TG4619

Desarrollo de prototipo en prenda de vestir para niños de temprana edad, capaz de medir e informar la temperatura a

distancia. by Alvarado, Anselmo. Cardona, Víctor is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-

SinObraDerivada 3.0 Unported License.

Universidad Nueva Esparta

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Electrónica

DESARROLLO DE PROTOTIPO EN PRENDA DE VESTIR PARA NIÑOS DE

TEMPRANA EDAD, CAPAZ DE MEDIR E INFORMAR LA TEMPERATURA A

DISTANCIA

Tutor: Elaborado por:

Ing. Marín, Mauricio Br. Alvarado, Anselmo

C.I: 18.602.258 C.I: 15.326.334

Br. Cardona, Víctor

C.I.:16.971.824

Agosto, 2011

Caracas, Venezuela









DISTANCIA

Aprobado por

JURADO: ________________ JURADO: ________________

Nombre y Apellido Nombre y Apellido

________________ ________________

Cédula de Identidad Cédula de Identidad

________________ ________________

Firma Firma




Agosto, 2011

Caracas, Venezuela

AGRADECIMIENTOS

El presente trabajo de grado fue posible no solo gracias a la dedicación y la

contribución intelectual, sino también gracias a muchas personas que nos

apoyaron en todo momento, comenzado por nuestros familiares.

Agradezco a mi tutor el Ing. Mauricio Marín por brindarme asesoría no solo en

aspectos técnicos sino también metodológicos, ayuda que nos permitió finalizar

exitosamente este Trabajo de Grado.

Anselmo Alvarado

A Dios por ser mi guía y protector. Virgen de la Candelaria, Santo Domingo Sabio.

A mi madre Beatriz, y hermana Karen por apoyarme en los buenos y malos

momentos incondicionalmente. A mi padre, a Brigitte Vital, por ayudar y

aconsejarme, a Anselmo por ser mi compañero de este trabajo, a mis amigos de la

infancia, y de estudios por estar cuando los necesité.

Al Ing. Washington Marín por su dedicación, apoyo, comprensión, paciencia,

preocupación, y consejos durante el transcurso del trabajo de grado. Gracias.

Víctor Cardona

iv

DEDICATORIA

A nuestros familiares y amigos que estuvieron en los momentos de tristezas y

alegrías con palabras de apoyo y cariño.

Anselmo Alvarado

A Dios, Santo Domingo Sabio, mi familia y a quienes me apoyaron en todo

momento incondicionalmente. Gracias, Totales….

Víctor Cardona

v






DISTANCIA

Autores:

Br. Alvarado, L. Anselmo, A.

Br. Cardona H, Victor, M.

Tutor:

Ing. Marín, Mauricio C.I: 18.602.258

Palabras Clave: Inalámbrico, Monitorear, Sensor, Temperatura, Prototipo, Alarma.

RESUMEN

El siguiente trabajo de grado, presenta el desarrollo de una prenda de vestir niños,

capaz de monitorear la temperatura corporal e informar inalámbricamente a

padres o representantes sobre el estado del bebé. La toma de muestras es de tipo

no invasiva, y no requiere la presencia del adulto en el sitio para realizar la

medición. El prototipo está conformado por 2 módulos; el primero, integrado por un

sensor que capta la temperatura corporal en la dermis cercana a la axila del bebé;

y un dispositivo transmisor que envía los datos obtenidos. El segundo módulo, el

receptor, que recibe inalámbricamente los datos, e informa mediante una pantalla

de cristal líquido las lecturas realizadas. En caso que sean rebasados los valores

establecidos por el usuario, sonará una alarma (buzzer) para advertir que existe

una alteración.

vi

Nueva Esparta University

Engineering Faculty

Electronic Engineering School

PROTOTYPE DEVELOPMENT IN CHILDREN'S CLOTHING FROM EARLY AGE,

AND REPORT CAPABLE OF MEASURING TEMPERATURE USING DISTANCE

Authors:

Br. Alvarado, L. Anselmo, A.

Br. Cardona H, Victor, M.

Advisor:

Ing. Marín, Mauricio C.I. 18.602.258

Key Words: Wireless, Monitor, Sensor, Temperature, Prototype, Alarm

SUMMARY

The following undergraduate work presents the development of a children's

garment, capable of monitoring body temperature and inform the baby status

wirelessly to the parents or guardians. The sampling rate is noninvasive and does

not require the presence of an adult on site to perform any measurements. The

prototype consists of two modules: the first consisting of a sensor that captures the

body temperature in the dermis near the baby's armpit and a transmitting device

that sends data. The second module, the receiver, which receives the data

wirelessly, and reports through a liquid crystal display the readings. If the values

are exceeded, an alarm (buzzer) will go off warning that there is an alteration.

vii

INDICE

INDICE GENERAL.

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................ III

DEDICATORIA ...................................................................................................... IV

RESUMEN .............................................................................................................. V

SUMMARY ............................................................................................................ VI

INTRODUCCION ..................................................................................................... 1

CAPÍTULO I: EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN. ...................................... 4

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 4

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................... 7

1.2 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 7

1.1.2 Objetivos Específicos .......................................................................... 7

1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. .................................................................. 8

1.4 DELIMITACIONES ................................................................................................. 9

1.1.3 Delimitación Temporal ......................................................................... 9

1.1.4 Delimitación Espacial ........................................................................ 10

1.1.5 Delimitación Técnica ......................................................................... 10

1.1.6 Limitaciones ....................................................................................... 11

CAPITULO II: MARCO TEORICO. ........................................................................ 12

2.1 Antecedentes. ............................................................................................... 13

2.2 Bases teóricas ............................................................................................... 16

2.2.1 Definición de ser humano. ................................................................ 16

2.2.2 Definición de temperatura ................................................................. 16

2.2.3 Los cambios de temperatura. ........................................................... 17

2.2.4 Factores que pueden variar los cambios de temperatura. ............. 18

2.2.5 Definiciones de temperaturas corporales ........................................ 19

2.2.6 Tipos de termómetros y maneras de uso. ....................................... 20

2.2.6.1 Termómetro digital ..................................................................... 24

2.2.6.2 Termómetro de oído ................................................................... 24

viii

2.2.6.3 Termómetro de frente. ................................................................ 25

2.2.7 Clasificación de temperaturas anormales. ...................................... 26

2.2.7.1 Hipotermia ................................................................................... 26

2.2.7.2 Fiebre ........................................................................................... 27

2.2.8 Sensores ............................................................................................. 29

2.2.8.1 Clasificación de sensores. ......................................................... 30

2.2.8.2 Clasificación de los sensores según su funcionamiento. ...... 31

2.2.8.3 Clasificación de sensores según su tipo de alimentación. ..... 31

2.2.8.4 Clasificación de sensores según su señal de salida ............... 31

2.2.8.5 Características de sensores. ..................................................... 31

2.2.9 Sensores de temperatura. ................................................................. 32

2.2.9.1 Termistores ................................................................................. 32

2.2.9.2 RTD (Termo resistencias). ......................................................... 33

2.2.9.3 Termocuplas. ............................................................................... 33

2.2.9.4 Diodos para medir temperatura. ................................................ 33

2.2.9.5 Circuitos integrados para medir temperatura. ......................... 34

2.2.9.6 Sensor de temperatura lilypad. .................................................. 34

2.2.10 Telecomunicación para transmitir datos ...................................... 35

2.2.11 Técnicas de modulación. ............................................................... 37

2.2.12 Transmisión y recepción inalámbrica. ......................................... 37

2.2.13 Módulos Inalámbricos XBee. ......................................................... 38

2.2.13.1 Software X-CTU ........................................................................... 43

2.2.14 Lilypad XBee. .................................................................................. 44

2.2.15 Microcontrolador. ........................................................................... 45

2.2.15.1 Arquitectura de un microcontrolador. ...................................... 46

2.2.15.2 Tipos de instrucciones. .............................................................. 48

2.2.16 Arduino ............................................................................................ 55

2.2.16.1 Lenguaje de programación Arduino. ........................................ 56

2.2.17 Pantalla LCD. .................................................................................. 57

2.3 Términos básicos. ........................................................................................ 58

2.4 Sistema de variables. ................................................................................... 59

ix

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO. ......................................................... 61

3.1 Tipo de investigación ................................................................................... 62

3.2 Diseño de la investigación. .......................................................................... 62

3.3 Validación de objetivos ................................................................................ 63

3.4 Población y Muestra. .................................................................................... 66

3.4.1 Población. ........................................................................................... 66

3.4.2 Muestra. .............................................................................................. 67

3.4.3 Clasificación de tipos de muestreo .................................................. 69

3.4.3.1 Azar simple .................................................................................. 69

3.4.3.2 Azar sistemático ......................................................................... 70

3.4.3.3 Conglomerado ............................................................................. 70

3.5.1 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos. ....................... 70

3.5.1.1 La observación. .............................................................................. 71

3.5.1.2 La encuesta. .................................................................................... 71

3.5.2 Técnica de procesamiento y análisis de datos. .............................. 73

3.5.3 Resultado de los instrumentos. ........................................................ 74

CAPÍTULO IV: SISTEMA PROPUESTO. .............................................................. 83

4.1 Diagrama en Bloques ................................................................................... 83

4.1.1 Descripción del diagrama de Bloques. ......................................... 84

4.1.2 Dispositivos usados ....................................................................... 84

4.2 Diagrama del Emisor. .................................................................................... 93

4.2.1 Descripción del diagrama del Emisor. .......................................... 93

4.3 Diagrama del receptor. .................................................................................. 99

4.3.1 Descripción del diagrama del receptor. ....................................... 99

4.3.2 Pruebas y resultados. .................................................................. 105

4.4 Recursos Administrativos. ......................................................................... 110

4.4.1 Recursos Administrativos. .............................................................. 110

4.4.2 Recursos Humanos ......................................................................... 111

4.4.3 Recursos Técnicos. ......................................................................... 112

CONCLUSIONES ................................................................................................ 116

RECOMENDACIONES ...................................................................................... 1134

x

REFERENCIAS ................................................................................................... 116

ELECTRÓNICAS ................................................................................................. 117

BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 125

ANEXO A ............................................................................................................ 127

ANEXO B ............................................................................................................ 129

ANEXO C ............................................................................................................ 130

ANEXO D ............................................................................................................ 131

ANEXO E ............................................................................................................. 132

xi

Índice de imágenes.

Imagen 1. Termómetro de tipo axilar o bucal .................................................... 23

Imagen 2. Termómetro de tipo rectal ................................................................. 23

Imagen 3 Termómetro digital. ............................................................................. 24

Imagen 4.Termómetro de oído. ........................................................................... 25

Imagen 5.Termómetro de frente ......................................................................... 25

Imagen 6. Lilypad Sensor de temperatura ......................................................... 34

Imagen 7. Modulo RF ........................................................................................... 38

Imagen 8. Módulos XBee ..................................................................................... 41

Imagen 9. X-CTU .................................................................................................. 43

Imagen 10. Lilypad XBee ..................................................................................... 44

Imagen 11. Arquitectura Von Neuman ............................................................... 47

Imagen 12. Arquitectura Harvard ........................................................................ 48

Imagen 13. Microcontroladores .......................................................................... 51

Imagen 14. Diagrama estructural 16F870 .......................................................... 53

Imagen 15. Diagrama estructural de Atmega8 .................................................. 55

Imagen 16. Arduino .............................................................................................. 56

Imagen 17. Ejemplo pantalla LCD ....................................................................... 58

Imagen 18. Diagrama de bloques del sistema propuesto. ............................... 83

Imagen 19. Amtega 328P. .................................................................................... 85

Imagen 20. Arduino Duemilanove. ..................................................................... 86

Imagen 21. Transmisor y receptor de datos inalámbrico. ................................ 87

Imagen 22. Buzzer. ............................................................................................... 87

Imagen 23. Pantalla LCD 16x2. ........................................................................... 88

Imagen 24. Botonera. ........................................................................................... 89

Imagen 25. Interfaz USB-Serial. .......................................................................... 89

Imagen 26. Pila de 9 voltios. ............................................................................... 90

Imagen 27. Batería LiPo. ..................................................................................... 91

Imagen 28. Sensor MCP9700A. ........................................................................... 91

xii

Imagen 29. Hilo conductor. ................................................................................. 92

Imagen 30. XBee listo para coser. ...................................................................... 94

Imagen 31. Sensor de temperatura. ................................................................... 94

Imagen 32. Batería LiPo de 1000mAh. ............................................................... 95

Imagen 33. Solución de fórmula de vida de la batería. ..................................... 96

Imagen 34. Hilo conductor. ................................................................................. 97

Imagen 35. Esquema circuital general del emisor. ........................................... 97

Imagen 36. Prototipo final del emisor. ............................................................... 98

Imagen 37. Sensor de temperatura en la prenda de vestir. .............................. 98

Imagen 38. Microcontrolado en el receptor. .................................................... 100

Imagen 39. Receptor del prototipo. .................................................................. 100

Imagen 40. Diagrama del circuito de la interfaz de programación ................ 101

Imagen 41. Pantalla LCD. .................................................................................. 102

Imagen 42. Diagrama circuital del receptor. .................................................... 103

Imagen 43. Foto frontal del receptor. ............................................................... 104

Imagen 44. Foto lateral del receptor. ................................................................ 104

Imagen 45. Foto lateral 2 del receptor. ............................................................. 105

Imagen 46 Prototipo final cara anterior y posterior respectivamente……...109

Imagen 47 Prototipo final receptor………………………………………………..109

Índice de fórmulas.

Fórmula 1. Fórmula de transferencia del sensor. ............................................. 35

Fórmula 2. Fórmula para estimar la proporción poblacional ........................... 68

Fórmula 3. Fórmula para estimar la proporción poblacional ........................... 68

Fórmula 4. Tiempo de vida de una batería......................................................... 95

Índice de tablas.

Tabla 1. Tabla de medidas de Temperatura ....................................................... 17

Tabla 2. Valores normales de temperatura ........................................................ 26

xiii

Tabla 3. Pines de configuración ......................................................................... 42

Tabla 4. Cuadro de sistemas de variables ......................................................... 60

Tabla 5. Resultados de la encuesta .................................................................. 754

Tabla 6. Pruebas de transmisión inalámbrica en ambienté cerrado. ............ 107

Tabla 7. Pruebas de trasmisión inalámbrica con línea de visión directa. ..... 107

Tabla 8. Prueba de mediciones de Temperatura. ............................................ 108

Tabla 9. Recursos administrativos. .............................................................. 11010

Tabla 10. Recursos humanos. ...................................................................... 11111

Tabla 11. Recursos Técnicos. ......................................................................... 1122

1

INTRODUCCION

Por definición según el diccionario práctico LAROUSSE la ingeniería puede

definirse como: “Conjunto de los estudios que permiten determinar, para la

realización de una obra o de un programa de inversiones, las orientaciones más

deseables, la mejor concepción, las condiciones de rentabilidad óptimas y los

materiales y procedimientos más adecuados”. Interpretando de una manera básica

este concepto, la ingeniería consiste en buscar soluciones al estudiar un caso y

proponer una solución según la rama de ésta.

Según los autores de este trabajo de grado para optar al título de ingeniería

electrónica, los estudiantes de esta carrera se caracterizan por realizar

investigaciones para el desarrollo, mejoramiento, y uso de tecnologías nuevas o

existentes aplicando conocimientos científicos, además de técnicas de modelado

con la finalidad de brindar avances en lo científico o brindar soluciones a un

problema determinado.

Los signos vitales constituyen una herramienta valiosa como indicadores del

estado funcional de un individuo entre ellos se puede destacar, la presión

sanguínea, la temperatura, el pulso, y la frecuencia respiratoria. El monitoreo de

los signos vitales son de suma importancia al momento de requerir ayuda

profesional. Los signos vitales pueden variar de individuo a individuo, pero hay

límites que se pueden considerar anormales. La observación puede ser parte del

cuidado para garantizar una detección temprana de posibles variaciones en los

signos de vitalidad. El monitoreo constante y adecuado debe constituirse como

una base para el desarrollo normal de personas recién nacidas y sus padres.

La evaluación de los signos vitales tiene importancia en los servicios de medicina,

donde llegan pacientes con gran variedad de cuadros clínicos, algunos en estado

crítico. Por ello, la tecnología puede usarse como herramienta con la finalidad que

adquieran datos y tener ventajas ante un determinado evento.

2

La variación de la temperatura como base de evaluación permitiría tener un

síntoma preliminar confiable, y ayudaría a prevenir de manera adecuada y

oportuna estados de fiebre o hipotermia.

Para el desarrollo de este trabajo de grado, se establece una metodología en la

que se sigue una serie de pasos para desenvolver el tema de estudio. El trabajo

está dividido en una serie de capítulos, en el primero, llamado Capítulo I de ellos

se aborda el problema de la investigación. En este caso monitorear un signo vital

como lo es la temperatura. El problema está determinado por la poca información

que puede aportar un recién nacido en la etapa de los 0 a los 2 años debido a su

desarrollo cognoscitivo por no saber con claridad que puede afectar su estado

corporal. El propósito de este capítulo es obtener material mediante fuentes

documentales, periódicos, revistas electrónicas, y entrevistas, que ayude a

obtener información para plantear y ofrecer una solución al problema de esta

investigación.

Luego de establecer el problema de la investigación se argumenta la

justificación del problema a tratar y el por qué de esta posible solución.

Seguidamente se plasma el objetivo general y los objetivos específicos; en esta

parte del trabajo de grado se plantea la base sobre la cual se hará la investigación.

Es importante recalcar que la investigación presenta delimitaciones geográficas,

temporales, y técnicas con las cuales se pretende establecer márgenes durante el

desarrollo de la investigación. En la última parte del primer capítulo se detallan

algunas limitaciones que podría haber durante la realización del trabajo de grado.

En el Capítulo II se aborda el marco teórico, aquí se sitúan todas aquellas

referencias teóricas que permiten orientar la investigación. Comenzando con los

antecedentes a esta investigación. Luego las bases teóricas que es la estructura

3

fundamental del estudio, aquí se explican los conceptos y características que

están involucrados en la investigación. Esta parte del trabajo es de vital

importancia porque facilita al lector comprender que se quiere hacer.

El Capítulo III es el marco metodológico, aquí están los procedimientos hechos

para realizar este trabajo, así como el diseño, el tipo y la construcción de la

investigación. También el cuadro de variables, la población, muestra y las técnicas

e instrumentos de recolección de datos.

