceso de recolección de la información, la medición del nivel de
aceptación del proyecto se utiliza como técnica de instrumentación de recopilación de
datos la encuesta que se encuentra dirigida a un total de 41 personas que laboran como
vigilantes de tránsito.
A continuación, se presenta los indicadores de la encuesta:
➢ Total, 4 preguntas.
➢ Gráficos de pastel para la tabulación de los resultados.
➢ Google Form para el ingreso de las encuestas.
➢ Total, de encuestados 41 personas.
➢ Uso de redes sociales, correos electrónicos, mensajería instantánea para el envío
de las encuestas
66
1. ¿Los Gobiernos Autónomos Descentralizados han considerado
implementar un sistema de semaforización digital?
Tabla 7 Pregunta 1
Opciones Cantidad Resultados
Muy Frecuente 24 58.5 %
Frecuentemente 4 9.80 %
Ocasionalmente 4 9.80 %
Raramente 6 14.60 %
Nunca 3 7.30 %
Total 41 100 %
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 48 Porcentaje de Respuesta de la pregunta 1.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Análisis: Durante la encuesta se verifico que el 58.50% de las personas encuestadas
indican que los Gobiernos Autónomos Descentralizados han considerado en implementar
un sistema de semaforización digital.
67
2. ¿Se ha realizado una planificación estratégica para la implementación de
sistemas de semaforización digital en la ciudad de Guayaquil?
Tabla 8 Pregunta 2
Opciones Cantidad Resultados
SI 34 82.90 %
NO 7 17.10 %
Total 41 100 %
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 49 Porcentaje de Respuesta de la pregunta 2.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Análisis: Durante la encuesta se verifico que el 82.90% de las personas encuestadas
indican que si se ha realizado una planificación estratégica para la implementación de
sistemas de semaforización digital en la ciudad de Guayaquil.
68
3. ¿Existe un plan estratégico que ayude a definir indicadores de tráfico, y
permita la implementación de sistemas de semaforización digital?
Tabla 9 Pregunta 3
Opciones Cantidad Resultados
SI 37 90.20 %
NO 4 9.80 %
Total 41 100 %
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 50 Porcentaje de Respuesta de la pregunta 3.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Análisis: Durante la encuesta se verifico que el 90.20% de las personas encuestadas
indican que existe un plan estratégico que ayude a definir indicadores de tráfico y que
permita la implementación de semáforos digitales.
69
4. ¿Ha presenciado quejas por parte de los usuarios que residen en la ciudad
de Guayaquil sobre el congestionamiento vehicular en diversos sectores de
la ciudad?
Tabla 10 Pregunta 4
Opciones Cantidad Resultados
SI 32 78 %
NO 9 22 %
Total 41 100 %
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 51 Porcentaje de Respuesta de la pregunta 4.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Análisis: Durante la encuesta se verifico que el 78% de las personas encuestadas indican
que existe un plan estratégico que si han presenciado quejas por parte de los usuarios
que residen en la ciudad de Guayaquil sobre el congestionamiento vehicular.
70
CAPÍTULO IV
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL PRODUCTO O SERVICIO
Tabla 11 Matriz de Aceptación del Producto CRITERIOS O
ALCANCES CUMPLIMIENTO % CUMPLIMIENTO
Diseño del circuito
Digital sobre la
semaforización
inteligente en la
herramienta PROTEUS.
SI 100 %
Programación del
Arduino UNO. SI 100 %
Desarrollo de la
aplicación móvil Android
empleando
programación de
bloques.
SI 100 %
Construcción del
cargador de batería para
la alimentación del
circuito.
SI 100 %
Cronograma de
Actividades del proyecto SI 100 %
Encuestas del proyecto SI 100 %
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
71
CONCLUSIONES
• Mediante el diseño del prototipo de semáforo digital basado en open hardware se
verificó todas las funcionalidades de los semáforos sobre el cambio de luces
mediante periodos programados. El control por aplicación móvil fue uno de los
puntos importantes ya por medio de este podemos aumentar la eficiencia de los
mismos semáforos donde mediante una conexión entre el semáforo y un
dispositivo móvil a través de una red bluetooth se visualizaron los estados de
cambio de luces de forma automática.
• El sistema de paneles solares es de gran ayuda ya por medio de este los
semáforos pueden seguir operativos mediante largos periodos de tiempo
eliminando posibles interrupciones de los servicios levantados en el prototipo de
semáforo digital.
