Ciencias de la Ingeniería

PJ-CI-60-JG Chaleco especializado para personas con discapacidad visual con el programa Arduino IDE y un sensor Ultrasónico HC-SRO4 para lugares no concurridos

Salud y Bienestar
Reducción de las desigualdades

Asesor: Laura Saldaña

Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)

Equipo [Equipo 1] Rodrigo Ibarra Hernandez[Cozumel], Carlos Emiliano Rodriguez Maldonado[Cozumel], Zahid Isrrael Olvera Candelario[Cozumel]

Resumen

El proyecto que realizamos busca elaborar un chaleco especializado para personas con discapacidades visuales con el cual puedan distinguir obstáculos, en este caso a personas con ceguera. El prototipo del chaleco se realizará utilizando una tarjeta Arduino colocada en un protoboard, colocando también un sensor ultrasónico que genera un sonido cuando detecta un objeto frente a él.  La ceguera es la falta de vision, que se divide en cuatro niveles: vision normal, discapacidad visual moderada, discapacidad visual grave y ceguera. También se puede referir a la pérdida de la visión que no se puede corregir con lentes convencionales o con lentes de contacto. Las personas con una visión inferior a 20/200, incluso con gafas o lentes de contacto, se consideran legalmente ciegas; agudeza visual de entre 3/60 y 6/60 con una reducción grave del campo de visión, como visión de túnel. Agudeza visual de 6/60 o superior, pero con un campo de visión muy reducido, especialmente si la visión es muy deficiente en la parte inferior del campo. En México, el 30% de la población tiene algún problema visual, sobre todo miopía y astigmatismo, hay alrededor de 700 mil personas con discapacidad ocular como ceguera o debilidad que la adquirieron por enfermedad, accidente o de forma congénita y en cuanto a niños menores de 15 años en el mundo hay alrededor de 12 millones por diferentes motivos, de éstos 1.4 millos de menores que sufren una ceguera irreversible.

 

Documento Chaleco especializado para personas con discapacidad visual con el programa Arduino IDE y un sensor Ultrasónico HC-SRO4 para lugares no concurridos

 

Lonas Chaleco especializado para personas con discapacidad visual con el programa Arduino IDE y un sensor Ultrasónico HC-SRO4 para lugares no concurridos

Pregunta de Investigación

¿Cómo fabricar un prototipo de chaleco con el programa Arduino IDE y sensor ultrasónico para ayudar a personas con discapacidad visual a detectar objetos y así poder desplazarse en calles no concurridas?

Planteamiento del Problema

Las personas con discapacidad visual, tienden a tener accidentes al momento de salir a la calle incluso con bastón, por ejemplo chocar con personas u objetos.

Según José Antonio Martínez García Secretario de Salud y Director General de los Servicios de Salud del Estado de Puebla comenta que en el mundo hay aproximadamente 180 millones de personas con discapacidad visual, de las cuales en 40 y 45 millones son ciegas y 246 millones presentan baja visión.

Aproximadamente un 90% de la carga mundial de discapacidad visual se concentra en los países en desarrollo.

En México, el 30% de la población tiene algún problema visual, sobre todo miopía y astigmatismo. Hay alrededor de 700 mil personas con discapacidad ocular como ceguera o debilidad que la adquirieron por enfermedad, accidente o de forma congénita. El costo de un bastón de ayuda para personas con estos problema puede alcanzar hasta $1,700 a $2,000; lo que puede ser complicado para algunas personas el adquirirlo para mejorar su calidad de vida.

Antecedentes

Arduino es una plataforma de creación de electrónica de código abierto, la cual está basada en hardware y software libre, flexible y fácil de utilizar para los creadores y desarrolladores. Esta plataforma permite crear diferentes tipos de microordenadores de una sola placa a los que la comunidad de creadores puede darles diferentes tipos de uso.

Arduino es una placa basada en un microcontrolador ATMEL. Los microcontroladores son circuitos integrados en los que se pueden grabar instrucciones, las cuales las escribes con el lenguaje de programación que puedes utilizar en el entorno Arduino IDE.

Arduino es un proyecto y no un modelo concreto de placa, lo que quiere decir que compartiendo su diseño básico te puedes encontrar con diferentes tipos de placas. Las hay de varias formas, tamaños y colores para a las necesidades del proyecto en el que estés trabajando, las hay sencillas o con características mejoradas, Arduinos orientados al Internet de las Cosas o la impresión 3D y, por supuesto, dependiendo de estas características te encontrarás con todo tipo de precios.

La plataforma Arduino se programa con un lenguaje propio basado en el lenguaje de programación de alto nivel Processing, lo que significa que es similar a C++. ¿Qué quiere decir esto? Que se trata de un lenguaje de programación de propósito general asociado a un sistema operativo llamado UNIX.