En el Capítulo IV están los recursos que se utilizaron. Recursos técnicos en los

que se brindan costos y características de los componentes, así como los recursos

humanos, que son el equipo de personas que aportarán su ayuda para el

desarrollo de este trabajo, y los recursos administrativos que son las herramientas

que complementaron el desarrollo de esta investigación, por ejemplo, programas

usados, la computadora entre otros. Además, en este capítulo se contemplan las

conclusiones, soluciones, resultados obtenidos y recomendaciones técnicas

encontradas a problemas durante el proceso de investigación. Así como el sistema

propuesto para darle al lector toda aquella información de cómo se realizó el

trabajo. Posteriormente, se presentan las referencias bibliográficas y electrónicas

consultadas, que sirvieron de argumentos al apoyo textual plasmado en la

investigación.

4

CAPÍTULO I: EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN.

1.1 Planteamiento del problema

En la actualidad y desde siempre una de las principales características que

presentan los bebes recién nacidos y hasta cierta edad es la facilidad de contraer

enfermedades y resfriados, esto se debe según a la “KidsHealth” (Sin fecha) a

que “Sus sistemas inmunitarios no están suficientemente maduros para hacer

frente a las bacterias, virus y parásitos que provocan las infecciones”. Esto quiere

decir, que su organismo no ha adquirido defensas necesarias como los adultos

mediante las vacunas y al funcionamiento natural del organismo en generar anti-

cuerpos cuando contraen y superan enfermedades a través de los años. A pesar

de que en el momento del nacimiento los bebes empiezan a recibir vacunas contra

las enfermedades más comunes y peligrosas siempre existen nuevas bacterias y

virus para los cuales no existen curas, por lo que presentan un peligro inminente

para la salud de los bebés.

La página electrónica “Webdelbebe” (2006), proporciona síntomas de

enfermedades en el recién nacido que podrían permitir la detección precoz de

posibles complicaciones en los bebés. Por ello, cada vez que un bebe se

encuentra enfermo, generalmente se presenta como síntoma, un alza de

temperatura en su organismo, llamado fiebre. Según Carnevale (2009), “podemos

definir la fiebre como aumento de temperatura corporal a más de 37º C”. En una

entrevista realizada y publicada en su versión digital por el periódico El Tiempo de

Colombia, al médico internista Mauricio Ovalle, la fiebre, es un mecanismo de

defensa frente a una infección (por bacterias o virus) y es el primer signo de

algunas enfermedades graves o leves.

Según Ovalle (2000) una vez las bacterias ingresan al organismo, estas

producen sustancias que son pirógenas (relativas al calor) y cuando empiezan a

5

circular, estimulan los mecanismo reguladores de la temperatura y hacen que esta

suba.

Según “Worldlingo” (Sin fecha); el Doctor Carl Reinhold Wunderlich realizó en

1961 una investigación sobre el promedio de la temperatura corporal en el

hombre, para esto hizo la medición en un millón de personas donde obtuvo como

resultado que el promedio de la temperatura corporal es de 37°C. Para Nancy

Guinart Zayas y Jorge L. López Leyva la temperatura corporal “puede

considerarse que, en reposo, la temperatura normal es hasta 37 °C en la axila,

37,2 °C en la boca y hasta 37,7 °C en el recto”. Esta temperatura se refiere a

personas que se encuentran sanas.

Basados en estudios hechos, y nombrados anteriormente, los médicos se han

establecido un rango de temperaturas para poder detectar cuando el cuerpo

humano no se encuentra sano. Por ejemplo en un reporte realizado por el médico

especialista en medicina familiar y comunitaria, Dr. Fernández, J. (2001) establece

que cuando la temperatura corporal es inferior a los 36 °C lo denominan

hipotermia, cuando la temperatura es de 37.1 a 37.9 °C lo denominan Febrícula,

lo que comúnmente conocemos como “fogaje o quebranto” y cuando la

temperatura corporal es igual o superior a los 38°C hipertermia o fiebre.

En este mismo reporte se alerta sobre algunas complicaciones que se pueden

presentar cuando los niños pequeños tienen un cuadro de fiebre o hipertermia y

no se trata eficientemente sumando así probabilidades de complicaciones

mayores, entre ellas se destacan la taquicardia nombrada entre otras por el Dr.

Fernández, J (2001) como la elevación de la frecuencia del corazón siendo muy

grave e inclusive fatal para una persona de corta edad. También se encuentra la

deshidratación, que puede aparecer debido al aumento de la temperatura corporal

lo cual lleva a la eliminación de agua a través del sudor y de la respiración

acelerada, hasta podría presentar en algunos casos convulsiones.

6

Las convulsiones que en medicina humana podría considerarse según Goetz,

CG (2003) como, “un cambio súbito en el comportamiento provocado por una

excesiva actividad eléctrica en el cerebro”. Un síntoma transitorio caracterizado

por esta clase de actividad neuronal en el cerebro puede presentar desmayos,

movimientos espasmódicos o temblor del cuerpo, aunque cabe destacar que

algunos ataques solo constan de mirada fija que podrían pasar inadvertidos

pudiendo esto ser hasta fatal para el desarrollo del bebé.

En horas que no se supervisa al infante, por ejemplo la noche, puede pasar

inadvertida la variación en la temperatura de los infantes. La principal razón y

motivación de este proyecto es supervisar frecuentemente este signo vital y

prevenir así posibles complicaciones.

Por razones antes expuestas, se propone desarrollar un sistema que pueda ser

implementado en las vestimentas de los bebés. Este sistema captará, y transmitirá

constantemente los valores de temperatura corporal del infante. El prototipo

ofrecerá información en tiempo real, indicando temperatura normal, así como

temperatura alta (fiebre), o temperatura baja (hipotermia) mientras lleve la

indumentaria. Una vez los datos de temperatura sean captados por la prenda,

éstos datos serán enviados inalámbricamente a un receptor, en el que se indicará

ésta lectura de temperatura a los padres.

7

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.2 Objetivo General

Desarrollar un prototipo en prenda de vestir para niños de temprana edad,

capaz de medir e informar la temperatura a distancia.

1.1.2 Objetivos Específicos

1. Estudiar las diferentes formas de medir la temperatura en el cuerpo

humano.

2. Determinar el sensor de temperatura más apto para el desarrollo del

prototipo considerando los diferentes tipos de sensores existentes.

3. Formular los circuitos a incorporar en la vestimenta y en el receptor

inalámbrico.

4. Construir los circuitos del sensor de temperatura con emisor inalámbrico a

incorporar en la vestimenta y del módulo receptor.

5. Comprobar el funcionamiento correcto del prototipo mediante pruebas de

medición de temperatura, transmisión y recepción inalámbrica.

8

1.3 Justificación de la investigación.

La justificación de un proyecto de esta naturaleza radica en realizar un prototipo

novedoso; capaz de captar la temperatura corporal de recién nacidos y niños de

temprana edad mediante una prenda de vestir. Ésta prenda transmitirá

inalámbricamente los datos a módulo receptor, para posteriormente indicar los

valores de temperatura a los padres o representantes del infante.

Una de las características que presenta el prototipo que se desea construir, es

la toma de mediciones frecuentes a la temperatura corporal; sin la necesidad de

incomodar al niño ni que un adulto realice la tarea. Por ello el estudio se dirige a

investigar el mejor lugar para tomar las medidas de temperatura de manera no

invasiva.

Vale la pena recalcar que la prenda de vestir tendrá la capacidad de captar,

transmitir, e informar con una pantalla, datos de temperatura corporal de manera

inalámbrica a un módulo receptor. En caso que los límites de temperatura por

defecto, o establecidos por el usuario sean alcanzados, sonará una alarma o

buzzer.

El dispositivo receptor, indicará en una pantalla a los padres o representantes

del infante, la temperatura corporal actual del niño de manera frecuente. El

receptor inalámbrico será portable, de manera que el padre o representante pueda

monitorear la temperatura del infante a distancia y tener la ventaja de realizar otras

tareas facilitando el desempeño de las actividades diarias sin dejar a un lado el

cuidado adecuado y constante sobre el infante

Cabe destacar que el monitoreo inalámbrico es de gran ayuda en la horas

nocturnas cuando los padres se encuentran dormidos, en donde se puede

producir un aumento de temperatura en el cuerpo del bebé. En esta situación el

dispositivo tendrá la capacidad de avisar a los padres mediante una alarma

9

audible y visible el aumento que ha ocurrido en la temperatura corporal del bebe,

esto es de gran ayuda para los padres porque podrían atacar rápidamente la

fiebre evitando cualquier complicación que pueda presentarse debido a la

temperatura.

Con las características antes descritas se puede destacar que el prototipo a

desarrollar posee claras ventajas sobre los termómetros actuales, ya sean

digitales o de mercurio, esto se debe a que el prototipo no presentará los peligros

que supone un termómetro de mercurio, como por ejemplo romperse y producir

heridas o intoxicación por mercurio, poseerá las mismas ventajas de los

termómetros digitales, como lo es la claridad y rapidez de las mediciones. Por

último, vale recordar la capacidad de informar, y notificar a los usuarios a distancia

en tiempo real, las mediciones de la temperatura corporal.

1.4 Delimitaciones

1.1.3 Delimitación Temporal

La investigación y construcción del prototipo se debe realizar en un tiempo de

nueve (9) meses, empezando en Enero de 2011 hasta Agosto de 2011.

10

1.1.4 Delimitación Espacial

Los objetivos de carácter investigativo se llevaron a cabo en las instalaciones de

la Universidad Nueva Esparta ubicada en el Municipio El Hatillo, Estado Miranda,

Urbanización Los Naranjos, y la Universidad Católica Andrés Bello, Urbanización

Montalbán, Distrito Capital.

Respecto a las pruebas del prototipo y módulos inalámbricos se realizarán en

los laboratorios de la Universidad Nueva Esparta ubicada en el Municipio El

Hatillo, Estado Miranda, Urbanización Los Naranjos

1.1.5 Delimitación Técnica

Este trabajo de grado está enmarcado en el área específica de instrumentación

en la Ingeniería Electrónica. También se utilizarán conocimientos de,

telecomunicaciones y microcontroladores para lograr el funcionamiento óptimo del

prototipo. Además, se tratará de percibir la temperatura en una determinada zona

del cuerpo.

El prototipo estará conformado por dos bloques principalmente, el primero de

nombre emisor, y será diseñado con la finalidad de tener la menor cantidad de

componentes posibles, esto, porque será el bloque del prototipo que irá alojado en

la prenda de vestir. Éste bloque será el que lleva acabo la tarea de toma de

muestra de la temperatura mediante el sensor, una vez tomada la lectura será

transmitida mediante un transmisor inalámbrico al receptor, éste bloque usará

como alimentación una batería recargable. La batería no incluye cargador; y los

componentes estarán cosidos con un hilo conductor.

En el segundo bloque, se encuentra el receptor, aquí se encontrará el

microcontrolador, ésta etapa tiene como fuente de poder una batería de 9 voltios,

y una fuente de poder regulada de 7 a 24 voltios. Ésta bloque, tendrá un módulo

11

receptor inalámbrico además de una pantalla de cristal líquido, un panel de

botones que permiten ajustar valores en el prototipo y una alarma.

1.1.6 Limitaciones

El uso del prototipo será limitado únicamente en el hogar.

Entre los aspectos que pueden limitar el logro de este Trabajo de Grado está el

factor del alto costo, y la necesidad de importar la mayoría de los componentes a

utilizar en el prototipo debido a su novedad en el mercado venezolano; esto puede

llevar a retrasos en la construcción del prototipo por los trámites aduanales.

Otro factor que influye en la elaboración del prototipo es el horario de

disponibilidad de los laboratorios de la Universidad Nueva Esparta ya que solo se

pueden utilizar durante días laborables es decir, de lunes a viernes, y según la

disponibilidad de los laboratorios por las actividades catedráticas. Por otra parte,

los autores están limitados por sus horarios laborables durante la semana,

comprendido de lunes a viernes.

Para tratar de superar algunas limitaciones se tomarán acciones, en primer

lugar respecto a los componentes que necesiten de importación, se tratará de

utilizar componentes que se comercialicen comúnmente en el mercado actual del

país y de esta forma evitar o minimizar los atrasos por las importaciones. Para

evitar problemas de prácticas en los laboratorios se consultará los horarios

dispuestos en la cartelera de Ingeniería Electrónica de la Universidad Nueva

Esparta.

12

CAPITULO II: MARCO TEORICO.

El Marco Teórico se dividió en tres partes. En la primera de ellas se exponen los

antecedentes de este trabajo de grado. En él estarán las investigaciones previas

realizadas tanto por tesis similares, publicaciones o productos existentes. En la

segunda parte llamada bases teóricas, se pone a disposición la descripción de

todas aquellas definiciones, características o funcionamientos que se aplican al

estudio del problema planteado. La tercera parte corresponde a las definiciones de

aquellos términos básicos, que solo se nombraron y no se explicaron en las bases

teóricas durante el estudio.

13

2.1 Antecedentes.

Custodio y Balza (2006) desarrollaron una investigación en la Universidad

Nacional Experimental Politécnica, “Antonio José de Sucre”, UNEXPO,

Vicerrectorado Puerto Ordaz titulado: “Sistema de medición de temperatura sin

contacto en el proceso”.

Resumen:

El propósito de esta investigación fue desarrollar un sistema de medición de

temperatura que no tuviera contacto con el proceso de interés, mediante el uso de

un sensor de temperatura infrarrojo.

La investigación anterior sirvió como inspiración para el desarrollo de este trabajo

porque optaron por medir temperatura de manera no invasiva mediante tecnología

infrarroja.

Bracalenti y Hernandez. (2004). realizaron un trabajo de grado en la Universidad

Nueva Esparta, titulado: “Desarrollo de un sistema inalámbrico de

transmisión y recepción de datos para el control de instrumentos musicales

que manejen la interface MIDI”.

Resumen:

Este proyecto, se enfocó hacia la creación de un sistema basado en el estándar

Musical Instrument Digital Interface (MIDI), el cual permite a las computadoras,

sintetizadores, secuenciadores, controladores y otros dispositivos musicales

14

electrónicos comunicarse y compartir información para la generación de sonidos.

El medio para dicha información sería inalámbrico, mediante la Radio frecuencia

(RF), cumpliendo de alguna manera los estándares y los protocolos WIFI 802.11g,

así como también agrega ciertos al detalle los medios físicos utilizados para dicha

transmisión. Entre los medios físicos se encuentran las antenas con sus

respectivas dimensiones y ganancias, que requieren para una comunicación entre

un terminal y el equipo en un espacio cerrado y reducido.

Se consideró como antecedente esta investigación debido a que aporta

información sobre tecnologías de transmisión inalámbrica, referente a aspectos

teóricos como tecnología de transmisión de datos, bandas de frecuencia, además

de los protocolos WIFI 802.11g

Sensor de Temperatura y Sistema de Monitoreo para Incubadora Neonatal

escrito por Juan Sebastián Bernal, Ingeniería Biomédica, EIA-CES

Resumen:

Este sistema reúne todas las alarmas que se presentan en una incubadora en un

solo punto, aquí cualquier persona sin necesidad de ser especializada en el área

de maternidad en caso de escuchar una alerta y observar un led prender podrá

acercarse al display y saber de dónde proviene el problema. Por otro lado este

dispositivo dispone de dos sensores de temperatura los cuales estas censando

constantemente fuera y dentro de la incubadora, en caso que la temperatura se

encuentre inferior a los 29ºC o superior a los 35ºC. La alarma se dispara y el

display indica cual es la temperatura.

15

Este informe suministró información respecto a varias herramientas tecnológicas;

entre ellas para medir temperatura. En ese caso se implementó el sensor LM35 en

la incubadora. La información adquirida permitió indagar sobre este y otros

sensores en el mercado para su aplicación en este prototipo.

Bebe Sounds Remote Fever Monitor

Resumen:

Bebe Sounds Remote Fever Monitor es un artículo en el mercado que se encarga

de monitorear la temperatura de un bebé. Funciona sujetando un termómetro para

niños al pañal del bebé.

El artículo anterior permitió tener conocimientos sobre fallas existentes en ese

dispositivo. La falla, está básicamente relacionada a la zona en la que se coloca

este clip. Por ello orientó la investigación anatómica donde se puede tomar la

temperatura de una manera no invasiva y clara.

16

2.2 Bases teóricas

2.2.1 Definición de ser humano.

Según Boyd R. y Silk J.B. (2001) “el ser humano constituye desde el punto de

vista biológico una especie animal bajo la denominación científica de Homo

sapiens”.

Según Ciencia y biología, la biología se puede definir como: “la ciencia de la

vida. Se encarga de estudiar los aspectos relacionados con la vida: los

mecanismos de funcionamiento del interior de los propios organismos, tanto

animales, vegetales, como humanos; y la relación de los organismos entre sí y con

el medio”.

2.2.2 Definición de temperatura

Según el diccionario práctico LAROUSSE “Es la magnitud utilizada para la

medición de calor o frío en el ambiente o un objeto”.

Las unidades actualmente usadas y vigentes para la medida de la temperatura

son:

Grados Celsius (ºC)

Grados Fahrenheit (ºF)

Grados Kelvin (ºK)

Cada una de las escalas de temperatura mencionadas permite medir la energía

del calor de una manera ligeramente diferente. Una medida de la temperatura en

17

cualquiera de estas escalas puede ser fácilmente convertida a otra escala usando

la fórmula ubicada en la Tabla Nº 1.

Tabla 1. Tabla de medidas de Temperatura

Fuente: Day, M.

Para Moreno, Robles, Crespo, y Guerrero “la termorregulación se compone de

una serie de elementos que conectan el sistema nervioso central y periférico. El

sistema regulador central se encuentra en el hipotálamo en el que hay dos

regiones, posterior y anterior, que asumen las funciones de producción y pérdida

de calor, respectivamente”.

2.2.3 Los cambios de temperatura.

En el manual de urgencia y emergencias desarrollado por Maté, Mora, Boscá, Y

Aguado titulado Trastornos de la Regulación de la Temperatura. (Sin fecha). Los

cambios de la temperatura provocan la respuesta neuronal de los receptores

cutáneos, así como variaciones en la temperatura sanguínea, que sirven de señal

al hipotálamo para dar una respuesta adecuada. Hay algunos factores que afectan

a la temperatura corporal y ésta se puede ver modificada por diferentes factores,

los cuales hay que tener en cuenta a la hora de realizar su determinación, a

continuación se detallan.

18

2.2.4 Factores que pueden variar los cambios de temperatura.

La edad: En el recién nacido presenta problemas de regulación de la

temperatura debido a su inmadurez, de tal modo que le afectan mucho los

cambios externos. En el anciano la temperatura corporal suele estar disminuida

(36 ºC).

La hora del día: La temperatura máxima del organismo se alcanza entre las 18 y

las 22 horas y la mínima entre las 2 y las 4 horas. Este ritmo circadiano es muy

constante y se mantiene incluso en los pacientes febriles.

El sexo: En la segunda mitad del ciclo, desde la ovulación hasta la

menstruación, la temperatura se puede elevar entre 0.3-0.5 °C.

El ejercicio físico: La actividad muscular incrementa transitoriamente la

temperatura corporal.

El estrés: La emociones intensas como el enojo o la ira activan el sistema

nervioso autónomo, pudiendo aumentar la temperatura.

Otros: La ingesta reciente de alimentos calientes o fríos, el haberse fumado un

cigarrillo, la aplicación de un enema y la humedad de la axila o su fricción (por el

ejemplo al secarla) pueden afectar el valor de la temperatura oral, rectal y axilar

respectivamente, por lo que se han de esperar unos 15 minutos antes de tomar la

constante. Si la axila está húmeda, se procederá a secarla mediante toques.

Los tratamientos farmacológicos.

19

Las enfermedades.

La temperatura ambiente y la ropa que se lleve puesta.

2.2.5 Definiciones de temperaturas corporales

Existen situaciones caracterizadas por variaciones de la temperatura corporal,

según “MedlinePlus” “(2010), se pueden diferenciar a continuación:

Hipotermia: Según “Medline” (2010). Es una temperatura corporal

peligrosamente baja, por debajo de 35º C (95º F). La hipotermia ocurre cuando el

cuerpo pierde más calor del que puede generar y generalmente es causada por

una prolongada exposición al frío

Febrícula: Se llama a la temperatura que se mantiene en 37.9ºC

Según Moreno, Robles, Crespo, Guerrero, (Sin fecha), se puede definir qué:

Fiebre: “El aumento de temperatura se debe a una regulación transitoria por

parte del centro regulador hipotalámico, que funciona adecuadamente. No se

considera una reacción negativa ya que forma parte de la respuesta orgánica a la

infección”.

Hipertermia: El incremento de la temperatura corporal, no encuentra adecuada

respuesta en el hipotálamo, o bien, la respuesta de éste es inadecuada a la

situación concreta, por lo que se considera patológica en todo caso. Este ascenso

20

de temperatura no regulado puede provocar síndromes denominados menores o

leves y cuadros clínicos mayores que pueden comprometer la vida del sujeto.

La temperatura corporal normal de los seres humanos varía entre los 36.5-37.5

ºC.

En resumen se puede establecer que:

Hipotermia, cuando la temperatura corporal es inferior a los 36 ºC.

Febrícula, cuando la temperatura es de 37.1-37.9 ºC.

Hipertermia o fiebre, cuando la temperatura es igual o superior a 38 ºC.

La sensación de alteraciones en la temperatura corporal de un niño puede

notarse al tocarle. Por ejemplo en el caso de fiebre se puede notar que sus

pulsaciones o los latidos del corazón se aceleran, la respiración se hace más

rápida, se enrojecen las mejillas o muestra cambios en la actividad o en el

carácter. No obstante, para saber con seguridad si existe fiebre es necesario

medir la temperatura con un termómetro.

2.2.6 Tipos de termómetros y maneras de uso.

Termómetro de mercurio: Según “roldelaenfermera” (2008)

Cabe destacar que es de cristal, con cuerpo tubular, de sección triangular, a

bulbo, con mercurio en su interior como material indicador. Fondo de escala por lo

general es de color amarillo para una más fácil lectura, tiene un rango de 35 a 42

ºC. Los hay de tipo axilar (punta larga de mercurio) y rectal (punta corta y gruesa

21

de mercurio). Su manera de uso es tomar el termómetro del extremo contrario a la

punta de mercurio, sacudirlo bruscamente hasta que la columna de mercurio este

por debajo de los 35°C. Colocarlo en la boca, axila o recto, Esperar de 3 a 5

minutos y retirar cuidadosamente. La lectura de la temperatura se podrá obtener

visualizando la columna de mercurio contra el fondo amarillo de la escala, siempre

debe desinfectarse antes y después de su uso.

Hay que resaltar según Salud sin daño que la (OMS) Organización Mundial

Para La Salud. Alzó su voz estableciendo que este tipo de termómetro está

estrictamente prohibido a nivel mundial debido a su contenido por mercurio. Esto

se dio a conocer el año 2005 mediante una política de llamado a tomar acciones a

corto, mediano y largo plazo para sustituir productos médicos con mercurio por

alternativas más seguras.

El por qué de esta prohibición se puede encontrar en la siguiente cita textual de

la (OMS) Organización Mundial Para La Salud en él se estipula:

El mercurio es muy tóxico, en particular cuando se metaboliza para

formar mercurio de metilo. Puede ser mortal por inhalación y perjudicial

por absorción cutánea. Alrededor del 80% del vapor de mercurio

inhalad pasa a la sangre a través de los pulmones. Puede tener efectos

perjudiciales en los sistemas nervioso, digestivo, respiratorio e

inmunitario y en los riñones, además de provocar daños pulmonares.

Los efectos adversos de la exposición al mercurio para la salud pueden

ser los siguientes: temblores, trastornos de la visión y la audición,

parálisis, insomnio, inestabilidad emocional, deficiencia del crecimiento

durante el desarrollo fetal y problemas de concentración y retraso en el

desarrollo durante la infancia.

22

El reemplazo del mercurio en el sector salud de América Latina comenzó hace

algunos años y se está consolidando poco a poco, entre los países que están

inmersos en esta tendencia se encuentran: Argentina, Brasil, México, Uruguay,

chile, Cuba, Costa Rica, Guatemala, Honduras. Lamentablemente, durante esta

investigación no se encontraron prohibiciones relacionadas al uso del termómetro

de mercurio en Venezuela. En la siguiente imagen número1 se destaca un

termómetro axilar o bucal de mercurio.

23

Imagen 1. Termómetro de tipo axilar o bucal

Fuente: apuntes auxiliar enfermería

En la siguiente imagen número 2 se destaca un termómetro rectal de mercurio:

Imagen 2. Termómetro de tipo rectal


24

2.2.6.1 Termómetro digital:

Según “roldelaenfermera” (2008) “El termómetro electrónico digital, trabaja con

una pila alcalina, tiene pantalla de lectura, y Puede ser utilizado para tomar la

temperatura de una manera oral, axilar o rectal, en un tiempo de 60 segundos”.

En la siguiente imagen número 3 se destaca un termómetro digital:

Imagen 3 Termómetro digital.

Fuente: apuntes auxiliar enfermería.

2.2.6.2 Termómetro de oído:

Según “roldelaenfermera” (2008):

Termómetro digital electrónico, éste trabaja con una pila de litio, y

tiene una pantalla de lectura. Mide la temperatura mediante la

detección en el conducto auditivo de los rayos infrarrojos que emite. Se

coloca la punta del termómetro en el oído, se pulsa el botón y en un

segundo se obtendrá la temperatura corporal.

25

En la siguiente imagen número 4 se destaca un termómetro de oído:

Imagen 4.Termómetro de oído.


2.2.6.3 Termómetro de frente.

Según “roldelaenfermera” (2008).”Termómetro digital electrónico, que trabaja

con una pila de litio, tiene pantalla de lectura. Mide la temperatura colocándolo en

la frente con un tiempo de lectura de 5 segundos”.

En la siguen te imagen se puede apreciar un termómetro de frente:

Imagen 5.Termómetro de frente

Fuente: apuntes auxiliar enfermería.

26

Cabe destacar que en la infancia existen rangos de temperaturas normales que

varían según la edad de los humanos, a continuación se tiene una gráfica en la

que se expresan datos de temperatura según la edad del infante: a continuación

se presenta la tabla número 2:

Tabla 2. Valores normales de temperatura

Fuente: Penagos, S

2.2.7 Clasificación de temperaturas anormales.

2.2.7.1 Hipotermia:

Según “MedlinePlus” (2011). “Es una temperatura corporal peligrosamente

baja, por debajo de 35º C (95º F). La aparición de la hipotermia ocurre cuando el

cuerpo pierde más calor del que puede generar y generalmente es causada por

una prolongada exposición al frío”.

Causas comunes de la hipotermia

Permanecer al aire libre durante el invierno sin protegerse con la suficiente

ropa adecuada.

Caer de una embarcación en aguas frías.

Usar ropas húmedas por mucho tiempo cuando hay viento o hace mucho

frío.

27

Hacer esfuerzos agotadores o no ingerir alimentos o bebidas suficientes en

climas fríos.

A medida que las personas desarrollan hipotermia, sus habilidades para pensar

y moverse a menudo se van perdiendo lentamente. De hecho, es posible que

incluso no sean conscientes de la necesidad de tratamiento de emergencia.

Principales síntomas de la hipotermia

Somnolencia

Debilidad y pérdida de coordinación

Piel pálida y fría

Confusión

Temblor incontrolable (aunque con temperaturas corporales

extremadamente bajas el temblor puede cesar)

Frecuencia cardíaca y respiratoria lentas

La consecuencia sin tratamiento oportuno, puede presentar letargo, paro

cardíaco, shock y coma. La hipotermia puede ser mortal.

2.2.7.2 Fiebre:

La fiebre como se definió anteriormente en la página 19 es el aumento de la

temperatura corporal, la función de esta por lo general es evitar que

microorganismos (bacterias y virus) que causan infecciones en seres humanos

proliferen, pero esta no es la única causa de fiebre en el cuerpo, por ello a

continuación se precisa en las causas más comunes de la fiebre.

28

Causa común de la fiebre:

Debemos tener en cuenta que el mundo que rodea al ser humano está

compuesto de microorganismos. Por ejemplo tenemos: La tierra, el agua, tanto

dulce como salada, y el aire. Se hace referencia a nuestro entorno porque

generalmente interactuamos con él bien sea, comiendo, bebiendo, y respirando.

Según el Manual Merck de información médica para el hogar, a pesar de esta

interacción y la presencia abrumadora de estos microorganismos rara vez

invaden, se multiplican y producen infección en los seres humanos, hasta se han

dado casos en los que cuando invaden, la infección es tan leve que no provoca

síntomas. En este mismo manual se hace referencia a que existen pocos

microorganismos capaces de causar enfermedades y que muchos de estos viven

en lugares como piel, boca, vías respiratorias, intestinos y genitales. Estos

microorganismos pueden permanecer como compañeros inactivos sin causar

molestias o invadir de un momento a otro a su huésped causando algún tipo de

enfermedad. Esta afección depende plenamente de la naturaleza del

microorganismo y de las defensas del cuerpo humano.

La mayoría de las veces y sobre todo en la infancia, la causa más frecuente son

las infecciones, las bacterias y virus (microorganismos) crecen mejor alrededor de

los 37ºC, que es la temperatura habitual del cuerpo humano. Por lo tanto, elevar la

temperatura unos grados puede darle al cuerpo cierta ventaja en su defensa. La

fiebre, activa el sistema inmunitario para fabricar más glóbulos blancos,

anticuerpos y otros agentes que luchan contra la infección. Por ello, la fiebre es

una parte importante en la defensa del cuerpo.

Además, de agentes infecciosos hay múltiples causas que pueden producir

fiebre como lo puede ser: emociones fuertes, temperatura ambiente alta y

29

húmeda, ropas gruesas o arropamiento excesivo, golpes de calor o insolación,

intoxicaciones y otras enfermedades no infecciosas. Así mismo, puede dar fiebre

tras la comida, tras la realización de actividad física intensa o tras las

vacunaciones.

En general se considera que la fiebre constituye un motivo de preocupación que

debería consultar con el médico en las siguientes situaciones:

En bebés hasta los 2 meses, cuando la temperatura rectal es de 38ºC o

superior.

En bebés con más de 2 meses cuando la temperatura rectal es de 38,8ºC o

superior.

En bebés de 3 a 6 meses cuando la temperatura es de 38,3ºC o superior.

En bebés y niños hasta 2 años cuando la fiebre dure más de dos días.

2.2.8 Sensores

Para el Ing. Novodvoretz el sensor se define como “como el elemento que se

encuentra en contacto directo con la magnitud que se va a evaluar”. Esto quiere

decir que el sensor es quien recibe la magnitud física para luego proporcionársela

al transductor.

Para Elías y Toro (2004) un sensor es un “Aparato que nos permite comprobar

cómo se encuentra alguna variable en el mundo exterior” (p63).

30

Diferencia entre un sensor y un transductor

Los llamados transductores permiten la transformación de un tipo de energía

(calórica, solar, etc.) en otra (generalmente energía eléctrica).

Por su parte los sensores (tales como fotorresistencias, termistores, etc.)

detectan un amplio rango de magnitudes físicas que posteriormente son

procesadas en circuitos de control para ser transformadas en cambios eléctricos

para un sistema según la función deseada.

En resumen, Según Margaix, J. (Sin fecha). Los transductores Son dispositivos

que absorben energía de un sistema y, transformándola, la ceden a otro sistema

en forma de diferente energía.

2.2.8.1 Clasificación de sensores.

Según la magnitud que detecten los sensores, estos se pueden clasificar en:

Temperatura

Presión

Posición

Velocidad

Aceleración

Longitud

Nivel

Caudal

Flujo

Fuerza

Iluminación

31

2.2.8.2 Clasificación de los sensores según su funcionamiento.

Resistivos: varía una resistencia en función de la magnitud a sensar

Capacitivos: varía una capacitancia en función de la magnitud a sensar

Inductivos: varía una inductancia en función de la magnitud a sensar

Ópticos: varía una propiedad óptica en función de la magnitud a sensar

Generadores de tensión o intensidad: Se genera una corriente o una

tensión provocada por la magnitud a sensar.

2.2.8.3 Clasificación de sensores según su tipo de alimentación.

Activos: Generan su propia tensión o corriente.

Pasivos: Requieren de alimentación externa para generar alguna señal.

Según su modo de funcionamiento pueden ser:

Por comparación: Requieren una referencia a partir de la cual se detectan

desequilibrios relativos.

Por deflexión: La magnitud física a detectar genera un valor absoluto

medible.

2.2.8.4 Clasificación de sensores según su señal de salida

Analógicos: La señal de salida es análoga

Digital: La señal de salida es digital codificada (Binario, Gray, BCD, etc).

2.2.8.5 Características de sensores.

Campo de medida: Rango de valores de la magnitud de entrada

comprendido entre el máximo y el mínimo detectables por un sensor, con

una tolerancia de error aceptable.

32

Resolución: Mínima diferencia entre dos valores próximos que el sensor es

capaz de distinguir.

Sensibilidad: Es la variación de la salida producida por una variación de

entrada.

Linealidad: Cercanía de la curva característica a una recta especificada.

Linealidad equivale a sensibilidad.

Saturación: Es la no linealidad producida por disminución de sensibilidad

típicamente al principio o al final del rango.

Histéresis: Es la diferencia entre valores de salida correspondientes a la

misma entrada, según la trayectoria seguida por el sensor.

Exactitud: Es la diferencia entre la salida real y el valor teórico de dicha

salida (valor verdadero).

Precisión: Es la capacidad de obtener la misma respuesta cuando se

realizan varias lecturas de la misma entrada y en las mismas condiciones.

2.2.9 Sensores de temperatura.

2.2.9.1 Termistores

Según Carletti (2009). Un termistor es una resistencia cuyo valor varía en

función de la temperatura. Existen dos clases de termistores: NTC, Coeficiente de

Temperatura Negativo; es una resistencia variable cuyo valor se decrementa a

medida que aumenta la temperatura; Y Coeficiente de Temperatura Positivo, cuyo

valor de resistencia eléctrica aumenta cuando aumenta la temperatura.

Por ejemplo para la lectura de temperaturas en un robot, tanto en su interior

como en el exterior, puede ser algo importante para proteger los circuitos, motores

y estructura de la posibilidad de que, por fricción, esfuerzo, trabas o excesos

mecánicos de cualquier tipo se alcancen niveles peligrosos de calentamiento.

33

2.2.9.2 RTD (Termo resistencias).

Bugueño (2009). Define que los sensores RTD (Resistance Temperature

Detector), son dispositivos cuya resistencia cambia a medida que lo hace la

temperatura, están basados en un conductor de platino y otros metales, por lo

general se utilizan para medir temperaturas por contacto o inmersión, y en

especial para un rango de temperaturas elevadas, donde no se pueden utilizar

semiconductores u otros materiales sensibles. Su funcionamiento está basado en

un metal, cuando sube la temperatura, aumenta la resistencia eléctrica.

2.2.9.3 Termocuplas.

Según Carletti, E. (2009). Señala que:

El sensor de una termocupla está formado por la unión de dos piezas

de metales diferentes. La unión de los metales genera un voltaje muy

pequeño, que varía con la temperatura. Su valor está en el orden de

los milivoltios, y aumenta en proporción con la temperatura. Este tipo

de sensores cubre un amplio rango de temperaturas: -180 a 1370 °C.

2.2.9.4 Diodos para medir temperatura.

La página web Sensores E Interacción informática (2008), afirma que se puede

usar un diodo semiconductor ordinario como sensor de temperatura. Un diodo es

un sensor de temperatura de bajo costo. El diodo puede ser capaz de producir

resultados satisfactorios pero es necesario hacer una calibración y mantener una

corriente de excitación bien estable.

34

2.2.9.5 Circuitos integrados para medir temperatura.

La página web Sensores E Interacción informática (2008), establece que estos

sensores se agrupan en cuatro categorías principales: salida de voltaje, salida de

corriente, salida de resistencia y salida digital. Con salida de voltaje se puede

encontrar los comunes LM34 (°K) y LM35 (°C) de National Semiconductor. Con

salida de corriente uno de los más conocidos es el AD590, de Analog Devices.

Con salida digital son conocidos el LM56 y LM75 (también de National). Los de

salida de resistencia son menos comunes, fabricados por Phillips y Siemens.

2.2.9.6 Sensor de temperatura lilypad.

Lilypad es una tecnología de textiles electrónicos. Consiste en un pequeño

sensor de temperatura de tipo termistor modelo MCP9700A. Según Microchip, el

sensor produce 0.5V en su salida (output) a 0 ºC grados, 0.75V a 25 ºC, y 10mV

por grado ºC. Este tipo de sensores puede ser adherido al coserse en las prendas

de vestir, y además es lavable. A continuación en la imagen número 6 sensor de

temperatura lilypad.