• El prototipo de semáforo digital mejora el funcionamiento de semáforos
tradicionales donde el cambio de luces se da mediante periodos de tiempo
programado por medio de la detección de sonidos o ruidos. Logrando a su vez
que el prototipo pueda tomar decisiones en base a condiciones programadas.
72
RECOMENDACIONES
• Implementar funciones de control en el proceso de desarrollo de una aplicación
móvil Android para realizar procedimientos de manejo del sistema de
semaforización digital mediante la red de internet.
• Implementar un sistema alimentación eléctrica independiente de voltaje basado
en paneles solares para que los semáforos operen las 24 horas del día y los 7
días de la semana.
• Ejecutar ambientes de simulación sobre semáforos digitales con el objetivo de que
organizaciones en base a pruebas controladas puedan implementar un semáforo
que sea capaz de establecer toma de decisiones y ser controlado mediante la red
de internet.
73
BIBLIOGRAFÍA
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75
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE
INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 1: MANUAL TÉCNICO 1- PROGRAMACIÓN DE MICROCONTROLADOR
ARDUINO
76
MANUAL TÉCNICO
INTRODUCCIÓN:
El presente manual detalla el código que se cargó en el microcontrolador Arduino
Para realizar las diferentes funciones, se detallará:
• Librerías
• Variables
• Funciones
• Validaciones
Gráfico 52 Código.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
77
#include <SoftwareSerial.h>
/*
Modos:
1- Normal
2- Amarillo parpadeante
3- Manual
Estados:
1- 1Vd - 2Vm
2- 1Am - 2Vm
3- 1Vm - 2Vd
4- 1Vm - 2Am
Velocidades:
1-Rápido
2-Normal
3-Lento
*/
SoftwareSerial miBT(3, 4);//(rx,tx);
#include <EEPROM.h>
#define pin1Ro 11
#define pin1Am 12
#define pin1Vd 13
#define pin2Ro 5
#define pin2Am 6
#define pin2Vd 7
#define delayV1 5;
#define delayV1Am 1;
#define delayV2 20;
#define delayV2Am 6;
#define delayV3 80;
#define delayV3Am 12;
char dato=0;
byte modo;
byte estado;
byte velocidad;
byte modoAnt;
78
byte estadoAnt;
byte startMode;
byte startVelo;
byte parpadea;
int delayControl;
int cicloSemaforo;
String comando;
char serialBuff,DATO;
int blueth=0;
boolean ledstadoR=0,ledstadov=0,ledstadoA=0;
int triguer=10,eco=9,duracion,distancia;
int cerca=1;
void setup() {
pinMode(pin1Ro, OUTPUT); //Pin Rojo - Semaforo 1
pinMode(pin1Am, OUTPUT); //Pino Amarillo - Semaforo 1
pinMode(pin1Vd, OUTPUT); //Pino Verde - Semaforo 1
pinMode(pin2Ro, OUTPUT); //Pino Rojo - Semaforo 2
pinMode(pin2Am, OUTPUT); //Pino Amarillo - Semaforo 2
pinMode(pin2Vd, OUTPUT); //Pino Verde - Semaforo 2
pinMode(triguer,OUTPUT);
pinMode(eco,INPUT);
miBT.begin(9600);
//Lee el modo de inicio y graba el siguiente modo de inicio en la EEPROM
startMode = EEPROM.read(0);
if (startMode == 0){
EEPROM.write(0, 1);
} else {
EEPROM.write(0, 0);
}
//Lee el modo de inicio y graba el siguiente modo de inicio en la EEPROM
startVelo = EEPROM.read(1);
if ((startVelo < 1) || (startVelo > 3)) {
startVelo = 2; //Velocidad Inicial = Normal
EEPROM.write(1, 2);
}
//Inicia las variables
79
modo = startMode + 1;
estado = 1;
velocidad = startVelo;
parpadea = 0;
delayControl = 0;
cicloSemaforo = 0;
modoAnt = 99; //Fuerza la primera ejecución
estadoAnt = 99; //Fuerza la primera ejecución
comando = "";
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
digitalWrite(triguer,HIGH);
delay(1);
digitalWrite(triguer,LOW);
duracion = pulseIn(eco,HIGH);
distancia=duracion/58.2;
//Serial.println(distancia);
if(distancia<=30&&distancia>=0)
{digitalWrite(pin1Vd,HIGH);
digitalWrite(pin1Ro,LOW);
digitalWrite(pin1Am,LOW);
cerca=0;
}
else
{
if(cerca!=1)
digitalWrite(pin1Vd,LOW);
cerca=1;
}
if (miBT.available()){
DATO = miBT.read();
if(DATO=='a')blueth=!blueth;
if(blueth==1){
if( DATO == '1' )digitalWrite(pin1Ro,!digitalRead(pin1Ro));
80
if ( DATO == '2' )digitalWrite(pin1Am,!digitalRead(pin1Am));
if ( DATO == '3' )digitalWrite(pin1Vd,!digitalRead(pin1Vd));
}
}
if (delayControl < 49) { //Se realizan 49 ciclos sin actividad, pero recibiendo comandos.