Además, las placas Arduino también cuentan con otro tipo de componentes llamados Escudos (Shields) o mochilas. Se trata de una especie de placas que se conectan a la placa principal para añadirle una infinidad de funciones, como GPS, relojes en tiempo real, conectividad por radio, pantallas táctiles LCD, placas de desarrollo, y un larguísimo etcétera de elementos.

La enorme flexibilidad y el carácter libre y abierto de Arduino hacen que puedas utilizar este tipo de placas prácticamente para cualquier cosa, desde relojes hasta básculas conectadas, pasando por robots, persianas controladas por voz o tu propia vending machine.

Sensor ultrasónico

Como su nombre lo indica, los sensores ultrasónicos miden la distancia mediante el uso de ondas ultrasónicas. El cabezal emite una onda ultrasónica y recibe la onda reflejada que retorna desde el objeto. Los sensores ultrasónicos miden la distancia al objeto contando el tiempo entre la emisión y la recepción.

Un sensor óptico tiene un transmisor y receptor, mientras que un sensor ultrasónico utiliza un elemento ultrasónico único, tanto para la emisión como la recepción. En un sensor ultrasónico de modelo reflectivo, un solo oscilador emite y recibe las ondas ultrasónicas, alternativamente. Esto permite la miniaturización del cabezal del sensor.

La distancia se puede calcular con la siguiente fórmula:

Distancia L = 1/2 × T × C

donde L es la distancia, T es el tiempo entre la emisión y la recepción, y C es la velocidad del sonido. (El valor se multiplica por 1/2 ya que T es el tiempo de recorrido de ida y vuelta.

La siguiente lista muestra las características típicas habilitadas por el sistema de detección.

Objeto transparente detectable

Dado que las ondas ultrasónicas pueden reflejarse en una superficie de vidrio o líquido, y retornar al cabezal, incluso los objetos transparentes pueden ser detectados.

Resistente a niebla y suciedad

La detección no se ve afectada por la acumulación de polvo o suciedad.

Objetos de forma compleja detectables

La detección de presencia es estable, incluso para objetos tales como bandejas de malla o resortes.

Chaleco

 

Usaremos un chaleco de seguridad vial, como el que usan los policías de tránsito, son unos chalecos

El chaleco es una prenda de vestir que cubre el torso, aunque en algunos casos, también se considera chaleco si tiene mangas. Algunos usuarios conocen esta prenda como “Chalequillo”.

Ceguera

La ceguera es la falta de visión. También se puede referir a la pérdida de la visión que no se puede corregir con lentes convencionales o con lentes de contacto.

Las personas con una visión inferior a 20/200, incluso con gafas o lentes de contacto, se consideran legalmente ciegas en la mayoría de los estados en los Estados Unidos.

Agudeza visual de entre 3/60 y 6/60 con una reducción grave del campo de visión, como visión de túnel. Agudeza visual de 6/60 o superior, pero con un campo de visión muy reducido, especialmente si la visión es muy deficiente en la parte inferior del campo.

La discapacidad visual adopta la forma de ceguera y baja visión. Las personas con ceguera no reciben ninguna información visual; muchas veces, los médicos las diagnostican como NPL (no percepción de la luz). Las personas con baja visión, aún con lentes, ven significativamente menos que una persona con vista normal.

La visión en México

Se llama visión a la capacidad de interpretar nuestro entorno gracias a los rayos de luz que alcanzan el ojo. También se entiende por visión toda acción de ver. La visión o sentido de la vista es una de las principales capacidades sensoriales del hombre y de muchos animales. Existen diferentes tipos de métodos para el examen de la visión.

El sentido de la vista está asegurado por un órgano receptor, el ojo; una membrana, la retina, estos reciben las impresiones luminosas y las transmite al cerebro por las vías ópticas. El ojo es un órgano par situado en la cavidad orbitaria. Está protegido por los parpados y por la secreción de la glándula lagrimal. Es movilizado por un grupo de músculos extrínsecos comandados por los nervios motores del ojo.

En el cerebro tiene lugar el complicado proceso de la percepción visual gracias al cual somos capaces de percibir la forma de los objetos, identificar distancias y detectar los colores y el movimiento.
La lesión de una de las estructuras del sistema visual puede causar ceguera aunque el resto no presente ninguna alteración. En la ceguera cortical ocasionada por una lesión en la región occipital del cerebro, se produce pérdida completa de visión aunque el ojo y el nervio óptico no presentan ninguna anomalía.