Imagen 6. Lilypad Sensor de temperatura

Fuente: Sparkfun.com

35

Según la hoja de datos de Microchip, algunas características técnicas de este

tipo de sensor que cabe la pena recalcar están: Su pequeño tamaño, Un amplio

rango de medición de -40ºC hasta +125ºC, es inmune a capacitancias parásitas

evitando así alteraciones en su lectura, bajo consumo de corriente 6uA, trabaja

con un rango de voltajes VDD = 2.3V hasta 5.5V, varía su voltaje respecto a la

temperatura 10.0 mV/°C.

El circuito integrado que conforma el termistor utiliza un diodo para medir la

temperatura. Las características eléctricas del diodo tienen un coeficiente de

temperatura que brinda un cambio en el voltaje respecto a la temperatura

ambiente desde -40ºC hasta los +125ºC. Para este cálculo se utiliza la siguiente

fórmula número 1:

Fórmula 1. Fórmula de transferencia del sensor.

VOUT = TC • TA + V0°C

Fuente: hoja de datos

Dónde:

TA: Temperatura Ambiente

Vout: Voltaje de salida del sensor

V0ºC: Voltaje de salida del sensor a 0ºC

Tc: Coeficiente de temperatura

2.2.10 Telecomunicación para transmitir datos

Según la empresa CODEPRET. (2011), Dedicada a la distribución de productos

de telecomunicaciones y servicios basados en dispositivos móviles y de datos en

la ciudad de Quito, Ecuador, define a la telecomunicación como “una técnica

36

consistente en transmitir un mensaje desde un punto a otro, normalmente con el

atributo típico adicional de ser bidireccional”.

El término telecomunicación según CODEPRET, cubre todas las formas de

comunicación a distancia, incluyendo radio, televisión, telefonía, telegrafía,

transmisión de datos.

Toda comunicación lleva implícita la transmisión de información de un punto a

otro, pasando por una serie de procesos. Para que exista una transmisión esta

debe estar compuesta básicamente por un transmisor, un canal o medio de

propagación, y un receptor. Para Pérez, C. (2005) Los componentes que integran

esta transmisión pueden definirse como:

Un transmisor: Es quien se encarga de tomar un mensaje y de procesar el

mismo para obtener una modulación, de esta manera el mensaje es acoplado en

una onda portadora para mantener el mensaje durante la transmisión y este no se

pierda.

Canal o medio de transmisión: El canal de transmisión o medio es el enlace que

existe entre el transmisor y el receptor, siendo este la unión entre origen y el

destino, por ejemplo: Un cable coaxial, ondas de radio, fibra óptica entre otros.

El receptor: Es quien recibe el mensaje, y se encarga de procesar el mismo

para demodular la señal transmitida por el transmisor, y de estar manera extraer el

mensaje.

37

2.2.11 Técnicas de modulación.

Entre los tipos de comunicación cabe destacar la radiocomunicación porque

permite la comunicación entre 2 o más puntos de forma inalámbrica, por ello es

importante la técnica de la modulación ésta es la variación en el tiempo de la

característica principal de una onda es decir, su amplitud, frecuencia, o fase. Entre

los tipos de modulación se pueden destacar:

La modulación en amplitud AM: En la modulación de amplitud (AM), la

amplitud de de la onda portadora es variada mientras que su frecuencia se

mantiene constante

La modulación en frecuencia FM: la frecuencia modulada (FM) es una

modulación angular que transmite información a través de una onda

portadora variando su frecuencia

La modulación en Fase Sk: este tipo de modulación que se caracteriza

porque la fase de la onda portadora varía directamente de acuerdo con la

señal modulante, resultando una señal de modulación en fase.

2.2.12 Transmisión y recepción inalámbrica.

Para Gralla (2007). ”Es aquella en la que extremos de la comunicación (emisor

y receptor) no se encuentran unidos por un medio de propagación físico, sino que

se utiliza la modulación de ondas electromagnéticas a través del espacio”. De esta

manera se podrá afirmar que las únicas conexiones físicas existentes únicamente

se encuentran en el transmisor y receptor que emite y recibe la señal. Entre

ejemplos comunes podemos encontrar teléfonos celulares, radios, conexiones

38

inalámbricas entre computadores portátiles y redes inalámbricas, módulos

inalámbricos de desarrollo de radio frecuencia, como ejemplo tenemos en la

imagen número 7 Modulo RF.

Imagen 7. Modulo RF

Fuente: Electronicamagnabit

2.2.13 Módulos Inalámbricos XBee.

Según el manual de Maxstream los módulos inalámbricos XBee fueron

diseñados con los estándares de la IEEE 802.15.4 ofreciendo soporte a las

necesidades de bajo costo. Los módulos requieren mínimo consumo y pueden

proveer la entrega de datos entre esta clase de dispositivos.

Entre las presentaciones actuales en el mercado para estos módulos

inalámbricos existen dos clases distintas de familias. La familia XBee y XBee Pro,

su similitud es únicamente a nivel de hardware, es decir la semejanza en su

estructura. A nivel de prestaciones técnicas, la potencia hace apreciable la

diferencia entre estas familias. A continuación se detalla las principales diferencias

características entre estas dos familias:

39

Principales características para el ámbito de entrega de datos:

XBee

En interiores: Hasta 100 Pies (30 mts)

En exteriores: En línea de vista hasta 300 pies (90 mts)

Poder de transmisión: 1mW (0 dBm)

Sensibilidad de recepción: (-92 dBm)

Tasa de envío de datos 250.000 bps

XBee PRO

En interiores: Hasta 300 Pies (90 mts)

En exteriores: En línea de vista hasta 1 milla (1600 mts)

Poder de transmisión: 63mW (18 dBm)

Sensibilidad de recepción: (-100 dBm)

Tasa de envío de datos 250.000 bps

Principales características de consumo:

XBee

Corriente en el transmisor TX: 45 mA (@3.3 V)

Corriente en el receptor RX: 50 mA (@3.3 V)

Corriente apagado: < 10 μA

XBee PRO

Corriente en el transmisor TX: 250mA

Corriente en el transmisor TX ( Variación de conector antena, RPSMA):

215mA

Corriente en el receptor RX: 55 mA (@3.3 V)

Corriente apagado: < 10 μA

40

Principales características generales, de seguridad y red:

XBee

Frecuencia de operación: ISM 2.4 GHz

Dimensiones: 0.960” x 1.087” (2.438cm x 2.761cm)

Temperatura de operación: -40 to 85º C (industrial)

Tipos de Antena: Antena integrada tipo cable, antena tipo chip, U.FL

conector, y conector tipo RPSMA

Topología de Red soportada: Punto a punto, punto a multipunto, red entre

pares (peer to peer)

Número de canales: 16 secuencias de canales

Opciones de direccionamiento: PAN ID, canal o direccionamiento.

XBee PRO

Frecuencia de operación: ISM 2.4 GHz

Dimensiones: 0.960” x 1.297” (2.438cm x 3.294cm)

Temperatura de operación: -40 to 85º C (industrial)

Tipos de Antena: Antena integrada tipo cable, antena tipo chip, U.FL

conector, y conector tipo RPSMA

Topología de Red soportada: Punto a punto, punto a multipunto, red entre

pares (peer to peer)

Número de canales: 12 secuencias de canales

Opciones de direccionamiento: PAN ID, canal o direccionamiento.

Según el manual de XBee/XBee-PRO entre las principales ventajas que

caracterizan el fácil uso de estos módulos se tiene:

Comandos AT y API para configurar los parámetros de los módulos.

No necesitan de una configuración para comunicarse para su uso por

primera vez.

41

Su configuración en caso de ser necesaria se realiza mediante un programa

gratuito llamado X-CTU de fácil uso.

Reconocer las diferencias a simple vista entre las gamas de XBee/XBee-PRO

es muy sencillo debido a características como su tamaño, y principalmente a su

imprenta en la cual expresa la palabra “PRO” luego de XBee. A continuación en la

imagen número 8 se muestra una imagen referencial entre un XBee PRO

(Izquierda) y un XBee (Derecha).

Imagen 8. Módulos XBee


42

En la tabla número 3 se muestra la tabla pines de configuración que

corresponden a estas familias de XBee:

Tabla 3. Pines de configuración

Fuente: Xbee-PRO datasheet

Cabe destacar que las conexiones básicas para el funcionamiento de estos

módulos son:

VCC: Fuente de poder

GND: Tierra

DOUT: Salida de datos serial UART

DIN: Entrada de datos serial UART

43

2.2.13.1 Software X-CTU:

Según Digi, X-CTU es una aplicación diseñada para interactuar entre el

firmware grabado en los productos de radio frecuencia que ofrece esta empresa,

en este caso la familia de XBee. Con este programa se provee una interfaz gráfica

para modificar sus características de una forma mucho más cómoda.

La imagen número 9 muestra a continuación la interfaz principal que se muestra

al abrir este programa.

Imagen 9. X-CTU

Fuente: Xbee-PRO datasheet.

A continuación se explicará el uso de las pestañas de la imagen número 10

expuesta anteriormente:

44

PC settings (Ajustes en computador): Esta pestaña permite al usuario

seleccionar el puerto COM y configurar ese puerto para los ajustes de radio,

por ejemplo la tasa de baudios.

Range test (Pruebas de rango): Permite al usuario ejecutar pruebas de

rango entre conexiones.

Terminal: Permite al usuario acceder al puerto COM con un programa

emulador. Esta pestaña también permite acceder al firmware de la radio

usando comandos AT.

Modem configuration (Configuración de modem): Permite acceder a los

ajustes del firmware de la radio mediante la interfaz gráfica. Esta pestaña

permite al usuario cambiar la versión de firmware

2.2.14 Lilypad XBee.

Para los módulos inalámbricos XBee existe un accesorio en el mercado que

sirve para adherir a las prendas de vestir, y de esta manera adaptar el modulo

según los requerimientos de desarrolladores. En este caso el lilypad es un

accesorio lavable, diseñado con la finalidad de establecer comunicaciones de

radio entre los mencionados XBee. A continuación en la imagen número 10 se

muestra un lilypad XBee

Imagen 10. Lilypad XBee


45

2.2.15 Microcontrolador.

Para pjmicrocontroladores (2006) un microcontrolador es un circuito integrado

que nos ofrece posibilidades de un pequeño computador, en su interior se puede

encontrar un procesador, memoria, y varios periféricos.

Para Palazzesi, A. (2007). Un microcontrolador “es como un ordenador en

pequeño: dispone de una memoria donde se guardan los programas, una memoria

para almacenar datos, de puertos de entrada y salida, etc.”

Los microcontroladores son componentes electrónicos considerados como

pequeños computadores; Estos son capaces de llevar a cabo tareas una vez que

el programador haya escrito en él un programa determinado.

Para Rueda, L. (Sin fecha). Establece que los microcontroladores están

compuestos por varios bloques funcionales entre los cuales tenemos:

Memoria ROM (Memoria de sólo lectura)

Procesador o CPU (Unidad central de procesos)

Memoria RAM (Memoria de acceso aleatorio)

Líneas de entrada/salida (I/O) También llamados puertos

Lógica de control Coordina la interacción entre los demás bloques

Entre algunas funciones especiales que disponen algunos micros se tiene:

Unidad de Procesamiento Central (CPU): Típicamente de 8 bits, pero

también las hay de 4, 32 y hasta 64 bits con arquitectura Harvard, con

memoria/bus de datos separada de la memoria/bus de instrucciones de

46

programa, o arquitectura de von Neumann, también llamada arquitectura

Princeton, con memoria/bus de datos y memoria/bus de programa

compartidas.

Memoria de Programa: Es una memoria ROM (Read-Only Memory),

EPROM (Electrically Programable ROM), EEPROM (Electrically

Erasable/Programable ROM) o Flash que almacena el código del programa

que típicamente puede ser de 1 kilobyte a varios megabytes.

Memoria de Datos: Es una memoria RAM (Random Access Memory) que

típicamente puede ser de 1, 2 4, 8, 16, 32 kilobytes.

Generador del Reloj: Usualmente un cristal de cuarzo de frecuencias que

genera una señal oscilatoria de entre 1 a 40 MHz, o también resonadores o

circuitos RC.

Interfaz de Entrada/Salida: Puertos paralelos, seriales (UARTs, Universal

Asynchronous Receiver/Transmitter), I2C (Inter-Integrated Circuit),

Interfaces de Periféricos 4 Seriales (SPIs, Serial Peripheral Interfaces), Red

de Área de Controladores (CAN, Controller Area Network), USB (Universal

Serial Bus).

Otras opciones: Conversores Análogo-Digitales (A/D, analog-to-digital) para

convertir un nivel de voltaje en un cierto pin a un valor digital manipulable

por el programa del microcontrolador. Moduladores por Ancho de Pulso

(PWM, Pulse-Width Modulation) para generar ondas cuadradas de

frecuencia fija pero con ancho de pulso modificable.

2.2.15.1 Arquitectura de un microcontrolador.

Para Chucho, Orihuela, Sánchez, y Rodríguez (2007). Estas estructuras son:

47

2.2.15.1.1 Arquitectura Von Neumann.

Fue desarrollada por Jon Von Neumann, se caracteriza por tener una sola

memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta.

La CPU se conecta a través de un sistema de buses (direcciones, datos y control).

Esta arquitectura es limitada cuando se demanda rapidez. En la siguiente imagen

número 11 se puede apreciar la arquitectura Von Neuman.

Imagen 11. Arquitectura Von Neuman

Fuente: Chucho, Orihuela, Sánchez, y Rodríguez

2.2.15.1.2 Arquitectura Harvard

Fue desarrollado en Harvard, por Howard Aiken, esta arquitectura se

caracteriza por tener 2 memorias independientes una que contiene sólo

instrucciones y otra, que contiene sólo datos. Ambas, disponen de sus respectivos

sistemas de buses para el acceso y es posible realizar operaciones de acceso

simultáneamente en ambas memorias.

Para Chucho, Orihuela, Sánchez, y Rodríguez (2007). “Existe una variante de

esta arquitectura que permite el acceso a la tabla de datos desde la memoria de

programas es la Arquitectura de Harvard“. Esta última arquitectura es la

48

dominante en los microcontroladores actuales ya que la memoria de programas es

usualmente ROM, OTP, EPROM o FLASH, mientras que la memoria de datos es

usualmente RAM. Por ejemplo las tablas de datos pueden estar en la memoria de

programa sin que sean perdidas cada vez que el sistema es apagado. En la

siguiente imagen número 12 se puede apreciar la arquitectura Harvard.

Imagen 12. Arquitectura Harvard

Fuente: Chucho, Orihuela, Sánchez, y Rodríguez

2.2.15.2 Tipos de instrucciones.

Para Vega, Sánchez, Salgado, Sánchez, (Sin fecha). Establecen que existen

dos tipos de instrucción llamados:

CISC (complex instruction set computer) Computadoras con un conjunto de

instrucciones complejo.

RISC (reduced instruction set computer) Computadoras con un conjunto de

instrucciones reducido

49

Instrucciones CISC

Se caracterizan por ser muy amplias y permitir operaciones complejas entre

operandos situados en la memoria o en los registros internos, en contraposición a

la arquitectura RISC.

Su sistema de trabajo se basa en la Microprogramación. Dicha técnica consiste

en hacer que cada instrucción sea interpretada por un microprograma localizado

en una sección de memoria en el circuito integrado del procesador. A su vez, las

instrucciones compuestas se decodifican para ser ejecutadas por

microinstrucciones almacenadas en una ROM interna.

Considerando la extraordinaria cantidad de instrucciones que la CPU puede

manejar, la construcción de una CPU con arquitectura CISC es realmente

compleja. A este grupo pertenecen los microprocesadores de INTEL (celeron,

Pentium II, Pentium III, Pentium IV) y AMD (Duron, Athlon).

Instrucciones RISC

Se trata de microprocesadores con un conjunto de instrucciones muy reducidas

en contraposición a CISC. Considerada como una innovación tecnológica creada a

partir del análisis de la primitiva arquitectura CISC, RISC ha dado origen a la

aparición de Microprocesadores.

Unas características fundamentales de RISC son instrucciones de tamaño fijo

presentadas en un reducido número de formatos. Y sólo las instrucciones de carga

y almacenamiento acceden a la memoria de datos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_%28inform%C3%A1tica%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Registro_%28hardware%29

http://es.wikipedia.org/wiki/RISC

50

En pocas palabras esto significa que para cualquier nivel de desempeño dado,

un chip RISC típicamente tendrá menos transistores dedicados a la lógica

principal. Esto permite a los diseñadores de micros una flexibilidad considerable;

pudiendo por ejemplo:

Incrementar el tamaño del conjunto de registros.

Mayor velocidad en la ejecución de instrucciones.

Implementar medidas para aumentar el paralelismo interno.

Añadir cachés enormes.

Añadir otras funcionalidades, como E/S y relojes para microcontroladores.

Construir los chips en líneas de producción antiguas que de otra manera no

serían utilizables.

En el mercado electrónico se puede encontrar una gran variedad de

microcontroladores, de distintos fabricantes como Atmel, Microchip, Freescale,

Texas Instrument, entre otros. Vale la pena recalcar que en cuanto a funciones

especiales entre las que se puede destacar, cantidades de entradas y salidas,

conversores análogos digitales, puertos seriales, entre otros, es necesario que el

programador revise las hojas de datos o datasheets para analizar si el

microcontrolador se adapta a sus necesidades respecto al desarrollo del proyecto.

En la imagen número 13 se puede apreciar un microcontrolador.

51

Imagen 13. Microcontroladores

Fuente: Flores, O (2009)

Entre los microcontroladores que se comercializan actualmente en el mercado

Venezolano, podemos destacar 2 grandes familias, la Microchip (PIC), y la Atmel

(AVR).

Microchip, produce microcontroladores de la familia (PIC) Peripheral Interface

Controller “interfaz periférica controladora”, según la página “usuarios multimanía”

(Sin fecha), ésta se divide en cuatro gamas, la enana, la baja, media, y alta. Este

tipo de microcontroladores posee una estructura Harvard.

Las principales diferencias entre familias radican en el número de puertos,

funciones, número de instrucciones, así como en la estructura del encapsulado

complejidad interna, etc. Microchip ofrece un programa llamado MPLAB IDE

(Integrated Development Environment) con el que se puede programar los micros.

La arquitectura de PIC está conformada por:

Área de código y de datos separadas (Arquitectura Harvard).

Un reducido número de instrucciones de largo fijo.

La mayoría de las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo de ejecución

(4 ciclos de clock), con ciclos de único retraso en las bifurcaciones y saltos.

52

Un solo acumulador (W), cuyo uso (como operador de origen) es implícito

(no está especificado en la instrucción).

Todas las posiciones de la RAM funcionan como registros de origen y/o de

destino de operaciones matemáticas y otras funciones.1

Una pila de hardware para almacenar instrucciones de regreso de

funciones.

Una relativamente pequeña cantidad de espacio de datos direccionable

(típicamente, 256 bytes), extensible a través de manipulación de bancos de

memoria.

El espacio de datos está relacionado con el CPU, puertos, y los registros

de los periféricos.

El contador de programa está también relacionado dentro del espacio de

datos, y es posible escribir en él (permitiendo saltos indirectos).

Una de las familias más comerciales es la 16FXXX, por ello se destaca a

continuación en la imagen número 14 el diagrama de bloques de un micro 16F870.

Este tipo de diagrama se encuentra en el manual disponible para cada micro, en él

se puede apreciar estructura interna, memorias y registros

53

Imagen 14. Diagrama estructural 16F870

Fuente: Alldatasheet

Atmel produce microcontroladores de la familia (AVR) Advanced Virtual RISC.

Ésta tecnología proporciona todos los beneficios habituales de arquitectura RISC y

memoria flash reprogramable eléctricamente. Según Chucho, Orihuela, Sánchez,

y Rodríguez (2007). AVR compite con varias familias de microcontroladores bien

establecidas en el mercado. Esta familia de microcontroladores posee una

arquitectura de tipo Harvard.

ATMEL también proporciona en línea el entorno software (AVR estudio) que

permite editar, ensamblar y simular el código fuente. Las familias AVR

rápidamente han crecido en el mercado y se dispone de las siguientes categorías:

54

TINY AVR: son microcontroladores de propósito general con memoria flash

hasta 2 Kbytes y 128 bytes de memorias SRAM y EEPROM.

AVR: Microcontroladores de propósito general con 8 Kbytes de memoria

flash y 512 bytes de memoria SRAM y EEPROM.

Mega AVR Memoria flash hasta 256 Kbytes, 4 Kbytes de memoria

EEPROM y SRAM

Los microcontroladores AVR poseen algunas características en su diseño como

lo son:

La mayoría de las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo de ejecución (1

ciclo de clock).

En su estructura posee punteros X, Y y Z que tienen capacidades de

direccionamiento diferentes entre sí

Las instrucciones se almacenan en una memoria flash no volátil.

Las instrucciones en la memoria de programas son ejecutados con

estructura segmentada (pipeling), al mismo tiempo que una instrucción es

ejecutado, se realiza la búsqueda de la próxima instrucción. Este concepto

permite de habilitar instrucciones paras ser ejecutados con cada ciclo de

reloj.

55

En la imagen Número 15 se muestra el diagrama estructural de Atmega8

Imagen 15. Diagrama estructural de Atmega8

Fuente: Vallejo,H

2.2.16 Arduino:

Según el A-Team (Equipo que desarrolló Arduino) Arduino, es una herramienta

para controlar el mundo físico a través de un ordenador. Básicamente es una

plataforma de desarrollo de código abierto. Consta de un microcontrolador AVR y

un entorno de desarrollo para crear programas que controle la placa Arduino. En la

imagen número 16 se puede apreciar una placa Arduino.

56

Imagen 16. Arduino

Fuente: Olimex.com

Arduino, se puede usar para interactuar con objetos como por ejemplo,

interruptores, sensores, controlar luces, motores, y otra variedad de actuadores

físicos, así como también leer datos. La placa puede ser hecha por aficionados, o

comprarse lista para usar. Cabe recalcar que el software de desarrollo es abierto y

gratuito.

2.2.16.1 Lenguaje de programación Arduino.

El lenguaje de programación de Arduino es una implementación de Wiring.

Según “planetaduino” (2010). “El conjunto de funciones, variables y constantes

que encapsuladas facilitan el uso del hardware”. Wiring incluye la estructura de un

sketch o boceto de programa, adicionalmente se puede utilizar las características

del lenguaje C++ dentro del ambiente de desarrollo, permitiendo crear prototipos

de funciones, punteros, clases y objetos e inclusive utilizar lenguaje de máquina.

El poder usar este tipo de lenguaje otorga flexibilidad al momento de crear

proyectos complejos debido a que permite crear aplicaciones rápidamente como

por ejemplo, librerías que pueden ser instaladas dentro del ambiente de desarrollo,

57

ofreciendo así manejos de Servos, Comunicación Serial, pantallas LCD, GPS y

otros componentes.

Para la creación de sketchs o bocetos de programa, se utiliza una interfaz

gráfica basada en Processing. según “planetaduino” (2010). “Es una herramienta

para la creación de aplicativos visuales” y sería nuestra base para el desarrollo de

programación el objetivo de esta herramienta según planetaduino es brindar una

plataforma amigable y fácil de usar.

2.2.17 Pantalla LCD.

Las pantallas LCD son por lo general arreglos compuestos por elementos

pasivos, esto quiere decir que no emiten luz que nos permita visualizar caracteres

durante la oscuridad a diferencia de los que están compuestos por LED que sí

brillan a falta de luz. Estas pantallas nos permiten mostrar mensajes según sea la

información que queremos que se vea reflejada en él.

Existen 2 modos de visualización para estas pantallas el primero de tipo

reflector este tipo de pantalla necesita una fuente externa de iluminación para

reflejar la luz y visualizar lo que se muestra. Está el segundo de tipo transflector en

el cual se usa iluminación artificial que permite visualizar la información de

cualquier forma, tanto de noche como de día

Como ejemplo de las pantallas LCD en la actualidad tenemos relojes digitales,

calculadoras, celulares, tableros de información entre otros. En la imagen 17 se

muestra dos ejemplos de una pantalla de tipo LCD la transflectora (arriba) y la que

no (abajo).

58

Imagen 17. Ejemplo pantalla LCD


2.3 Términos básicos.

A

Abstracción: Consideración aislada de las cualidades esenciales de un objeto,

o del mismo objeto en su pura esencia o noción.

Assembly: Se refiere a un tipo de programa informático que se encarga de

traducir un fichero fuente escrito en un lenguaje ensamblador, a un fichero objeto

que contiene código máquina, ejecutable directamente por la máquina para la que

se ha generado.

B

Buzzer: Es la alarma, señal o aviso que advierte sobre la existencia o proximidad

de un evento determinado, su finalidad es informar que se deben seguir ciertas

instrucciones de emergencia ante la existencia de una posible amenaza.

C

Comandos API: API es la abreviatura de Aplication Programming Interface. Un

API es una serie de servicios o funciones que el “Sistema Operativo” ofrece al

programador, como por ejemplo, imprimir un carácter en pantalla, leer el teclado,

escribir en un fichero de disco, etc.

59

Comandos AT: Son instrucciones codificadas que conforman un lenguaje de

comunicación entre el hombre y un Terminal MODEM. Los comandos AT fueron

desarrollados como un interfaz de comunicación con un MODEM para así poder

configurarlo y proporcionarle instrucciones, tales como marcar un número de

teléfono.

I

Inalámbrico: (Wireless). Que no utiliza cables. Cualquier tecnología que

permite una comunicación entre dispositivos sin ninguna conexión física visible.

M

Mnemónicas: procedimiento de asociación mental de ideas, esquemas,

ejercicios sistemáticos, repeticiones, etc. para facilitar el recuerdo

Modulación: Es el proceso de alterar las características de una onda (llamada

portadora o carrier) para que transporte información.

P

Prototipo: Significa la construcción de un circuito real para verificar que un

diseño teórico realmente funciona y proveer una plataforma física para depuración

T

Transductor: Son dispositivos que absorben energía de un sistema y,

transformándola, la ceden a otro sistema en forma de diferente energía.

2.4 Sistema de variables.

Para Bavaresco (1996), se refiere a las variables cómo: “Las diferentes

condiciones, cualidades características o modalidades que asumen los objetos en

estudio desde el inicio de la investigación. Constituyen la imagen inicial del

concepto dado dentro del marco” (p. 76).

60

A continuación se expone un cuadro que recoge y relaciona los distintos

elementos de la investigación pertenecientes al sistema de operacionalización de

variables. Tabla 4.

Tabla 4. Cuadro de sistemas de variables.

Objetivos específicos Variables Dimensiones Indicador Fuente Instrumentos

Estudiar las diferentes formas

de medir la temperatura en el cuerpo humano.

Las diferentes formas de medir la temperatura en el cuerpo humano.

Antecedentes a la investigación

Técnicas de medir la temperatura

Estudios realizados

Investigación de tipo

documental

Investigación bibliográfica páginas de

internet, revistas y publicaciones.

Determinar el sensor de

temperatura más apto para el

desarrollo del prototipo

considerando los diferentes tipos de

sensores existentes.

Sensor de temperatura más

apto para el desarrollo del

prototipo considerando los

diferentes tipos de sensores existentes.

Tipos de sensores de contacto para

medir temperatura Precisión (ºC)


documental



Formular los circuitos a

incorporar en la vestimenta y el

receptor inalámbrico

Los circuitos a incorporar en la vestimenta y el

receptor inalámbrico.

Diseño de software Diseño de hardware

Control y procesamiento

de datos


documental



Construir los circuitos del sensor de

temperatura con emisor

inalámbrico a incorporar en la vestimenta y del módulo receptor

Los circuitos del sensor de

temperatura con emisor inalámbrico a

incorporar en la vestimenta y del módulo receptor

Fabricación de circuitos impresos

Funcionamiento adecuado del sensor (ºC) y

dispositivos RF (MHz)

Microcontrolador

Campo Pruebas de

campo

Comprobar el funcionamiento

correcto del prototipo

mediante pruebas de medición de temperatura, transmisión y

recepción inalámbrica

El funcionamiento correcto del

prototipo mediante pruebas de medición de temperatura, transmisión y

recepción inalámbrica

Verificar errores y funcionamiento Enviar y recibir

datos

Recepción de datos (MHz) y monitoreo de

temperatura (ºC)

Campo Pruebas de

campo

Fuente: Los autores

61

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO.

En el capítulo 3, llamado el Marco Metodológico se describen las fases

metodológicas usadas en este trabajo de grado. Una buena metodología ofrece

una serie de pasos a seguir para llevar a cabo una investigación, siendo esta una

guía para planificar las actividades a realizar en un proyecto.

El Marco Metodológico es “la instancia referida a los métodos, las diversas

reglas, registros, técnicas y protocolos con los cuales una teoría y su método

calculan las magnitudes de lo real” (Balestrini, 2002, P.126).

La metodología permite dividir el proyecto en fases, a su vez, cada fase arroja

resultados definidos que facilitan llevar bien enmarcadas las actividades realizadas

y sus respectivos resultados. De esta forma se puede realizar un cronograma de

actividades con la finalidad de controlar la realización de cada una de estas a

tiempo.

El Marco Metodológico de esta investigación permite situar el conjunto de

procedimientos expuestos en el desarrollo de la investigación y sus elementos

constituyentes, permitiendo así describirlos y exponerlos a continuación.

62

3.1 Tipo de investigación

Para la solución de problemas el estructurar un esquema es necesario porque

permite llegar a resultados mediante un análisis y diagnóstico previo, la finalidad

de esto es poder lograr el objetivo de la investigación.

Según las características de esta investigación se siguieron los lineamientos

establecidos en el proyecto factible, el cual según la Universidad Pedagógica

Experimental Libertador puede definirse como: (UPEL, 1998): “…la investigación

elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para

solucionar problemas, requerimientos o necesidades, puede referirse a la

formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos” (p.7).

Siguiendo la estrategia de investigación planteada referida a desarrollar y

construir un prototipo en prenda de vestir para niños de temprana edad, capaz de

medir e informar la temperatura a distancia y en pro de sus características, se

incorpora el tipo de investigación de tipo proyecto factible, consistiendo ésta en

establecer una solución al problema planteado por medio de la tecnología

inalámbrica y de sensores luego de diagnosticar y formular el diseño de este

prototipo.

3.2 Diseño de la investigación.

Según, Martin, A. (1986)

Un diseño de investigación se define como el plan global de

investigación que integra de un modo coherente y adecuadamente

correcto técnicas de recogidas de datos a utilizar, análisis previstos y

objetivos… el diseño de una investigación intenta dar de una manera

63

clara y no ambigua respuestas a las preguntas planteadas en la

misma. pág.67

“El diseño de investigación es la estrategia general que adopta el investigador

para responder al problema planteado. En atención al diseño, la investigación se

clasifica en: documental, de campo y experimental.” (Arias, 2006, p.26).

“Diseño de la investigación: se refiere a la explicación del modelo metodológico

asumido.” (Barrios, 2006, p.34).

Partiendo de la definición anterior de lo que es un diseño de investigación lo que

se desea saber es dónde y cuándo se recolecta los datos a utilizar. Toda la

información se recolectará por 2 tipos de investigaciones. La primera de ellas de

tipo documental, según el Manual de Trabajos de Grado de Especialización y

Maestría y Tesis Doctorales de la UPEL podría definirse como:

El estudio de los problemas con el propósito de ampliar y profundizar

el conocimiento de su naturaleza, con apoyo, principalmente, en

trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos,

audiovisuales o electrónicos. La originalidad del estudio se refleja en

el enfoque, criterios, conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones,

recomendaciones y, en general, en el pensamiento del autor. UPEL

(2009).

3.3 Validación de objetivos:

Según la definición anterior, se procederá a validar los objetivos específicos que

serían de tipo documental a continuación y el por qué de estos:

64

Estudiar las diferentes formas de medir la temperatura en el cuerpo

humano.

Determinar el sensor de temperatura más apto para el desarrollo del

prototipo considerando los diferentes tipos de sensores existentes.

Formular los circuitos a incorporar en la vestimenta y el receptor

inalámbrico.

Por el hecho de querer explorar y profundizar en el área del conocimiento

mediante trabajos anteriormente realizados, estudios y otros medios, todo lo

relacionado con el estudio y lo que derive de este, como lo puede ser la

identificación de parámetros y la formulación de posibles componentes mediante

datasheets, hojas de datos, estos 3 objetivos específicos son de tipo documental

por el uso de los recursos antes expuestos.

La segunda investigación es de campo, según el Manual de Trabajos de Grado

de Especialización y Maestría y Tesis Doctorales de la UPEL podría definirse

como:

Se entiende por Investigación de Campo, el análisis sistemático de

problemas en la realidad, con el propósito bien sea de describirlos,

interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes,

explicar sus causas y efectos, o predecir su ocurrencia, haciendo uso

de métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o

enfoques de investigación conocidos o en desarrollo. Los datos de

interés son recogidos en forma directa de la realidad; en este sentido

se trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios. Sin

embargo, se aceptan también estudios sobre datos censales o

muestrales no recogidos por el estudiante, siempre y cuando se utilicen

los registros originales con los datos no agregados; o cuando se trate

de estudios que impliquen la construcción o uso de series históricas y,

65

en general, la recolección y organización de datos publicados para su

análisis mediante procedimientos estadísticos, modelos matemáticos,

econométricos o de otro tipo. UPEL (2009).

Según la definición anterior, se procederá a validar los objetivos específicos que

serían de tipo campo a continuación y el por qué de estos:

Construir los circuitos del sensor de temperatura con emisor inalámbrico a

incorporar en la vestimenta y del módulo receptor.

Comprobar el funcionamiento correcto del prototipo mediante pruebas de

medición de temperatura, transmisión y recepción inalámbrica.

Estos objetivos específicos se clasificaron en tipo campo porque esta

información es obtenida de la realidad, es decir mediante datos primarios que

pueden ser datos matemáticos, electrónicos (valores de componentes reales

existentes en el mercado), condiciones de los componentes, o condiciones

ambientales en otras palabras donde ocurren los eventos de las prácticas, así

como la búsqueda de los mismos.

Al usarse estos dos tipos de investigación el diseño será mixto porque “la

investigación mixta es aquella que participa de la naturaleza de la investigación

documental y de la investigación de campo”. Grajales. (2000). Pág. 2.

66

3.4 Población y Muestra.

3.4.1 Población.

La población según Tamayo y Tamayo (1998) Es la “totalidad de fenómenos

donde las unidades de población poseen una característica común, la cual se

estudia y da origen a los datos de la investigación”. (p.114).

Para Balestrini (2002) representa “… un conjunto finito o infinito de personas,

cosas o elementos que presentan características comunes”. (p.137).

Según Hernández, R; Fernández, C; Baptista, P. Las poblaciones son diversas,

por ello dividen este tipo de población en 2 tipos: Finitas, cuando está estructurada

por un número limitado de elementos e Infinita, cuando la población es muy

grande y no se conocen límites precisos de éstas.

La población estará definida por todos aquellos usuarios que han adquirido, o

podrían adquirir prendas de vestir para infantes y según su criterio u experiencia

suministrarán la información necesaria que permite desarrollar el estudio. Esta

población es de tipo finita porque está enfocado a una población de Caracas,

específicamente Municipio Libertador, parroquia la Vega urbanización Montalbán.

Esta población está delimitada hasta un número de habitantes aproximado,

además fue escogida por la familiarización que tienen los autores respecto a esta,

y es una zona en la que existen guarderías, jugueterías, y tiendas que venden

prendas de vestir niños. Esta población según el instituto de investigaciones

económicas y sociales (IIES) de la Universidad de los Andes conjuntamente con el

instituto nacional de estadística (INE) en la parroquia La Vega específicamente

para el año 2005 (siendo los datos de esta fecha válidos porque la densidad de

población no crece tan rápido) existe una población aproximada de 139.427

67

habitantes. A partir de esta población que incluye a la Urbanización Montalbán y

Juan Pablo II se procederá a tomará una muestra que posteriormente arrojará una

muestra. Según Balestrini, M. La muestra puede definirse como:

Una parte de la población, o sea, un número de individuos u objetos

seleccionados científicamente, cada uno de los cuales es un elemento

del universo. La muestra es obtenida con el fin de investigar, a partir

del conocimiento de sus características particulares, las propiedades

de una población. (Pág.141)

3.4.2 Muestra.

Según Hernández, R. y otros (1994), “La muestra es, en esencia, un subgrupo

de la población. Digamos que es un subconjunto de elementos que pertenecen a

ese conjunto definido en sus características al que llamamos población”.

La muestra tomada para este proyecto será de tipo representativo porque

permite generalizar los resultados al resto de la población y su clasificación será

aleatoria simple.

La muestra según Tamayo y Tamayo (2001) es determinada:

A partir de la población en estudios cuantificativos para un estudio o

investigación, ya que no es posible medir cada una de las entidades

que integran la población en estudio. La muestra será representativa de

la población, si refleja las características que definen la población de la

cual fue extraída. (Pág. 176)

68

Para determinar el tamaño de la muestra de estudio, se utilizará la Fórmula 2:

Fórmula 2. Fórmula para estimar la proporción poblacional n = (N . Z² . p. q) / ((N-1). e + Z² . p. q )

Fuente: Arias, F.

Dónde:

N= Tamaño de la población (139.427 habitantes)

Y= Valor de la Variable (por lo general es = 1)

Z= Varianza tipificada (típica 95%)

S= Desviación Standard (típica 15%)

e= Error muestra (típico 5%)

p= Proporción de elementos que presentan la característica (típico 50%)

q= Proporción de elementos que no presentan la característica (típico 50%)

n= Tamaño de la muestra

Dónde: Se aplica la Fórmula 3 para los datos anteriores.

Fórmula 3. Fórmula para estimar la proporción poblacional

Fuente: Los autores

El resultado anterior de la muestra representativa es de 102 personas, por lo

tanto ésta permite generalizar el resultado en la población específica.

69

Al aplicar esta fórmula a la población para obtener la muestra se busca

generalizar los resultados para obtener una precisión que brinde un nivel de

confianza considerable superior al 90%.

Para definir la muestra representativa ésta debe contener el mínimo de sesgos

posibles, para Balestrini la muestra representativa “Implica, que contenga todos

los elementos en la misma proporción que existen en éste; de tal manera, que

sea posible generalizar los resultados obtenidos a partir de la muestra, a todo el

universo“(Pág.141).

Se puede decir en otras palabras que la muestra representativa es aquella que

contenga rasgos similares a las del conjunto, que permita hacer inferencias o

generalizar los resultados al resto de la población con un margen de error

conocido.

3.4.3 Clasificación de tipos de muestreo

Para poder clasificar el tipo de muestreo probabilístico o aleatorio hay que

definir primero sus clases:

3.4.3.1 Azar simple:

Según Torres, J. (2005).“El cual se utiliza en poblaciones homogéneas en

particular sobre las características que son de interés para el estudio. La muestra

tiende a ser representativa de la población. Cada integrante de la muestra tiene

igual probabilidad de ser elegido”.Pág.69

70

3.4.3.2 Azar sistemático:

Según, Méndez (2001) La muestra se selecciona considerando criterios

previamente establecidos dentro de ciertos intervalos de tiempo, espacio u otro.

3.4.3.3 Conglomerado:

Según Torres, J. (2005)”La población se divide en conglomerados o grupos

para luego determinar la muestra en cada grupo. Cada conglomerado es

internamente heterogéneo, es decir, los integrantes son variables en sus

características”.

La clasificación del resultado de la muestra será aleatoria del tipo azar simple

porque según la definición, la muestra tiende a ser representativa para la

población del Municipio Libertador, Parroquia La Vega Urbanización Montalbán.

Cada integrante de la muestra tiene igual probabilidad de ser elegido. La cantidad

de la muestra es 102 personas.

3.5.1 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos.

Los instrumentos que se usan para la recolección de datos se enfocan

directamente hacia el problema que se plantea y a sus interrogantes; estos son un

“conjunto de técnicas que permitirán cumplir con los requisitos establecidos en el

paradigma científico, vinculados a el carácter específico de las diferentes etapas

de este proceso investigativo y especialmente referidos al momento teórico y al

momento metodológico de la investigación” (Balestrini,. 2002, pág. 145).

71

De acuerdo a los objetivos específicos que se plantearon en esta investigación

se utilizaron distintos tipos de instrumentos y técnicas que permiten la recolección

de datos ayudando así a alcanzar, encontrar respuestas y canalizar el proyecto en

pro del bienestar de las personas que están a favor de monitorear la temperatura

de sus hijos con métodos no invasivos. Entre los instrumentos usados para esta

investigación están: La observación directa, y la encuesta.

3.5.1.1 La observación.

Según Yépez, L (2008). “Es una técnica que consiste en observar atentamente

el fenómeno, hecho o caso, tomar información y registrarla para su posterior

análisis”.

Por su parte Sabino, C. (1992), señala que “La ventaja principal de esta

técnica, en el campo de las ciencias del hombre, radica en que los hechos son

percibidos directamente, sin ninguna clase de intermediación, colocándonos ante

la situación estudiada, tal como esta se da naturalmente.” (p.166).

Con esta técnica se podrá observar el funcionamiento del prototipo, de esta

manera características como, rendimiento, funcionamiento, eventuales fallas

durante pruebas podrán ser registradas como parte de la investigación. La relación

que existirá con el prototipo y el medio ambiente que le rodea es vital para el

desenvolvimiento de esta investigación.

3.5.1.2 La encuesta.

Según Galán, M (2009) “La encuesta es un método y/o técnica que consiste en

obtener información acerca de una parte de la población o muestra, proporcionada

por ellos mismos, sobre opiniones, actitudes o sugerencias”.

72

Arias, F (2006), define la Encuesta, como una técnica que busca obtener

información sobre un tema en particular, aplicando la misma a un grupo de

individuos que tengan relación con dicho tema.

Mediante esta técnica se desea saber según la muestra, qué impacto tendrá

este prototipo en su día a día y si realmente creen que es una posible solución a

problemas como la prevención, la lectura de la temperatura durante la noche, a

técnicas invasivas, a hacer presencia para la toma de la muestra.

Para esta técnica se utilizará una encuesta de tipo oral y escrita, en la primera

de ellas se pedirá autorización para participar en la encuesta, y posteriormente

deberán llenar un cuestionario validado por 3 metodólogos de la universidad

Nueva Esparta (Referirse a Anexos B, C, D). Las preguntas relacionadas al tema

de este trabajo de grado (Referirse a Anexo A), ayudarán a recolectar información

sobre el impacto que podría tener el prototipo.

Para Galán, M (2009) “El cuestionario es un conjunto de preguntas diseñadas

para generar los datos necesarios para alcanzar los objetivos propuestos del

proyecto de investigación. El cuestionario permite estandarizar e integrar el

proceso de recopilación de datos”.

Este tipo de instrumento (encuesta o cuestionario) presentado a continuación

consistirá en una serie de preguntas que permitirán recabar información sobre la

utilidad de este prototipo a desarrollar. (Referirse al anexo A).

73

3.5.2 Técnica de procesamiento y análisis de datos.

En las técnicas de procesamiento y análisis de datos se establece la

interpretación de los resultados obtenidos con la finalidad de dar respuesta a los

objetivos planteados en un principio en este trabajo de investigación. Según

Balestrini, M. (2002) en la etapa de análisis asegura que:

En la etapa de Análisis e Interpretación de los Resultados, se

introducirán los criterios que orientaran los procesos de codificación y

tabulación de los datos; sus técnicas de presentación; el análisis

estadístico de los mismos; así como el manejo de los datos no

cuantitativos en el análisis e interpretación. (Pág. 172).

El análisis de los datos recogidos está dividido en 2 partes, la primera de ellas

es los resultados de la observación y la segunda parte mediante los resultados de

la encuesta.

Según la definición anterior, los resultados de la observación anterior

corresponden a datos no cuantitativos, pero estos también deben ser registrados.

En este caso se procederá a rellenar una tabla en “resultado de instrumentos”

donde se detalle que objetivos cumplió el prototipo diseñado.

Sabino, C. (1992), señala que: “El análisis cuantitativo es el que se realiza con

la información numérica obtenida en la investigación. Posteriormente esta deberá

ser procesada y presentada mediante cuadros, tablas y medidas, mostrando los

porcentajes obtenidos por cada ítem”.

Para los resultados de la encuesta, se tomará en cuenta la transformación de

éstos a números, de esta manera se estaría codificando. Posterior a esto, los

74

datos se tabularán permitiendo así su categorización y análisis a través de gráficos

que se van a realizar por cada pregunta del cuestionario.

3.5.3 Resultado de los instrumentos.

Los resultados cotejados a continuación representarán valores que influirán en

la conclusión de este trabajo de grado. Básicamente los parámetros que se

evaluarán mediante la encuesta, arrojaran unos resultados, que serán tabulados

posteriormente en una tabla. Esta encuesta está conformada por la muestra, 102

personas, que están relacionadas con la urbanización Montalbán A continuación

se muestra los resultados de la encuesta, referirse a las Tabla 5

Tabla 5. Resultados de la encuesta.

Preguntas Opciones Personas Porcentaje

¿Es usted madre o padre de

un niño menor de 2 años?

Sí 83 81%

No 19 19%

¿Ha tomado usted la

temperatura del niño con

termómetros, mediante técnicas

específicamente INVASIVAS

como oral, rectal, o el oído?

Sí 90 88%

No 12 12%

¿Respecto a la toma de

muestras, le gustaría no

tomarlas manualmente en

cada momento?

Sí 75 74%

No 27 26%

¿Le gustaría poder supervisar

continuamente la temperatura

del niño a distancia?

Sí 75 74%

No 27 26%

75

¿Cree usted importante tomar

decisiones a tiempo al haber

variación en la temperatura del

niño, como por ejemplo llamar a

su médico?

Sí 102 100%

No 0 0%

Fuente: Los autores

Tabla 5. Resultados de la encuesta

Preguntas Opciones Personas Porcentaje

¿Considera usted que saber la

temperatura constantemente

del niño, podría ser útil para el

desarrollo de sus actividades

como madre o padre?

Sí 102 100%

No 0 0%

¿Cree usted interesante un

dispositivo tecnológico que

lleve el niño que no sea

invasivo y cumpla con

características antes

mencionadas?

SÍ 75 74%

No 27 26%

Fuente: Los autores.

Según los resultados obtenidos y tabulados en la tabla número 5 se procederá a

graficar y detallar los resultados obtenidos anteriormente.

76

Pregunta número 1 de la encuesta que busca obtener la tendencia hacia una

prenda de vestir para niños de temprana edad que es capaz de informar la

temperatura del niño.

¿Es usted madre o padre de un niño menor de 2 años?

Análisis

Los resultados de esta pregunta están representados mediante 83 respuestas

positivas y 19 negativas. Esto debido a que algunas personas eran un integrante

de la familia, o amigo. El resultado porcentual está expresado en el siguiente

gráfico letra A

Gráfica A. Resultado estadístico

Fuente: los autores

81%

19%

Gráfico A

Sí

No

77




¿Ha tomado usted la temperatura del niño con termómetros, mediante

técnicas específicamente INVASIVAS como oral, rectal, o el oído?

Análisis

Este resultado fue positivo respecto a las 102 personas consultadas. 90

personas respondieron afirmativamente, mientras que 12 reconocieron haber

tomado la temperatura mediante técnicas no invasivas. Esto puede ser indicio de

desconocimiento a técnicas no invasivas para medir la temperatura. A

continuación se muestra el gráfico B obtenido a partir de los resultados.

Gráfica B. Resultado estadístico

Fuente: Los autores

88%

12%

Gráfico B

Sí

No

78




¿Respecto a la toma de muestras, le gustaría no tomarlas manualmente en

cada momento?

Análisis

Los resultados arrojados en esta pregunta son positivas respecto a 75

personas, y negativas de 27 personas del total de personas encuestadas. La

tendencia negativa puede ser indicio a escepticismo por la eficacia del producto.

A continuación el gráfico C para la muestra porcentual de resultados.

Gráfica C. Resultado estadístico

Fuente: Los autores

74%

26%

Gráfico C

Sí

No

79




¿Le gustaría poder supervisar continuamente la temperatura del niño a

distancia?

Análisis

Para esta pregunta, las respuestas siguieron la tendencia de la pregunta

anterior, en esta tendencia se puede asumir que parte de la población podía ser

conservadora, pero aún la tendencia ganadora son las respuestas positivas con 75

positivas y 27 negativas. A continuación se muestra en el gráfico D la relación

porcentual de las respuestas a los encuestados.

Gráfica D. Relación porcentual

Fuente: Los autores

74%

26%

Gráfico D

Sí

No

80




¿Cree usted importante tomar decisiones a tiempo al haber variación en la

temperatura del niño, como por ejemplo llamar a su médico?

Análisis

La respuesta para esta pregunta fue de un 100% positiva. Esto indica que la

variación de temperatura para los infantes, es importante para las personas

encuestadas. A continuación el gráfico E muestra la relación porcentual respecto a

esta pregunta.

Gráfica E. Relación porcentual

Fuente: Los autores

100%

0%

Gráfico E

Sí

No

81




¿Considera usted que saber la temperatura constantemente del niño,

podría ser útil para el desarrollo de sus actividades como madre o padre?

Análisis

En este caso las 102 personas encuestadas contestaron afirmativamente sobre

saber la temperatura de los niños les permitiría desarrollar mejor sus actividades.

A continuación la gráfica F muestra la relación porcentual de esta pregunta.

Gráfica F. Relación porcentual

Fuente: Los autores.

100%

0%

Gráfico F

Sí

No

82




¿Cree usted interesante un dispositivo tecnológico que lleve el niño que no

sea invasivo y cumpla con características antes mencionadas?

Análisis

Para la respuesta a esta pregunta las personas encuestadas, respondieron 75

veces afirmativas y 27 negativas. Esto debido a las personas conservadoras o que

no confían en la tecnología probablemente por no estar familiarizadas con nuevas

tecnologías. Aun así la cantidad de personas que respondieron afirmativamente es

notablemente mayor y demuestra la vialidad de este prototipo gracias a la

encuesta realizada A continuación en el grafico G se muestra la relación

porcentual de las respuestas dadas por los encuestados.

Gráfica G. Relación porcentual

Fuente: Los autores

74%

26%

Gráfico G

Sí

No

83

CAPÍTULO IV: SISTEMA PROPUESTO.

4.1 Diagrama en Bloques.

Imagen 18. Diagrama de bloques del sistema propuesto.

Fuente: Los Autores.

Emisor

Bloque 8: Transmisión de datos y conversión de datos

(Xbee).

Bloque 10: Fuente de poder recargable

(Batería Li Po).

Bloque 9: Traductor de variable (temperatura) a señal análoga.

Receptor

Bloque 1: Etapa de control y procesamiento de datos

(Microcontrolador).

Bloque 2: Recepción de datos (Xbee).

Bloque 7: Fuente regulada

de poder.

Bloque 4: Pantalla de

cristal líquido.

Bloque 5:

Botonera.

Bloque 6: Interfaz de programación

del MCU.

Bloque 3: Alarma sonora

(Buzzer).

84

4.1.1 Descripción del diagrama de Bloques.

El diagrama de bloques antes expuesto, está dividido en dos partes, la primera

nombrada emisor, está compuesta por 3 bloques y fue diseñada, con la finalidad

de tener la menor cantidad de componentes posibles, ya que representa la parte

del prototipo que va alojada en la prenda de vestir. Se puede observar que el

bloque principal (Bloque 8) es el que lleva acabo la tarea de toma de muestra de la

temperatura mediante la lectura de la señal de voltaje generada por el sensor de

temperatura, una vez tomada dicha lectura la convierte de una señal análoga a

datos digitales para luego ser transmitidos al receptor, todo esto usa como fuente

de poder una batería recargable del tipo Polímero de iones de litio (LiPo).

En la segunda parte de dicho diagrama de bloques se encuentra el receptor,

este se diseñó alrededor del microcontrolador (Bloque 1), debido a que es el

encargado de realizar la mayor cantidad de tareas, entre ellas podemos nombrar:

interpretar datos, recibir la interacción del usuario y traducir los datos en mensajes

legibles por el usuario, debido a estas características es el más complejo y con

mayor cantidad de componentes, dicha etapa tiene como fuente de poder una

batería de 9 voltios o una fuente de poder regulada de 7 a 24 voltios y de esta

manera se puede mover el receptor de un lado a otro sin la necesidad de tener

una fuente regulada conectada constantemente, de tal forma que se logra un

grado de portabilidad que proporciona a los padres la posibilidad de estar en

constante movimiento y poder pasar de un área a otra sin tener que conectar el

receptor a una fuente.

4.1.2 Dispositivos usados.

Microcontrolador (Bloque 1): El microcontrolador escogido es un Atmega

328P de 28 pines de la casa de semiconductores Atmel (Ver Imagen 19) el cual

fue programado con un pequeño programa llamado bootloader, ya que dicho

85

microncontrolador tiene la habilidad de poder modificar su memoria flash mediante

este programa, lo que es muy útil debido a que elimina la necesidad de tener que

utilizar un programador convencional para poder realizar la cargar de un programa

nuevo al microcontrolador, con solo mandar datos al puerto serial del

microcontrolador al momento del encendido basta para cambiar el programa del

mismo. La familia a la que este pertenece tiene la particularidad de que fueron

diseñados especialmente para ser programados con lenguaje C, lo que disminuye

el tiempo de desarrollo del software para el microcontrolador, este micro posee

32Kbytes de memoria lo que deja bastante espacio para realizar programas

extensos; 6 de sus patas tiene conversores análogos/digitales de 10-bits, puede

ejecutar instrucciones a 20 millones de instrucciones por segundo (Msps), lo cual

les da gran rapidez a la hora de ejecutar programas extensos.

Imagen 19. Amtega 328P.

Fuente: sparkfun.com

Dicho microcontrolador fue seleccionado ya que es compatible con el entorno

de desarrollo Audrino, se trabajó con el mismo ya que es una plataforma de fuente

abierta (open source) dicho entorno utiliza una versión reducida de lenguaje C

(Ver anexo E), y al tener un conocimiento de dicho leguaje de programación

adquirido durante el desarrollo de la carrera, el aprendizaje fue más rápido y

sencillo, una de los aspectos más llamativos de este entorno de desarrollo es el

set de comandos que tiene ya que son más intuitivos o se asemeja al lenguaje del

ser humano, este lenguaje de programación goza de gran variedad de bibliotecas

86

para el control de diversos dispositivos como por ejemplo: bibliotecas para el

manejo de pantallas LCD, generación de señales PWM, control de servo motores,

transmisión de datos en forma serial y paralela, entre otras; por estas razones,

entre otras fue escojido para el desarrollo y depuración del programa o firmware

del microcontrolador. Para el diseño del prototipo se partió de la placa de

prototipos original Arduino (Ver Imagen 20), que debido a su naturaleza de código

abierto y/o hardware abierto no se tuvo problemas para conseguir los esquemas

originales y de esta forma se realizó un circuito adaptado a las necesidades del

prototipo, excluyendo características innecesarias para el receptor.

Imagen 20. Arduino Duemilanove.

Fuente: arduino.cc

Transmisor y receptor de datos XBee (Ver Imagen 21): Estos dispositivos se

utilizaron tanto en el receptor (Bloque 2) como en el emisor (Bloque 8) y son los

encargados de transmitir y recibir datos inalámbricamente, debido a que ellos

poseen una variedad de características que los hacen muy versátiles, entre ellas

podemos nombra:

Tasa de transferencia seleccionable y muy amplia (1200 - 115200 bps).

Encriptación de 128-bit.

6 entradas con conversores A/D de 10-bits.

8 patas de entrada y salida digitales.

Certificación FCC.

87

Posibilidad de comunicación punto a punto y punto a multipunto.

Bajo consumo, menor a 50mA.

Todas las características nombradas anteriormente son configurables mediante

el uso del software gratuito X-CTU que posee una interfaz gráfica simple y fácil de

usar y algunas de ellas ayudaron a la simplificación de los circuitos.

Imagen 21. Transmisor y receptor de datos inalámbrico.


Alarma sonora (Buzzer): esta alarma sonora es producida por un buzzer (Ver

Imagen 22) que al aplicarle voltaje a sus patas genera un sonido audible a una

frecuencia de 2048 kHz (Bloque 3), lo cual lo hace bastante incómoda para el oído

humano.

Imagen 22. Buzzer.


88

Pantalla de cristal líquido (LCD): este componente tiene la capacidad de

mostrar mensajes escritos mediante la utilización de una serie de comandos

(Bloque 4), dándole la capacidad a cualquier proyecto de mostrar mensajes alfa

numéricos e imágenes. Existe gran variedad de tipos de pantallas LCD, la más

popular es las que posee 2 líneas por 16 caracteres (Ver Imagen 23) y tiene la

capacidad de crear nuevos caracteres y así se puede mostrar pequeños gráficos

en ella, también existen algunas capaces de realizar gráficos o dibujos, entre ellas

podemos nombrar las de 128x64 pixeles, pero esta posee un set de instrucciones

más complejos para lograr dichos gráficos lo cual no las hace muy populares.

Imagen 23. Pantalla LCD 16x2.


Botonera (Bloque 5): dicha etapa consta de tres pulsadores con tres resistencias

conectadas en una configuración pull-down (Ver Imagen 24), lo que permite que

las entradas del microcontrolador siempre estén conectadas a tierra y de esta

forma no obtiene lecturas incorrectas, al momento de presionar los pulsadores

estos permiten el paso de la corriente positiva hacia el microcontrolador,

generando un cambio de potencial en las entradas del microcontrolador

encargadas de interpretar los comandos del usuario.

89

Imagen 24. Botonera.


Interfaz de programación (Bloque 6): Como se puede ver en la Imagen 20 la

placa de Arduino original tiene una interfaz USB-Serial necesaria para cargar

nuevos programas al microcontrolador, esta interfaz está integrada en el mismo

circuito impreso, pero debido al diseño realizado para el proyecto se excluyó esta

interfaz del circuito final, estando este en un circuito impreso adicional (Ver Imagen

25) la cual puede ser conectado y desconectado del prototipo.

Imagen 25. Interfaz USB-Serial.

Fuente: los Autores.

Fuentes de poder: Para este proyecto se utilizaron varios tipos de fuentes de

poder, el receptor dispone de 2 (Bloque 7), una de ella es una fuente regulada de

90

7 a 35 voltios DC proveniente de cualquier transformador comercial que luego será

regulada a 5 voltios mediante el uso de una regulador de voltaje que suministrara

la corriente necesaria para el funcionamiento del receptor, la segunda fuente de

poder que se utiliza en el receptor es una batería de 9 voltios (Ver Imagen 26), la

cual se utiliza para encender el receptor cuando se use como dispositivo portátil.

Imagen 26. Pila de 9 voltios.


También se utilizó una batería de Polímero de iones de litio (LiPo) (Ver Imagen

27) y fue la usada como fuente de poder en el emisor (Bloque 10). Este tipo de

batería fue escogida por poseer unas características que las destacan sobre las

demás, entre ella podemos nombrar:

Peso bajo (36 gramos para una batería de 3.7 voltios a 2000mAh).

Protección contra corto circuitos.

Bajo nivel de auto descarga (menos a 8% por mes).

Dimensiones pequeñas (28 x 13 x 4.7mm en una batería de 3.7 voltios a

110mAh).

91

Imagen 27. Batería LiPo.


Traductor o sensor de temperatura: este componente es el encargado de

traducir la señal de temperatura en una señal de voltaje que pueda ser

interpretada por el sistema (Bloque 9). El sensor escogido fue el MCP9700A (Ver

Imagen 28) de la casa Microchip, éste tiene la cualidad de ser lineal en un rango

de temperatura desde -40°C a +125°C, lo que permite tener una relación directa

entre la voltaje que arroja y la temperatura, cabe acotar que el sensor tiene un

offset de 500mV lo que permite obtener lecturas de temperaturas bajo cero sin la

necesidad de tener una fuente de voltaje negativa como lo necesitan otros

sensores de la misma gama; el sensor consta de 3 patas, dos de ellas son

utilizadas para la alimentación del sensor y la tercera es la salida del sensor donde

se obtiene la señal correspondiente a la temperatura en forma de una señal

análoga de voltaje.

Imagen 28. Sensor MCP9700A.

Fuente: electrónica.com.ve

92

Hilo conductor: este componente esta hecho de un hilo de acero inoxidable

(Ver Imagen 29), de esta forma es muy fuerte y tiene propiedades conductivas, de

manera tal que hace la función de un cable de cobre que conecta diferentes

componentes entre ellos. Con este hilo se puede realizar circuitos en prendas de

vestir e inclusive es lavable, lo único que hay que hacer es retirar la fuente de

poder del circuito antes de proceder a lavar la vestimenta. Existen diferentes hilos

de grosores diferentes que se utilizan para diferentes usos, como todo elemento

conductor tiene una resistencia al paso de la corriente: en el hilo de dos capas

tiene una resistencia de 9 Ohms por pie lineal, el de cuatro capas 4 Ohms por pie

lineal y el de seis capas 1.4 Ohms por pie lineal. El hilo usado fue el de dos capas

debido a que cumple con los requerimientos de corriente del emisor ya que estos

son bajos, otra de las razones por la cual fue seleccionado es que este puede ser

cosido con una aguja fácilmente.

Imagen 29. Hilo conductor.


93

4.2 Diagrama del Emisor.


4.2.1 Descripción del diagrama del Emisor.

En este diagrama, el principal componente es el XBee (Bloque 8), debido a que

no solo se encarga de la transición de datos de forma inalámbrica hacia el

receptor, sino que también se encarga de realizar mediciones periódicas a la señal

de la temperatura, esto fue posible debido a que los dispositivos XBee son

altamente versátiles y gracias a que entre sus diversas propiedades tiene

conversores análogo/digitales, uno de los cuales se usó para tomar las mediciones

de la señal proporcionada por el sensor de temperatura, de tal forma que se

configuró este dispositivo que desde el momento en que se enciende hasta que se

apague estará en un bucle infinito, en el cual tomará mediciones de la temperatura

cada 6 segundos y transmitirlas, de esta forma se obtiene un nivel de precisión

elevado para una variable que tiene un tiempo de reacción muy lento en el cuerpo

humano, esto ayudó a minimizar el diseño del emisor, ya que eliminó la necesidad

de tener un microcontrolador que interpretara y transformara dicha señal para

luego ser enviada al trasmisor. Para que el transmisor pudiera estar en la prenda

de vestir, se adquirió una baquelita especial que permite incorporar el transmisor

al prototipo al ser cosido con el hilo conductor antes mencionado (Ver Imagen 30).

Emisor

Bloque 8: Transmisión de datos y conversión de datos

(Xbee).

Bloque 10: Fuente de poder recargable

(Batería Li Po).

Bloque 9: Traductor de variable (temperatura) a señal análoga.

94

Imagen 30. XBee listo para coser.


Luego tenemos el sensor de temperatura (Bloque 9) que como se mencionó

anteriormente es el enlace entre el mundo externo y los demás componentes.

Para que fuera posible coserlo en la prenda de vestir fue adquirido en una

baquelita que tiene la característica especial de tener los orificios más grandes

para que la aguja e hilo puedan pasar por él y hacer contacto con las patas del

sensor (Ver Imagen 31), de igual manera se utilizó el sensor en su versión de

montaje superficial para minimizar su tamaño.

Imagen 31. Sensor de temperatura.


También se tiene la batería recargable de Polímero de iones de litio (LiPo)

(Bloque 10), como anteriormente se mencionó las características de dichas

95

baterías las hacen ideales para llevar a cabo este proyecto, debido a que se tenía

que mantener el peso lo más bajo posible en la prenda de vestir, sus dimensiones

también fueron cruciales, debido a que en un infante de corta edad las prendas de

vestir cuentan con poco espacio en donde colocar los componentes y finalmente

tienen la capacidad de suministrar suficiente corriente para que el emisor esté

funcionando por un tiempo prolongado, entre todos los diferentes modelos de

estas familia se escogió una de una sola celda de 3.7 voltios a 1000 mAh (Ver

Imagen 32).

Imagen 32. Batería LiPo de 1000mAh.


Para calcular cuánto tiempo de autonomía tendría el emisor se utilizó la

siguiente Fórmula (Ver Fórmula 4):

Fórmula 4. Tiempo de vida de una batería.

Fuente: powerstream

96

Dónde:

T = El tiempo de vida de la batería expresado en horas.

Cb = La capacidad de la batería expresado en miliamperios por hora.

Ct = La corriente total del circuito en funcionamiento expresados en miliamperios.

Basándose en la hoja de datos del sensor de presión, la corriente de operación

a utilizar es de 6µA, así mismo en la hoja de datos del transmisor inalámbrico

indica que utiliza 55mA para su funcionamiento, de tal manera que al hacer la

sustitución de dichos valores en la fórmula 4 anteriormente mencionada, se

obtiene el tiempo de duración encendido de la batería (Ver imagen 33):

Imagen 33. Solución de fórmula de vida de la batería.


Como se puede observar en la imagen 33 se obtuvo un tiempo de autonomía

elevado, ya que con 18 horas, 10 minutos y 47 segundos se supera el tiempo

promedio de duerme un adulto en las noches por más de 10 horas.

Por otro lado tenemos el hilo conductor (Ver imagen 34) que se utilizó para

sustituir las pistas o cables de cobre convencionales que se utilizan en los circuitos

impresos, este componente actúa como conductor de electricidad y de tal forma

interconecta todos los componentes en la prenda de vestir.

97

Imagen 34. Hilo conductor.


En la imagen 35, se observa en detalle las conexiones y componentes que se

utilizaron en el emisor, así como todas sus conexiones; se puede apreciar que

tiene un fusible que protege tanto al circuito como al infante en caso de un corto

circuito, también tiene dos LEDs que sirven como indicadores visuales de que el

emisor este encendido y en funcionamiento, también se observa que el sensor de

temperatura está conectado a la pata 20 del XBee la cual tiene la capacidad de

funcionas como conversor A/D.

Imagen 35. Esquema circuital general del emisor.


98

Finalmente se puede observar en la imagen 16 el resultado después de la

realizar las conexiones con el hilo conductor en la prenda de vestir. Se colocaron

los componentes en la parte superior de la espalda de la prenda y el sensor se

encuentra en la parte interna de la prenda a la altura de la axila derecha como se

puede apreciar en la imagen 37.

Imagen 36. Prototipo final del emisor.


Imagen 37. Sensor de temperatura en la prenda de vestir.


99

4.3 Diagrama del receptor.

4.3.1 Descripción del diagrama del receptor.


Se puede observar que el microcontrolador es el primordial componente de este

diagrama de bloques (Ver imagen 38), ya que es el encargado de realizar las

tareas de interpretar los códigos recibidos del emisor para luego poderlos

transformarlos a valores de temperatura, luego que reciben estos datos los

comparar con los valores seleccionados por el usuario como temperatura alta y

baja y así saber si necesita activar la alarma audible o no. En caso de que se

produzca una alarma el receptor mostrara un mensaje de alarma en la pantalla

LCD indicando cual es la temperatura que ocasionó la alarma y si es de tipo alta o

baja, dichas alarmas no cesaran hasta que el usuario oprima el pulsador “MAS” y

de esta forma se asegura que el usuario está al tanto de la alarma, también cuenta

con algoritmos que identifican si hubo un error en la lectura de la temperatura por

parte del emisor o si no existe conexión con el mismo y en cada caso generara

una notificación para el usuario, otra de la funciones que tiene entre sus tareas es

recibir las señales producidas por los pulsadores cuando el usuario los presione y

Receptor

Bloque 1: Etapa de control y procesamiento de datos

(Microcontrolador).

Bloque 2: Recepción de datos (Xbee).

Bloque 7: Fuente regulada

de poder.

Bloque 4: Pantalla de

cristal líquido.

Bloque 5:

Botonera.

Bloque 6: Interfaz de programación

del MCU.

Bloque 3: Alarma sonora

(Buzzer).

100

ejecutar la rutina que corresponda a cada pulsador, también genera los comandos

necesarios para controlar las pantalla LCD y así poder mostrar mensajes legibles

en ella. Finalmente controla el buzzer por medio de pulsos positivos para generar

la señal de alarma audible.

Imagen 38. Microcontrolado en el receptor.


Luego está el receptor, conformado por un XBee colocado en una baquelita

independiente al resto del montaje para simplificar el diseño y fabricación del

circuito impreso del proyecto (Ver imagen 39), en este caso se configuró el

receptor para que estuviera emparejado con el emisor y a las misma velocidad de

transmisión de datos (9600bps), de esta forma se asegura la comunicación entre

el emisor y receptor.

Imagen 39. Receptor del prototipo.


101

Esta interfaz está compuesta principalmente por un chip FT232R, el cual crea

un puerto serial virtual en el computador atreves del puerto USB y de esta manera

se tiene un conversor USB a Serial con niveles de voltaje TTL (0-5 voltios) con la

capacidad de comunicarse directamente con un microcontrolador sin la necesidad

de usar una etapa de conversión de voltajes. A continuación se puede observar el

esquema de dicho circuito (Ver imagen 40), en él se puede observar que no se

utilizan muchas de sus patas ya que solo se conectaron las necesarias para la

programación del microcontrolador.

Imagen 40. Diagrama del circuito de la interfaz de programación


A continuación se tiene la botonera. Consta de tres pulsadores y cada pulsador

tiene una función específica, el primer pulsador es nombrado “MAS” y realiza la

función de aceptar cualquier alamar que se produzca y de este modo poder

silenciarla, cuando se encuentra dentro del menú este sirve para incrementar los

valores configurables del receptor, el segundo pulsador es llamado “ENTER” y se

encarga de llamar al menú y de rotar dentro entre los diferentes aspectos

configurables, el último pulsador es llamado “MENOS” y se encarga de

decrementar cualquier valor dentro del menú y para ver el nivel de batería del

receptor cuando no se encuentra dentro del menú.

102

Luego tenemos la pantalla LCD. Gracias a esta pantalla el receptor puede

comunicarse con el usuario mediante una forma visual, mostrando mensajes de la

temperatura actual, mensajes de alarma en caso de temperaturas bajas o altas y

el menú de opciones a configurar. Para este prototipo se utilizó una de 8

caracteres por 2 líneas y de esta forma ayudo a minimizar el tamaño del proyecto

(Ver imagen 41), este componente cuenta con 14 patas, pero solo se utilizaron 9

de ellas ya que se utilizó la forma de comunicación de 4-bits para él envió de datos

hacia la pantalla LCD, dos de dichas patas son dedicadas a la alimentación, 6 de

ellas son dedicadas para la comunicación entre el microcontrolador y la pantalla

LCD y por ultimo tiene una de sus patas utilizada para el ajuste del contraste de

las letras que en ella se muestran.

Imagen 41. Pantalla LCD.


Finalmente tenemos el esquema circuital del receptor (Ver imagen 42), en él se

puede observar todas las conexiones correspondientes a todos los componentes

usados en el por los tesistas, se destaca el microcontrolador ya que en el residen

la mayor cantidad de conexiones, se puede ver el cristal de 16MHz que genera la

señal de reloj necesaria para que el microcontrolador pueda ejecutar las

instrucciones del programa, se observa con claridad las fuentes de regulación de

voltaje para cada etapa del proyecto y todos sus componentes.

103

Imagen 42. Diagrama circuital del receptor.


104

A continuación se muestra una serie de fotografías donde se puede observar

el resultado final del receptor (Ver imagen 43 a 45).

Imagen 43. Foto frontal del receptor.


Imagen 44. Foto lateral del receptor.


105

Imagen 45. Foto lateral 2 del receptor.


Como se puede observar en las fotografías anteriores las dimisiones resultantes

del receptor fueron las siguientes:

Altura 13.5 cm.

Largo 8.3 cm.

Profundidad 5.7 cm.

De esta forma se obtuvo dimensiones apropiadas para un dispositivo portátil, es

decir, posee un tamaño pequeño, liviano y cómodo para su transporte.

4.3.2 Pruebas y resultados.

Tras el ensamblar el emisor y el receptor se procedió a realizar una serie de

pruebas, las pruebas consistieron en verificar el funcionamiento de todo el

proyecto en funcionamiento a diferentes distancias y sobre todo corroborar las

lecturas del sensor de temperatura.

En la Tabla 7 se puede observar los resultados obtenidos al realizar las pruebas

de la comunicación inalámbrica entre el emisor y receptor, las condiciones para el

lugar fueron realizadas en un parque donde los dos dispositivos tenían línea visual

106

entre ellos dos, donde no se encontraban ningún tipo de objetos entre ellos; en el

apartamento donde se realizó las mediciones está construido con materiales

convencionales, tales como: cemento, bloques de arcilla, pisos de madera y

cerámica, dicho apartamento consta de 180 Mts².

Para realizar las pruebas de transmisión y recepción inalámbrica en el

apartamento y sin línea de visión se colocó el sensor en la axila de un voluntario y

en la otra se colocó un termómetro medico digital para poder realizar la

comparación. Las mediciones erradas se basaron en los mensajes de alarma

generados por el receptor al momento de recibir una lectura fuera de los

parámetros seleccionados. Por ejemplo, se presentaron lecturas mayores a los

45°C y menores de 33°C que significarían errores generados por el sensor. Esas

temperaturas, son equivocas para un individuo con vida, cabe acotar que se utilizó

el tiempo de encendido como parámetro para las pruebas debido a que el emisor

está configurado para tomar 6 lecturas por minuto de la temperatura y transmitir

los datos.

En la Tabla 6 se observa que en la prueba 1 la cantidad de errores es elevada,

esto es debido a que los errores de lectura fueron provocados por el sensor;

mediante el contacto directo de la piel con las conexiones del mismo, esto se

resolvió cubriendo las conexiones con tela y dejando expuesto solo el sensor. Los

dispositivos de transmisión y recepción cuentan con protocolos que verifican los

datos al ser enviados y recibidos correctamente; en caso de un error, se vuelve a

transmitir los datos sin necesidad que el microcontrolador lo solicite.

107

Tabla 4. Pruebas de transmisión inalámbrica en ambienté cerrado.

Numero de prueba

Fuente de poder en el

receptor

Distancia

Lugar Tiempo

encendido Mediciones

erradas

1

Fuente de poder

regulada 12V.

2 Mts lineale

s Apartamento 20 minutos 6

2

Fuente de poder

regulada 12V.

20 Mts lineale


3 Fuente de

poder regulada 9V.

20 Mts lineale



Para las pruebas en el parque y con línea visual se utilizaron iguales

parámetros y condiciones que para las pruebas en un lugar cerrado, como se

puede observar en la Tabla 7 la cantidad de errores son similares a las pruebas

realizadas en un lugar cerrado, lo que quiere decir que la transmisión y recepción

de datos funciona correctamente y los errores fueron causados por la razón antes

mencionada.

Tabla 5. Pruebas de trasmisión inalámbrica con línea de visión directa.

Numero de

prueba

Fuente de poder en el

receptor Distancia Lugar

Tiempo encendido

Mediciones erradas

1 Fuente de poder

regulada 12V. 150 Mts lineales

Parque 10 minutos 3

2 Fuente de poder

regulada 9V. 100 Mts lineales

Parque 10 minutos 4


En la Tabla 8 se puede observar las pruebas realizadas para determinar que las

mediciones hechas por el sensor sean correctas al compararlas con un

termómetro médico digital.

108

Tabla 6. Prueba de mediciones de Temperatura.

Numero de

prueba

Medición

en el

prototipo

Medición

en el

termómetro

Error

1 36.4 °C 37.9 °C -1.5 °C

2 38.5 °C 37.3°C +1.2 °C

3 38.2 °C 38.9 °C -0.7 °C

5 39.6 °C 40.6 °C -1.0 °C

6 42.1°C 40.8 °C +1.3 °C


Como se puede observar en la Tabla 8, se determinó que el error de ±2°C

mencionado en la hoja de datos del sensor de temperatura, es consistente en la

mayoría de las mediciones, de tal manera que se recomienda incorporar otro

sensor y de esta manera disminuir el error mediante la comparación de las

muestras tomadas. Vale destacar, que un sensor más preciso, resulta más

costoso; la disponibilidad en el mercado venezolano está limitada respecto a estos

componentes durante el desarrollo del proyecto. Por ello se decidió trabajar con

este modelo de sensor, y por su versión de montaje superficial para minimizar el

tamaño en el diseño.

A continuación se expone fotográficamente los resultados finales que integran el

prototipo, tanto la prenda de vestir como el dispositivo receptor. Las siguientes

imágenes (Imagen 46 y 47) fueron tomadas por los autores del presente trabajo al

cumplir con los objetivos planteados.

109

Imagen 46 Prototipo final cara anterior y posterior respectivamente

Imagen 47 Prototipo final receptor

110

4.4 Recursos Administrativos.

Como todo trabajo de investigación, se utilizaron diferentes tipos de recursos,

los cuales están expresados a continuación:

4.4.1 Recursos Administrativos.

Estos recursos como su mismo nombre lo indica corresponden al material de

índole administrativa, como lo es la papelería (tinta, papel, encuadernaciones) y

equipos de computación, estos pueden ser clasificados como material de oficina

(Ver Tabla 9).

Tabla 7. Recursos administrativos.

Recurso Descripción Cantidad Costo (Bs)

Impresora Samsung ML 1610 1 380 Bs

CPU Pentium Dual Core Intel 2.1 GHz 1 3500 Bs

Software de

programación Arduino IDE 1 0*

Procesador de texto Microsoft Word 2010 1 350 Bs

Sistema operativo Windows 7 1 900 Bs

Total 5100 Bs


* Software open source, de libre distribución.

111

4.4.2 Recursos Humanos

En este tipo de recursos están referidos los gastos por posibles tutorías, tanto

técnicas como metodológicas, que pueden realizarse durante el desarrollo del

proceso investigativo. Para apreciar el tiempo invertido por los recursos humanos

ver Tabla 10.

Tabla 8. Recursos humanos.

Recurso Descripción Cantidad Costo (Bs)

Anselmo Alvarado Tesista 1 0.00*

Víctor Cardona Tesista 1 0.00*

Mauricio Marín Tutor 1 0.00*

Total 0.00*


* Los tesista no recibieron remuneración monetaria por la elaboración del

proyecto, ni el tutor por las asesoría brindad.

112

4.4.3 Recursos Técnicos.

Estos recursos engloban los gastos producidos por materiales, compra o

alquiler de herramientas, etc. Para apreciar los gastos producidos por los

Recursos Técnicos ver Tabla 11.

Tabla 9. Recursos Técnicos.

Dispositivo Cantidad Descripción Precio

unitario

Costo

(Bs)

Trasmisor y receptor

inalámbricos 2 XBee Pro versión 2 355 Bs 710 Bs

Microcontrolador 1 Atmega 328P 58 Bs 58 Bs

Buzzer 1 Buzzer 6 Bs 6 Bs

Sensor de

Temperatura 1 MCP9700A 50 Bs 50 Bs

Pantalla LCD 1 Pantalla de 8x2 38 Bs 38 Bs

Batería LiPo 1 Batería LiPo de

1000mAh 85 Bs 85 Bs

Batería 9 voltios 1 Batería alcalina de 9

voltios 15 Bs 15 Bs

Herramientas 1 Herramientas varias 100 Bs 100 Bs

Multímetro digital 1 Multímetro 250 Bs 250 Bs

Componentes

electrónicos. 1

Condensadores,

resistencias,

conectores, fusibles.

150 Bs 150 Bs

Material de oficina 1 Resma de papel,

encuadernación 300 Bs 300 Bs

Total 1407 Bs 1762 Bs


113

CONCLUSIONES

La finalidad que poseen los Trabajos de Grado de esta índole, es efectuar cada

uno de los objetivos planteados. Se logró diseñar y construir un prototipo

relacionado con la lectura de temperatura corporal, aplicando conocimientos a

través del estudio de la ingeniería electrónica, basándonos en la comodidad,

confiabilidad, e importancia de un proyecto que contribuya a la prevención. El

estudio puede servir como base para el desarrollo de futuras investigaciones, o

proyectos mediante los resultados obtenidos del estudio.

Por medio de la investigación recabada para el desarrollo satisfactorio de este

trabajo de grado, se desarrolló un prototipo relacionado con la lectura de

temperatura que servirá para monitorear e informar inalámbricamente. Basándose

en indagaciones previas de tipo documental, se pudo determinar que la manera

más óptima al tomar la temperatura de manera no invasiva, es mediante la zona

axilar; de esta manera se procedió a investigar cual de los diferentes tipos de

sensores era el más idóneo para este. Así, se pudo optar por uno que cumpliera

ciertas especificaciones para este tipo de aplicación, que alcanzara cumplir los

objetivos planteados al comienzo de la investigación; resultando así seleccionado,

un sensor de tipo contacto. Al conocer el error de medición del sensor, éste no

afecta los resultados obtenidos por ser un prototipo y no un equipo médico. El

costo, y la disponibilidad de mejores componentes en nuestro mercado han sido

limitantes respecto a mayor precisión.

Para el diseño del hardware se inició con la selección de un microcontrolador

que pudiera realizar las tareas asignadas. En el proceso de selección se obtuvo

conocimientos de la plataforma de desarrollo Arduino, la cual es fuente abierta lo

que permitió la incorporación de esta tecnología al prototipo. La incorporación del

Arduino fue de gran ayuda debido a su fácil interfaz de usuario y a la cantidad de

librerías disponibles en el internet. Este entorno de desarrollo, utiliza el micro

controlador Atmega 328, así mismo se derivaron otros componentes para la

114

interfaz de interacción entre el prototipo y el usuario como son, los pulsadores y la

pantalla LCD 16x2, dicha pantalla se escogió debido a su popularidad en el

mercado y bajo costo. Con los componentes ya seleccionados se procedió al

diseño del firmware del microcontrolador; este punto fue de gran aprendizaje

debido a que se utilizó el Arduino que representaba un área desconocida para los

autores; gracias a esto se pudo contribuir al desarrollo de nuevos conocimientos.

Respecto a la transmisión inalámbrica, se utilizaron unos módulos de transmisión

inalámbrica, elegidos por su alta confiabilidad, rapidez al entregar datos, y bajo

consumo. Los componentes en el traje fueron unidos a él mediante un hilo

conductor, de ésta manera se sustituyen pistas de cobre convencionales usados

en circuitos impresos.

La siguiente etapa en el trabajo de grado fue la fabricación del circuito impreso

para el prototipo, para esto se tuvo que realizar el esquema electrónico y

posteriormente ser convertido en pistas y patrones para el circuito impreso; esto

se realizó con la ayuda de un programa especializado en el diseño de circuitos

impresos, como el PCBWizard que logró demostrar que es una herramienta

altamente útil.

Finalmente, una vez ensamblado el todo el sistema, se procedió a hacer

pruebas para corroborar, tanto la transmisión como toma de temperatura. Las

pruebas de transmisión se realizaron en un espacio abierto en un parque, en el

cual los dispositivos, transmisor y receptor, tuvieran línea de vista sin ningún

objeto entre ellos, así como transmisión bajo un ambiente con paredes, un

apartamento construido con materiales convencionales; en ambos casos la

transmisión y recepción fue satisfactoria. Las lecturas del sensor fueron

comparadas con un termómetro médico digital, y éstas fueron validadas, arrojando

buenos resultados y confiabilidad.

El prototipo realizado cuenta con ventajas sobre otros productos; una de éstas,

es la movilidad que tiene el bebé. Esto quiere decir, que no es necesario tener al

115

neo nato en un mismo sitio para obtener sus lecturas corporales, sino que puede

desplazarse a otros sitios obteniendo la versatilidad de esta herramienta sin tener

que movilizar artefactos adicionales que realicen la tarea. Otro aspecto a recalcar,

es el tamaño del prototipo; ofreciendo así, comodidad, con pequeños

componentes que integran una pieza compacta. Mediante el uso del prototipo, se

puede prevenir durante la noche o el día cuando no se observa al niño sobre

cambios en su condición física, ayudando así a tener ventajas sobre variaciones

de su temperatura corporal.

116

RECOMENDACIONES.

Debido a la imprecisión que presenta el sensor MCP9700A, la cual es de ±2°C,

se recomienda conseguir un reemplazo con mayor precisión, ya que es un error

significativo cuando se trata de medir la temperatura del cuerpo humano lo cual

puede producir información errada al usuario.

Se recomienda a las personas que quieran expandir las capacidades de este

proyecto, que incluyan un módulo de celular GSM al receptor, con el cual se

pueden realizar notificaciones de la temperatura del niño de diferentes maneras,

como por ejemplo, se puede notificar mediante un e-mail o un mensaje de texto

(SMS) y de esta forma ampliar las distancia de transmisión del dispositivo.

De igual manera se pueden incluir nuevos sensores que midan otros signos

vitales del cuerpo humano, como sensores para medir la tensión arterial o los

latidos del corazón y de esta forma se pueden ir expandiendo los alcances de

dicho proyecto.

También se puede realizar una interfaz que conecte el proyecto con un

computador, de manera tal que los datos recolectados sean guardados en un

archivo para su posterior estudio y así tener una vista detallada de la evolución de

los signos vitales.

Se sugiere el estudio ergonómico para mejorar el desempeño del sistema; de

manera que se optimice la interacción entre el niño y los elementos que integran el

prototipo.

117

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Trabajos de Grado, de Especialización y Maestrías y Tesis Doctorales.

127

Anexo A

Universidad Nueva Esparta.

Escuela de Ingeniería Electrónica.

Alvarado, Anselmo 15.326.334

Cardona, Víctor 16.971.824

MODELO DE ENCUESTA

La presente encuesta servirá de herramienta de recolección de datos de un

trabajo de grado, para optar por el Título de Ingeniero Electrónico en la

Universidad Nueva Esparta. Dicha Encuesta busca obtener la tendencia hacia una



El aporte que usted nos pueda brindar contribuirá será de mucha ayuda

Instrucciones:

Marque con una X la respuesta de su preferencia.

1. ¿Es usted madre o padre de un niño menor de 2 años?

Si ____ NO___

2. ¿Ha tomado usted la temperatura del niño con termómetros, mediante

técnicas específicamente INVASIVAS como oral, rectal, o el oído?

Si ____ NO___

3. ¿Respecto a la toma de muestras, le gustaría no tomarlas manualmente en

cada momento?

Si ____ NO___

4. ¿Le gustaría poder supervisar continuamente la temperatura del niño a

distancia?

128

Si ____ NO___

5. ¿Cree usted importante tomar decisiones a tiempo al haber variación en la

temperatura del niño, como por ejemplo llamar a su médico?

Si ____ NO___

6. ¿Considera usted que saber la temperatura constantemente del niño,

podría ser útil para el desarrollo de sus actividades como madre o padre?

Si ____ NO___

7. ¿Cree usted interesante un dispositivo tecnológico que lleve el niño que no

sea invasivo y cumpla con características antes mencionadas?

Si ____ NO___

129

Anexo B

130

Anexo C

131

Anexo D

132

Anexo E

Código del microcontrolador.

#include <LiquidCrystal.h>

#include <SoftwareSerial.h>

#define MAS 5

#define ENTER 6

#define MENOS 7

#define BUZZ 2

#define MOTOR A0

LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10, 9, 8); // RS, E, D4 ~ D8

float te, z2;

float t_baja = 36.0;

float t_alta = 39.0;

int veces, c_arre, r, t1, t2, t3, v;

int arreglo[15];

void setup(){

lcd.begin(16, 2);

Serial.begin(9600);

delay(300);

pinMode(MAS, INPUT);

pinMode(ENTER, INPUT);

pinMode(MENOS, INPUT);

pinMode(BUZZ, OUTPUT);

pinMode(MOTOR, OUTPUT);

digitalWrite(BUZZ, LOW);

lcd.clear();

133

lcd.print("Control");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("de Temp.");

delay(5000);

lcd.clear();

t_actual();

}

void loop(){

if(digitalRead(ENTER) == HIGH){

while(digitalRead(ENTER) == HIGH){

delay(150);

}

menu();

}

c_arre = 0;

Serial.flush();

do{

veces = 0;

r = read_s();

arreglo[c_arre] = r;

++c_arre;

}while(c_arre != 13);

te = 0.0;

t1 = arreglo[11];

t2 = arreglo[12];

if((t2 + t1) != 0){

t1 = t1 << 8;

t3 = t1 + t2;

t3 = t3 * 3.22; // conversion de bites a voltios

te = t3 - 500; // compenzacion de temperatura negativa

134

te = te / 10; // conversion de voltios a centigrados

}

t_actual();

delay(500);

chk_alarmas();

}

void t_actual(){

lcd.clear();

lcd.print("Temp.");


lcd.print("act ");

lcd.print(te, DEC);

delay(500);

return;

}

void menu(){


lcd.clear();

lcd.print("**Menu**");

delay(2500);

while(digitalRead(ENTER) == LOW){

lcd.clear();

lcd.print("Ala baja");


lcd.print(t_baja);

lcd.print(" C");

delay(100);

if(digitalRead(MAS) == HIGH){

delay(80);

135

t_baja = t_baja + 0.1;

if(t_baja == t_alta){

lcd.clear();

lcd.print("Temp.");


lcd.print("max alcanzada");

t_baja = t_alta - 0.1;

delay(1000);

lcd.autoscroll();

delay(1000);

lcd.noAutoscroll();

lcd.clear();

}

}

if(digitalRead(MENOS) == HIGH){

delay(80);

t_baja = t_baja - 0.1;

if(t_baja <= 23.9){

lcd.clear();

lcd.print("Min. Temp");

t_baja = 24.0;

delay(1000);

lcd.clear();

}

}

}


delay(150);

lcd.clear();

}

while(digitalRead(ENTER) == LOW){

136

lcd.clear();

lcd.print("Ala alta");


lcd.print(t_alta);

lcd.print(" C");

delay(100);

if(digitalRead(MAS) == HIGH){

delay(80);

t_alta = t_alta + 0.1;

if(t_alta >= 45.1){

lcd.clear();

lcd.print("Temp.");


lcd.print("max alcanzada");

t_alta = 45.0;

delay(1000);

lcd.autoscroll();

delay(1000);

lcd.noAutoscroll();

lcd.clear();

}

}

if(digitalRead(MENOS) == HIGH){

delay(80);

t_alta = t_alta - 0.1;

if(t_alta == t_baja){

lcd.clear();

lcd.print("Min. Temp");

t_alta = t_baja + 0.1;

delay(1000);

lcd.clear();

137

}

}

}


delay(150);

lcd.clear();

}

t_actual();

return; // Fin del menu

}

void chk_alarmas(){

if(te == 0.0){

++v;

if(v == 60){

while(digitalRead(MAS) == LOW){

digitalWrite(BUZZ, HIGH);

digitalWrite(MOTOR, HIGH);

lcd.clear();

lcd.print("Emisor");


lcd.print("desconec");

delay(500);


digitalWrite(MOTOR, LOW);

t_actual();

v = 0;

}

}

}

if(te >= t_alta){

138




lcd.clear();

lcd.print("Temp.");


lcd.print(" Alta");

delay(500);



t_actual();

}

}

if(te <= t_baja){

if(te == 0.0){

return;

}




lcd.clear();

lcd.print("Temp.");


lcd.print(" Baja");

delay(500);



t_actual();

}

}

return;

139

}

int read_s(){

veces = 0;

while(true){

if(digitalRead(ENTER) == HIGH){


delay(50);

}

menu();

}

delay(50);

++veces;

if(Serial.available() > 0) {

v = 0;

return Serial.read();

}

if(veces > 100){ // 100 = un minuto

v = 59;

arreglo[11] = 0;

arreglo[12] = 0;

return(0);

}

}

}

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