Las actividades se ejecutan sólo en el ciclo 50.
while (Serial.available() > 0) {
serialBuff = Serial.read();
comando = comando + serialBuff;
if(serialBuff=='a')blueth=!blueth;
if(serialBuff=='b'){digitalWrite(pin1Ro,!digitalRead(pin1Ro));}
if(serialBuff=='c') {digitalWrite(pin1Am,!digitalRead(pin1Am));}
if(serialBuff=='d'){digitalWrite(pin1Vd,!digitalRead(pin1Vd));}
}
if (comando != "") {
if ((comando.substring(0,1) == "V") || (comando.substring(0,1) == "v")) { //Velocidad
if (comando.substring(1,2) == "1") { velocidad = 1; } //Rápido
if (comando.substring(1,2) == "2") { velocidad = 2; } //Normal
if (comando.substring(1,2) == "3") { velocidad = 3; } //Lento
cicloSemaforo = 0;
EEPROM.write(1, velocidad);
}
if ((comando.substring(0,1) == "M") || (comando.substring(0,1) == "m")) { //Modo
if (comando.substring(1,2) == "1") { modo = 1; } //Normal
if (comando.substring(1,2) == "2") { modo = 2; } //Amarillo Parpadeando
if (comando.substring(1,2) == "3") { modo = 3; } //Manual
cicloSemaforo = 0;
delayControl = 50;
estadoAnt = 99; //Fuerza la ejecución
}
if (comando.substring(0,1) == "*") { //Cambia el estado del semáforo
estado++;
if (estado > 4) { estado = 1; }
delayControl = 50; //Fuerza la ejecución inmediata
}
81
comando = "";
}
delayControl++;
} else {
if ((modo == 1) || (modo == 3)) { //Modo Automático o Manual
if (modo != modoAnt) { //Inicia el estado para cuando el modo se cambia a normal
(también se ejecuta cuando se inicia)
estado = 1;
cicloSemaforo = 0;
}
if (cicloSemaforo > 0) { //Cuenta los ciclos para cambiar de fase
cicloSemaforo--;
} else {
if (modo == modoAnt) { //Inicia el estado para cuando el modo se cambia a
normal (también se ejecuta cuando se inicia)
if (modo == 1) { //Si es el modo Automático
estado++;
if (estado > 4) { estado = 1; }
}
}
//Atualiza o tempo do ciclo
if ((estado == 1) || (estado == 3)) {
switch (velocidad) {
case 1: //Rápido
cicloSemaforo = delayV1;
break;
case 2: //Normal
cicloSemaforo = delayV2;
break;
default: //Lento
cicloSemaforo = delayV3;
break;
}
} else {
switch (velocidad) {
case 1: //Rápido
82
cicloSemaforo = delayV1Am;
break;
case 2: //Normal
cicloSemaforo = delayV2Am;
break;
default: //Lento
cicloSemaforo = delayV3Am;
break;
}
}
}
//Proceso del Estado
if (estado != estadoAnt) {
switch (estado) {
case 1: //1Vd - 2Ro
if(blueth==0) {
digitalWrite(pin1Vd, HIGH);
digitalWrite(pin1Ro, LOW);
digitalWrite(pin1Am, LOW);
}
digitalWrite(pin2Ro, HIGH);
digitalWrite(pin2Vd, LOW);
digitalWrite(pin2Am, LOW);
break;
case 2: //1Am - 2Ro
if(blueth==0)
{digitalWrite(pin1Am, HIGH);
digitalWrite(pin1Ro, LOW);
digitalWrite(pin1Vd, LOW);
}
digitalWrite(pin2Ro, HIGH);
digitalWrite(pin2Vd, LOW);
digitalWrite(pin2Am, LOW);
break;
case 3: //1Ro - 2Vd
83
if(blueth==0)
{digitalWrite(pin1Ro, HIGH);
digitalWrite(pin1Vd, LOW);
digitalWrite(pin1Am, LOW);
}
digitalWrite(pin2Vd, HIGH);
digitalWrite(pin2Am, LOW);
digitalWrite(pin2Ro, LOW);
break;
case 4: //1Ro - 2Am
if(blueth==0)
{ digitalWrite(pin1Ro, HIGH);
digitalWrite(pin1Vd, LOW);
digitalWrite(pin1Am, LOW);
}
digitalWrite(pin2Am, HIGH); digitalWrite(pin2Vd, LOW);
digitalWrite(pin2Ro, LOW);
break;
}
estadoAnt = estado;
}
}
if (modo == 2) { //Modo parpadeante
digitalWrite(pin1Ro, LOW);
digitalWrite(pin1Vd, LOW);
digitalWrite(pin2Ro, LOW);
digitalWrite(pin2Vd, LOW);
if (parpadea == 0) {
digitalWrite(pin1Am, LOW);
digitalWrite(pin2Am, LOW);
parpadea = 1;
} else {
digitalWrite(pin1Am, HIGH);
digitalWrite(pin2Am, HIGH);
parpadea = 0;
}
84
}
delayControl = 0;
modoAnt = modo;
}
delay(10);
}
ELABORACION DEL CODIGO PARA CAMBIAR EL NOMBRE DEL BLUETOOTH HC-
06
#include <SoftwareSerial.h>
/*
CONEXIONES:
ARDUINO BLUETOOTH
5V VCC
GND GND
PIN 2 TX
PIN 3 RX
*/
SoftwareSerial blue(2, 3); //Crea conexion al bluetooth - PIN 2 a TX y PIN 3 a RX
char NOMBRE[21] = "SEMAFORO_DANNY_JESS"; // Nombre de 20 caracteres
maximo
char BPS = '4'; // 1=1200 , 2=2400, 3=4800, 4=9600, 5=19200, 6=38400,
7=57600, 8=115200
char PASS[5] = "1234"; // PIN O CLAVE de 4 caracteres numericos
void setup()
{
blue.begin(9600); // inicialmente la comunicacion serial a 9600 Baudios (velocidad de
fabrica)
pinMode(13,OUTPUT);
digitalWrite(13,HIGH); // Enciende el LED 13 durante 4s antes de configurar el
Bluetooth
delay(4000);
digitalWrite(13,LOW); // Apaga el LED 13 para iniciar la programacion
blue.print("AT"); // Inicializa comando AT
delay(1000);
85
blue.print("AT+NAME"); // Configura el nuevo nombre
blue.print(NOMBRE);
delay(1000); // espera 1 segundo
blue.print("AT+BAUD"); // Configura la nueva velocidad
blue.print(BPS);
delay(1000);
blue.print("AT+PIN"); // Configura el nuevo PIN
blue.print(PASS);
delay(1000);
}
void loop()
{
digitalWrite(13, !digitalRead(13)); // cuando termina de configurar el Bluetooth queda
el LED 13 parpadeando
delay(300);
86
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE
INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 2: MANUAL TÉCNICO 1- CONSTRUCIÓN DE LA
APLICACIÓN EN APPINVERTOR
87
MANUAL TÉCNICO
CREACION DE APK EN
APPINVENTOR
App Inventor es una interfaz de desarrollo de software creado por Google para la
crear aplicaciones dirigidas al sistema operativo de Android. “Su lenguaje es
gratuito su acceso fácil en la web, las aplicaciones diseñadas con App Inventor
están limitadas por su simplicidad y Permiten cubrir un gran número de
necesidades básicas en un dispositivo móvil.” (Programoergosum, 2018)
Gráfico 53 Menú App Inventor.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Las aplicaciones creadas mediante App Inventor están compuestas por elementos que
se muestran en el siguiente diagrama:
Gráfico 54 Arquitectura de aplicación en App Inventor.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
88
Para empezar a crear un nuevo proyecto nos ubicamos en el menú y seleccionamos
comenzar proyecto. Asignamos un nombre para la aplicación, damos clic en el
aceptar para continuar con su configuración. Una vez dentro se procederá a crear
la aplicación en la interfaz App Inventor, el cual es de suma importancia porque
por medio de este se podrá manejar al semáforo de forma remota y permitirá el
intercambio de información entre este dispositivo y el microcontrolador.
Gráfico 55 Creación del APK.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
La aplicación que creamos desde App Inventor consta de un botón principal que
es el encargado de buscar el bluetooth, asignado para la comunicación con nuestra
tarjeta electrónica. Realizara las funciones asignadas por nuestra APK, tenemos
tres botoneras principales que consistente en los colores del semáforo eso quiere
decir encienden, apagan los tres colores del semáforo. Como último tiene un botón
que es para seleccionar al semáforo en modo manual o modo automático.
89
Gráfico 56 Creación de la aplicación Bluetooth.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Detalles de programación en bloques para la configuración del APK
En la primera imagen aparece la función de llamado de nuestro bluetooth y
funcionalidad que debe tener para la transmisión y recepción de datos con nuestro
dispositivo móvil.
Gráfico 57 Programación en bloques, función Bluetooth.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
En el segundo bloque observamos la asignación de los tres botones con cada color
del semáforo en esta etapa es donde se asigna la función que deben cumplir cada
90
uno a la hora de ser ejecutado el botón de modo manual o automático.
Gráfico 58 Programación en bloques, funciones y colores.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 59 Icono de la aplicación Bluetooth.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 3: 1- PREGUNTAS DE LA
ENCUENTAS REALIZADA A LOS AGENTES DE LA ATM
92
Gráfico 60 Encuesta en Google Form.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE
INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 4: 1- LOGO DE LA APLICACIÓN
TRAFFIC LIGHT
94
Gráfico 61 Logo de la aplicación TRAFFIC LIGHT.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
95
Gráfico 62 Aplicación TRAFFIC LIGHT en smartphone.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
96
Gráfico 63 Icono TRAFFIC LIGHT.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 64 Icono TRAFFIC LIGHT desde el smartphone.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE
INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 6: MANUAL TÉCNICO 1- ESQUEMAS DE CONEXIÓN
DEL PROTOTIPO
98
Gráfico 65 Sistema de Semáforo digital con tres funcionalidades.
• Bluetooth
• Sensor Ultrasónico
• Consola
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Gráfico 66 Sistema de energía emergente.
• Panel Solar
100
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INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 7: MANUAL TÉCNICO 1- IMPLEMENTACION DEL PROTOTIPO EN MAQUETA
101
Gráfico 67 Maqueta armada.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 68 Construcción de semáforos.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
102
Gráfico 69 Montaje de semáforos con leds.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 70 Modulo Bluetooth.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
103
Gráfico 71 Implementación de los semáforos en las calles.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 72 Implementación del sensor en el semáforo.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
104
Gráfico 73 Placa de Arduino.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 74 Conectando panel solar al Arduino.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
105
Gráfico 75 Prueba de semáforo en la maqueta.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 8: MANUAL TÉCNICO 1- TARJETAS
DEL SEMÁFORO
107
MANUAL TÉCNICO
ELABORACIÓN DE TARJETA DE SEMÁFORO
Para este caso se elabora la tarjeta del semáforo y se la pone a prueba como se
muestra en el gráfico 76.
Gráfico 76 Tarjeta del semáforo.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Paso 1. Debemos buscar un modelo de circuito e imprimir con una
impresora que sea de gran calidad para que tus diseños salgan nítidos.
Que impriman con el papel de transferencia de calor. Evitar las manchas o
suciedad. (Ciberstronic, 2018)
Paso 2. Comprar una placa de cobre y debemos a comenzar a cortar con
tijeras, pero recuerda cortar la placa depende del tamaño del circuito
impreso. (Ciberstronic, 2018)
Paso 3. Secar la placa de cobre que quede limpia, pega el circuito al cobre.
Encienda la plancha con una temperatura más alta, comience a planchar
en una plataforma sólida Manténgase en la misma dirección cuando
planche, empuje tan fuerte como pueda. (Ciberstronic, 2018)
Paso 4. Cuando esté hecha la transferencia de calor debes ver como ha
quedado cuando todavía está caliente. debes ver si ha quedado como
usted quiere. (Ciberstronic, 2018)
Paso 5. Aquí se desmonta papel, es necesario comprobar el circuito del
108
diagrama para detectar cualquier fallo o cortocircuito, debes limpiar con
cepillo suave en caso de fallas, debes utilizar marcador permanente para
dibujar el circuito que quede igual como el diagrama de circuito.