El ojo es la puerta de entrada por la que ingresan los estímulos luminosos que se transforman en impulsos eléctricos gracias a unas células especializadas de la retina que son los conos y los bastones.
El nervio óptico transmite los impulsos eléctricos generados en la retina al cerebro, donde son procesados en la corteza visual.

El 30% de la población mexicana tiene algún problema visual, sobre todo miopía y astigmatismo. Hay alrededor de 700 mil personas con discapacidad ocular, como ceguera o debilidad que la adquirieron por enfermedad, accidente o de forma congénita.

Se calcula que entre 40 y 50% de los casos de ceguera en México se generan por cataratas, sobre todo senil, seguida de accidentes y enfermedades que desencadenan falta de visión como retinopatía diabética (20 a 30%), glaucoma (15 a 25%), desprendimiento de retina (6%), miopía degenerativa (5%) y malformaciones congénitas (4%), entre otras. En países en desarrollo, la prevalencia de ceguera es de 26% en los de 85 años y más, 10% en el grupo de 75 a 84 años, 4.5% en el de 65 a 75 años y 2% en el de 0 a 20 años.

La catarata es la principal causa de ceguera en México, reversible con una cirugía.

Foto 3. Porcentaje discapacidad visual en México

Enfermedades de la visión

Con arreglo a la Clasificación Internacional de Enfermedades (CIE-10, actualización y revisión de 2006), la función visual se subdivide en cuatro niveles:

  • Visión normal
  • Discapacidad visual moderada
  • Discapacidad visual grave
  • Ceguera

La discapacidad visual moderada y la discapacidad visual grave se reagrupan comúnmente bajo el término “baja visión”; la baja visión y la ceguera representan conjuntamente el total de casos de discapacidad visual.

Principales causas de discapacidad visual

  • Errores de refracción (miopía, hipermetropía o astigmatismo) no corregidos: 43%,
  • Cataratas 33%
  • Glaucoma 2%.
  • Grupos de riesgo

Personas de 50 años o mayores

Alrededor de un 65% de las personas con discapacidad visual son mayores de 50 años, si bien este grupo de edad apenas representa un 20% de la población mundial. Porcentaje creciente por el envejecimiento de la población en muchos países, y con ellos las afecciones visuales asociadas a la edad.

Niños menores de 15 años

Se estima que el número de niños con discapacidad visual asciende a 19 millones, de los cuales 12 millones la padecen debido a errores de refracción, fácilmente diagnosticables y corregibles. 1,4 millones de menores de 15 años sufren ceguera irreversible.

Protoboard

Una Protoboard o breadboard es una tabla rectangular de plástico con un montón de pequeños agujeros en ella. Estos agujeros permiten insertar fácilmente componentes electrónicos para hacer un prototipo (es decir, construir y probar una versión temprana de) un circuito electrónico, como por ejemplo con una batería, un interruptor, una resistencia y un LED
protoboard.

Una protoboard, o breadboard, es prácticamente una PCB temporal con una forma y tamaño generalizados. Utilizada comúnmente para pruebas y prototipos temporales de circuitos. Se usa insertando las terminales de los dispositivos electrónicos en los orificios de la protoboard de la forma en que tengan continuidad.

Una protoboard debe usarse meramente para hacer pruebas y prototipos temporales. Puesto que, aunque se pueden diseñar una infinidad de circuitos en ellas, estos circuitos no pueden ser muy grandes debido su espacio limitado. Sin embargo, varías protoboard se pueden unir si es que sus puntos de ensamblaje coinciden.

Jumpers

 Quizá hayas escuchado acerca de los jumpers. Algunas personas se refieren a ellos como cables que pueden tener terminales macho o hembra; otros los denominan como un tipo de terminales con un capuchón de plástico. A pesar de lo anterior, existe un rigor para denominar estos artículos, el cual se menciona a continuación.

Formalmente, un jumper es un tipo de socket rectangular de plástico que a su vez tiene en su interior dos o más sockets metálicos con un espacio entre ellos de 0.2 mm hechos de fósforo-bronce, de una aleación de cobre­-níquel, de estaño o de latón y con un color dorado o cromado, de tal manera que cuando se introducen y se empujan hacia los pines de un circuito, éstos cierran el circuito cubriendo completamente los pines, resultando en una conexión temporal.
Lo primero a revisar son las líneas de alimentación, éstas se encuentran a los costados de la protoboard grande y la mediana. Comúnmente están señaladas por un símbolo “+” de color rojo y una línea roja al costado de los puntos para la línea de alimentación V+, y con un símbolo “-” de color azul y una línea azul al costado de los puntos de conexión para la línea de alimentación V- o GND (Dependiendo del tipo de circuito a realizar).