(Ciberstronic, 2018)
Paso 6. En este proceso para hacer el grabado químico debe de utilizar un
poco de Cloruro férrico, Ponga un poco de Cloruro férrico, dentro de
una caja plástica y disuelva con suficiente agua, después puedes poner la
placa de cobre en el interior y debes agitar la caja. (Ciberstronic, 2018)
Paso 7. El cobre debe quedar grabado completamente, se puede sacar la
placa de cobre de la caja. Debes de limpiar inmediatamente con agua.
(Ciberstronic, 2018)
Gráfico 77 Tarjeta impresa junto al papel, lista para planchar.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Gráfico 78 Tarjeta impresa.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 9: MANUAL TÉCNICO 1- DISEÑAR UN
MANUAL TÉCNICO DESCRIBIENDO EL
PROCESO DE IMPLEMENTACIÓN DEL
SISTEMA DE SEMAFORICACIÓN
DIGITAL
110
MANUAL TÉCNICO
Arduino Uno
Arduino es la plataforma de desarrollo de proyectos en electrónica y
robótica más utilizada a nivel mundial, esto debido a su facilidad de
aprendizaje y uso, abundante documentación y múltiples aplicaciones.
Arduino Uno R3 es una tarjeta de desarrollo que utiliza el microcontrolador
ATmega328P (Atmel), es la versión más recomendada para iniciarse en
esta plataforma.
Arduino Uno R3 posee 14 entradas/salidas digitales (6 pueden usarse
como PWM), 6 entradas analógicas, un resonador cerámico de 16 MHz,
conexión USB, conector de alimentación, conector ICSP y un botón de
Reset. La tarjeta contiene todo lo necesario para el funcionamiento del
microcontrolador; basta conectarlo al puerto USB o alimentarlo con una
fuente de voltaje continuo o una batería para empezar a usarlo.
Gráfico 79 Arduino UNO.
Fuente: https://naylampmechatronics.com/buscar?controller=search&orderby=position&or
derway=desc&search_query=led&submit_search=
Autores: NaylampMechatronics
111
Especificaciones Técnicas
• Microcontrolador: ATmega328P
• Chip USB: ATmega16U2
• Voltaje de Operación: 5V
• Voltaje de alimentación: 6-20V (7-12V recomendado)
• Pines digitales I/O: 14 (6 salidas PWM)
• Entradas analógicas: 6
• Corriente máxima entrada/salida: 40mA
• Memoria flash: 32K
• Memoria SRAM: 2K
• Memoria EEPROM: 1K
• Velocidad de reloj: 16Mhz
112
Módulo Bluetooth HC06
El módulo Bluetooth HC-06 nos permite conectar nuestros proyectos con
Arduino a un smartphone, celular o PC de forma inalámbrica (Bluetooth),
con la facilidad de operación de un puerto serial. La transmisión se realiza
totalmente en forma transparente al programador, por lo que se conecta en
forma directa a los pines seriales de nuestro microcontrolador preferido
(respetando los niveles de voltaje, ya que el módulo se alimenta con 3.3V).
Todos los parámetros del módulo se pueden configurar mediante
comandos AT. La placa también incluye un regulador de 3.3V, que permite
alimentar el módulo con un voltaje entre 3.6V - 6V. Este módulo es el
complemento ideal para nuestros proyectos de robótica, domótica y control
remoto con Arduino, PIC, Raspberry PI, ESP8266, ESP32, STM32, etc.
Gráfico 80 Módulo Bluetooth.
Fuente: https://naylampmechatronics.com/buscar?controller=search&orderby=position&or
derway=desc&search_query=led&submit_search=
Autores: NaylampMechatronics
113
Especificaciones Técnicas
• Voltaje de operación: 3.3V - 5VDC
• Corriente de operación: < 40mA
• Corriente modo sleep: < 1mA
• Chip: BC417143
• Bluetooth: V2.0+EDR
• Frecuencia: Banda ISM de 2,4 GHz
• Modulación: GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)
• Potencia de emisión: 4 dBm, clase 2
• Sensibilidad: -84dBm a 0.1% VER
• Alcance 10 metros
• Interfaz de comunicación: Serial UART TTL
• Velocidad de transmisión: 1200bps hasta 1.3Mbps
• Baudrate por defecto: 9600,8,1,n.
• Velocidad asíncrona: 2.1Mbps (máx.) / 160 kbps.
• Velocidad síncrona: 1Mbps/1Mbps
• Seguridad: Autenticación y encriptación
• Compatible con Android
• Dimensiones: 37*16 mm
• Peso: 3.2 gramos
El estándar Bluetooth está basado en un modo operacional
maestro/esclavo.
Slave: funciona sólo como esclavo en la comunicación, es decir, espera a
que el maestro le dé una orden.
Host: funciona sólo como anfitrión (maestro) de la comunicación, es decir,
escoge con qué esclavo comunicarse.
Host/Slave: puede funcionar como ambos, es configurable a través
comandos AT.
114
El módulo Bluetooth HC-06 viene configurado de fábrica para trabajar
como Slave.
Parámetros de fabrica
• Baudrate: 9600, N, 8, 1
• Nombre: HC-06 o Linvor
• Código Pin: 1234
Sensor Ultrasonido HC-SR04
El sensor HC-SR04 es un sensor de distancia de bajo costo que utiliza
ultrasonido para determinar la distancia de un objeto en un rango de 2 a
450 cm. Destaca por su pequeño tamaño, bajo consumo energético, buena
precisión y excelente precio. El sensor HC-SR04 es el más utilizado dentro
de los sensores de tipo ultrasonido, principalmente por la cantidad de
información y proyectos disponibles en la web. De igual forma es el más
empleado en proyectos de robótica como robots laberinto o sumo, y en
proyectos de automatización como sistemas de medición de nivel o
distancia.
Gráfico 81 Sensor HC-SR04.
Fuente: https://naylampmechatronics.com/buscar?controller=search&orderby=position&or
derway=desc&search_query=led&submit_search=
Autores: NaylampMechatronics
115
El sensor HC-SR04 posee dos transductores: un emisor y un receptor
piezoeléctricos, además de la electrónica necesaria para su operación. El
funcionamiento del sensor es el siguiente: el emisor piezoeléctrico emite 8
pulsos de ultrasonido(40KHz) luego de recibir la orden en el pin TRIG, las
ondas de sonido viajan en el aire y rebotan al encontrar un objeto, el sonido
de rebote es detectado por el receptor piezoeléctrico, luego el pin ECHO
cambia a Alto (5V) por un tiempo igual al que demoró la onda desde que
fue emitida hasta que fue detectada, el tiempo del pulso ECO es medido
por el microcontrolador y así se puede calcular la distancia al objeto. El
funcionamiento del sensor no se ve afectado por la luz solar o material de
color negro (aunque los materiales blandos acústicamente como tela o lana
pueden llegar a ser difíciles de detectar).
La distancia se puede calcular utilizando la siguiente formula:
Distancia(m) = {(Tiempo del pulso ECO) * (Velocidad del sonido=340m/s)}/2
El sensor US-016 es similar al HC-SR04 pero con salida de tipo analógico,
otro sensor ultrasonido es el sensor US-100 con salida de tipo uart/serial.
Especificaciones técnicas
• Voltaje de Operación: 5V DC
• Corriente de reposo: < 2mA
• Corriente de trabajo: 15mA
• Rango de medición: 2cm a 450cm
• Precisión: +- 3mm
• Ángulo de apertura: 15°
• Frecuencia de ultrasonido: 40KHz
• Duración mínima del pulso de disparo TRIG (nivel TTL): 10 μS
• Duración del pulso ECO de salida (nivel TTL): 100-25000 μS
• Dimensiones: 45mm x 20mm x 15mm
• Tiempo mínimo de espera entre una medida y el inicio de otra
20ms (recomendable 50ms)
116
Pines de conexión
• VCC (+5V DC)
• TRIG (Disparo del ultrasonido)
• ECHO (Recepción del ultrasonido)
• GND (0V)
117
Panel Solar 5.5V 0.6W
Gráfico 82 Panel Solar.
Fuente: https://naylampmechatronics.com/buscar?controller=search&orderby=position&or
derway=desc&search_query=led&submit_search=
Autores: NaylampMechatronics
Panel solar de 0.6W/5.5V ideal para proyectos de bajo consumo
energético.
Muy utilizado en aplicaciones de robótica móvil.
Especificaciones técnicas
• Potencia: 0.6W
• Voltaje (máx.): 5.5V
• Protección epoxica resistente
• Material: Silicio policristalino
• Corriente de trabajo (máx.): 90mA
• Dimensiones: 65mm*65mm*3mm
118
Diodos Led
Los leds agregan siempre un toque llamativo a nuestros proyectos. Este
modelo de led tiene la cubierta difusa, por lo que la luz se difumina por casi
todo el led, logrando un efecto más agradable a la vista. Hemos
seleccionado especialmente este led para nuestro starter kit por sus
excelentes prestaciones. Ideal para trabajar con Arduino y Protoboard,
puedes cargar el sketch: "Blink" para tus primeras pruebas.
Estos leds están disponibles en 5 colores: Blanco, Azul, Rojo, Verde y
Ámbar.
No pueden faltar en tu laboratorio de electrónica, los puedes utilizar como
indicadores, para carteles, cubos led y un sin fin de aplicaciones.
Gráfico 83 Led.
Fuente: https://naylampmechatronics.com/buscar?controller=search&orderby=position&or
derway=desc&search_query=led&submit_search=
Autores: NaylampMechatronics
Especificaciones técnicas
• Voltaje de Operación: Rojo:1.8V/Verde:2.25V/Azul:3.0V
• Luminosidad: (R:800,G:4000,B:900) mcd
• Ángulo de visión: 20º
• Diámetro: 5mm
• Temperatura de trabajo: -40ºC hasta 70ºC
119
Para definir el funcionamiento del circuito digital primero se debe definir la
declaración de los pines que irán conectado a los LED. En este caso se está
utilizando los pines 11,12,13 para el primer semáforo.
Para el segundo semáforo se utiliza los pines 5,6,7. Luego de estar conectado los
pines correctamente al microcontrolador se establece carga el programa e
inmediatamente comenzara a trabajar. Tengamos en cuenta que desde el
microcontrolador se ha conectado un pulsador para poder controlar semáforo en
caso de emergencia.
El semáforo puede ser controlado por monitor serial mediante los siguientes
comandos m1 pondrá el semáforo en modo automático, m2 pondrá en modo
amarillo parpadeante, m3 lo ponemos modo manual es decir debemos ingresar un
* para seleccionar los colores del semáforo en el color que deseamos. Se alteran
los intervalos refiriéndose a la velocidad de cambio de los colores del semáforo.
El semáforo en modo automático mediante el comando v1 hará un cambio rápido
de cada semáforo, v2 volverá a cambiar a la velocidad normal de cambio del
semáforo, v3 se volverá muy lento el semáforo.
120
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CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ANEXO 10: INFORME DE PRUEBAS:
BLUETOOTH SENSOR
CONSOLA PANEL SOLAR
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Bluetooth HC-06
El funcionamiento del bluetooth nos va a permitir una relación entre un pc que a
su vez podría reemplazarse por un dispositivo móvil conectados a nuestro
microcontrolador, accediendo a que en su configuración pueda existir
comunicación entre el terminal modem y el usuario, asegurando directamente ser
autentico, alimentando su encriptación manteniendo 4dBm, Class 2 de transmisión
en su potencia, podemos trabajar hasta una distancia de 5m.
Gráfico 84 Autenticación de APK.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
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Sensor Ultrasónico
Mantiene una interfaz simple que solo tiene 4 hilos de corriente continua,
sustentando un disparador para poder ser almacenado en la base de datos que
va a permitir que un objeto se asocie directamente con tablas, sosteniendo su
puesta a tierra.
Su pulso de frecuencia será 40 KHz, pulso ultrasónico 15º, módulo de dimensión
5x20x15 mm para esta prueba utilizaremos una distancia de 20cm
Gráfico 85 Sensor.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
Consola
Con esta aplicación utilizaremos el formato de entrada y salida el cual ha sido
desarrollado directamente por Arduino siendo la herramienta serial que nos
permite utilizar el software, mediante esta consola directamente vamos a
mantener comunicación entre el eco 911 y nuestros semáforos los cuales se van
a mantener sincronizados las funciones normales rápido manual cada una será
utilizada según la necesidad que se presente en el momento.
123
Panel solar
Bajo la necesidad de mantener la renovación solar utilizaremos una batería
de 12v la cual nos va a permitir llamar la presencia para de esta manera
podemos aumentar el voltaje que será utilizado en casos de corte de
energía
Gráfico 86 Panel Solar.
Fuente: Trabajo de Investigación
Autores: Jessenia Sánchez-Danny Reyes