Recordemos que la protoboard chica no tiene líneas designadas para alimentación. Para revisar la continuidad de las líneas de alimentación, se puede usar un multímetro, seleccionar la función para medir continuidad. Ahora conecta las puntas a cada extremo de las líneas de conexión, si el multímetro emite un sonido significa que las líneas de alimentación tienen continuidad.

En algunas protoboard las líneas de alimentación se cortan a la mitad, para dar continuidad. Simplemente se tienen que unir estas dos mitades con un pequeño cable. Si aún así no tienen continuidad, esto podría significar que tu protoboard esté defectuoso.

 Existen más dispositivos que ayuden a los ciegos

Solo existe el perro guía y el bastón, de ahí en fuera no existen más dispositivos que ayuden a los ciegos a ir por las calles, pero en lugares no tan concurridos ya que el chaleco lo vamos a diseñar para calles no concurridas.

Objetivo

Fabricar un prototipo de chaleco con el programa Arduino IDE y sensor ultrasónico para ayudar a personas con discapacidad visual a detectar objetos y así poder desplazarse en calles no concurridas

Justificación

Es muy importante buscar alternativas para mejorar la calidad de vida de personas que padecen una discapacidad visual y que sea a bajo costo, considerando que la población en México con dicha discapacidad es de 700 mil personas de acuerdo con cifras del 2019, nuestro equipo tiene el propósito de elaborar un prototipo de chaleco especializado para personas con discapacidades visuales con el cual puedan distinguir obstáculos frente a ellos con ayuda de un sensor ultrasónico para que anden en lugares no concurridas.

El prototipo del chaleco que elaboramos será utilizando el programa Arduino y un sensor ultrasónico de bajo costo.

 

 

Hipótesis

Si fabricamos un prototipo de  chaleco con el programa Arduino IDE y sensor ultrasónico especializado para personas con discapacidad visual con el programa Arduino IDE y un sensor ultrasónico, entonces podremos dar una opción a ayudar a gente con discapacidad visual.

Método (materiales y procedimiento)

MATERIALES:

  • Placa arduino uno
  • Chaleco de seguridad vial
  • Jumpers
  • Pegamento
  • Tijeras
  • Protoboard
  • Hilo
  • Malla
  • Plastilina

PROCEDIMIENTO:

  1. Ensamblar los circuitos en la placa arduino y la protoboards
  2. Programar el cerebro y cargar la programación a este
  3. Acomodar el circuito ensamblado en el chaleco pegando con silicon
  4. Acomodar y conectar la pila para testear el circuito
  5. Bordar la malla con el hilo y las agujas
  6. Probar el funcionamiento de este

Galería Método

Resultados

Se comenzó con la programación de la tarjeta encontrando que había fallos al realizar las medidas y distancias cuando se conectó al protoboard.

En la elaboración del ensamblado del chaleco y colocar el dispositivo con la tarjeta tuvimos dificultades, ya que el peso provocaba que éste se fuera de lado, lo que resultaba incómodo, por lo que tuvimos que colocar contrapesos en el lado contrario y en la parte posterior.

Al principio para cubrir el dispositivo colocamos una tela que no funcionaba de forma correcta ya que el prototipo no se veía, por lo que lo cambiamos por una malla.

El sensor emite un sonido cuando la persona se acerca a 1.5 m de algún objeto.

 

Galería Resultados

Discusión

Se comenzó con la programación de la tarjeta encontrando que había fallos al realizar las medidas y distancias cuando se conectó al protoboard.

En la elaboración del ensamblado del chaleco y colocar el dispositivo con la tarjeta tuvimos dificultades, ya que el peso provocaba que éste se fuera de lado, lo que resultaba incómodo, por lo que tuvimos que colocar contrapesos en el lado contrario y en la parte posterior.

Al principio para cubrir el dispositivo colocamos una tela que no funcionaba de forma correcta ya que el prototipo no se veía, por lo que lo cambiamos por una malla.

El sensor emite un sonido cuando la persona se acerca a 1.5 m de algún objeto.

Conclusiones

El programa Arduino es un programa de fácil uso, además de que se consigue de forma muy sencilla.

Como el sensor suena cuando la persona se acerca a 1.5 m de distancia de un objeto, concluimos que éste debe ser utilizado en lugares poco concurridos ya que estaría sonando constantemente, aunque aún así cumple con el objetivo de avisar a la persona invidente que hay algo frente a ella.

Debemos buscar alternativas para mejorar la movilidad y calidad de vida de las personas que tienen alguna discapacidad de cualquier tipo, es importante ser empáticos y generar ideas y proyectos que les sean de utilidad y que además sean a bajo costo

Bibliografía

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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography