escuela superior politÉcnica de...
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ESCUELA SUPERIOR POLITEacuteCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMAacuteTICA Y ELECTROacuteNICA
ESCUELA DE INGENIERIacuteA EN ELECTROacuteNICA TELECOMUNICACIONES
Y REDES
IMPLEMENTACIOacuteN DE UN PROTOTIPO DE UNA RED AUXILIAR DE
COMUNICACIOacuteN POR RADIOFRECUENCIA CON NODOS BASADOS EN
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS Y EQUIPOS MOacuteVILES PARA
MENSAJERIacuteA INSTANTAacuteNEA
TRABAJO DE TITULACIOacuteN
Tipo DISPOSITIVO TECNOLOacuteGICO
Para optar al Grado Acadeacutemico de
INGENIERA EN ELECTROacuteNICA TELECOMUNICACIONES Y REDES
AUTORA MAYRA ESTEFANIA CARRILLO MERCHAN
TUTOR ING JOSEacute ENRIQUE GUERRA SALAZAR
Riobamba-Ecuador
2018
ii
copy2018 Mayra Estefaniacutea Carrillo Merchaacuten
Se autoriza la reproduccioacuten total o parcial de este documento con fines acadeacutemicos por cualquier
medio o procedimiento incluyendo la cita bibliograacutefica siempre y cuando se reconozca el
Derecho de los Autores
iii
ESCUELA SUPERIOR POLITEacuteCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMAacuteTICA Y ELECTROacuteNICA
ESCUELA DE INGENIERIacuteA EN ELECTROacuteNICA TELECOMUNICACIONES Y
REDES
El Tribunal del Trabajo de Titulacioacuten certifica ldquoIMPLEMENTACIOacuteN DE UN PROTOTIPO DE
UNA RED AUXILIAR DE COMUNICACIOacuteN POR RADIOFRECUENCIA CON NODOS
BASADOS EN DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS Y EQUIPOS MOacuteVILES PARA
MENSAJERIacuteA INSTANTAacuteNEArdquo de responsabilidad de Mayra Estefaniacutea Carrillo Merchaacuten ha
sido minuciosamente revisado por los miembros del Tribunal del Trabajo de Titulacioacuten quedando
autorizada su presentacioacuten
NOMBRE FIRMA FECHA
Dr Julio Santillaacuten
VICEDECANO FACULTAD DE
INFORMAacuteTICA Y
ELECTROacuteNICA
Ing Franklin Moreno
DIRECTOR DE ESCUELA DE
INGENIERIacuteA ELECTROacuteNICA
EN TELECOMUNICACIONES Y
REDES
Ing Joseacute Guerra
DIRECTOR DEL TRABAJO DE
TITULACIOacuteN
Ing Wilson Zuacutentildeiga
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
iv
Yo Mayra Estefania Carrillo Merchan soy responsable de las ideas doctrinas y resultados
expuestos en esta Tesis y el patrimonio intelectual de la Tesis de Grado pertenece a la Escuela
Superior Politeacutecnica de Chimborazo
________________________________
Mayra Estefania Carrillo Merchan
v
DEDICATORIA
Esta tesis la dedico a mis padres Aacutengel Jacinto y Olga Piedad por haberme apoyado en todo
momento por sus consejos sus valores por la motivacioacuten constante que me ha permitido ser una
persona de bien y alcanzar esta meta tan anhelada A mi esposo Juan Carlos por sus palabras y
confianza por su apoyo incondicional en los buenos y malos momentos A mi hermano Brayan
por estar presente y alegraacutendome cada diacutea
A mi querido hijo Iker Mattheo por ser mi fuente de motivacioacuten e inspiracioacuten para cada diacutea poder
superarme
Mayra
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme acompantildeado y guiado lo largo de mi carrera y cumplir con esta
meta tan importante en mi vida
A mis padres por su esfuerzo y apoyo siendo siempre mi impulso y mi mayor orgullo por
haberme dado la oportunidad de tener una excelente educacioacuten en el transcurso de mi vida
A mi esposo por acompantildearme en este largo camino con sus palabras de aliento y comprensioacuten
en el transcurso de mi carrera
A mi familia que de una u otra forma estuvieron siempre presentes y daacutendome esas palabras de
aliento cuando maacutes lo necesitaba
Un agradecimiento especial al Msc Joseacute Guerra por la paciencia confianza y el apoyo brindado
para el desarrollo del presente trabajo de titulacioacuten
Mayra
vii
IacuteNDICE DE CONTENIDO
IacuteNDICE DE TABLAS x
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE ANEXOS xiii
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS xiv
RESUMEN xvi
SUMMARY xvii
INTRODUCCIOacuteN 1
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO 3
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador 3
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador 3
13 Dispositivos moacuteviles4
14 Sistema de comunicaciones 5
15 Modos de transmisioacuten 6
16 Medios para la transmisioacuten de datos 8
17 Comunicaciones Inalaacutembricas 9
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas 10
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF) 10
182 Tecnologiacutea Zigbee 10
183 Tecnologiacutea Bluetooth 11
184 Tecnologiacutea Wi-fi 11
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas11
19 Tarjetas de desarrollo 12
191 Tarjeta de desarrollo Arduino 13
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI 13
193 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
viii
195 Android Studio 17
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO 18
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten 19
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten 19
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico 19
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados 20
2321 Arduino Pro micro 20
2322 Moacutedulo NRF 24L01 21
233 Cables de conexioacuten 22
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico 23
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo 24
241 Herramientas de Software 24
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil 25
243 Desarrollo de la programacioacuten 26
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten 26
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 28
246 Arduino 30
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo 32
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA 34
31 Pruebas del Hardware implementado 34
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 35
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 37
313 Tiempo de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 39
314 Tiempo de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 40
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos 41
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos 43
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
ii
copy2018 Mayra Estefaniacutea Carrillo Merchaacuten
Se autoriza la reproduccioacuten total o parcial de este documento con fines acadeacutemicos por cualquier
medio o procedimiento incluyendo la cita bibliograacutefica siempre y cuando se reconozca el
Derecho de los Autores
iii
ESCUELA SUPERIOR POLITEacuteCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMAacuteTICA Y ELECTROacuteNICA
ESCUELA DE INGENIERIacuteA EN ELECTROacuteNICA TELECOMUNICACIONES Y
REDES
El Tribunal del Trabajo de Titulacioacuten certifica ldquoIMPLEMENTACIOacuteN DE UN PROTOTIPO DE
UNA RED AUXILIAR DE COMUNICACIOacuteN POR RADIOFRECUENCIA CON NODOS
BASADOS EN DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS Y EQUIPOS MOacuteVILES PARA
MENSAJERIacuteA INSTANTAacuteNEArdquo de responsabilidad de Mayra Estefaniacutea Carrillo Merchaacuten ha
sido minuciosamente revisado por los miembros del Tribunal del Trabajo de Titulacioacuten quedando
autorizada su presentacioacuten
NOMBRE FIRMA FECHA
Dr Julio Santillaacuten
VICEDECANO FACULTAD DE
INFORMAacuteTICA Y
ELECTROacuteNICA
Ing Franklin Moreno
DIRECTOR DE ESCUELA DE
INGENIERIacuteA ELECTROacuteNICA
EN TELECOMUNICACIONES Y
REDES
Ing Joseacute Guerra
DIRECTOR DEL TRABAJO DE
TITULACIOacuteN
Ing Wilson Zuacutentildeiga
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
iv
Yo Mayra Estefania Carrillo Merchan soy responsable de las ideas doctrinas y resultados
expuestos en esta Tesis y el patrimonio intelectual de la Tesis de Grado pertenece a la Escuela
Superior Politeacutecnica de Chimborazo
________________________________
Mayra Estefania Carrillo Merchan
v
DEDICATORIA
Esta tesis la dedico a mis padres Aacutengel Jacinto y Olga Piedad por haberme apoyado en todo
momento por sus consejos sus valores por la motivacioacuten constante que me ha permitido ser una
persona de bien y alcanzar esta meta tan anhelada A mi esposo Juan Carlos por sus palabras y
confianza por su apoyo incondicional en los buenos y malos momentos A mi hermano Brayan
por estar presente y alegraacutendome cada diacutea
A mi querido hijo Iker Mattheo por ser mi fuente de motivacioacuten e inspiracioacuten para cada diacutea poder
superarme
Mayra
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme acompantildeado y guiado lo largo de mi carrera y cumplir con esta
meta tan importante en mi vida
A mis padres por su esfuerzo y apoyo siendo siempre mi impulso y mi mayor orgullo por
haberme dado la oportunidad de tener una excelente educacioacuten en el transcurso de mi vida
A mi esposo por acompantildearme en este largo camino con sus palabras de aliento y comprensioacuten
en el transcurso de mi carrera
A mi familia que de una u otra forma estuvieron siempre presentes y daacutendome esas palabras de
aliento cuando maacutes lo necesitaba
Un agradecimiento especial al Msc Joseacute Guerra por la paciencia confianza y el apoyo brindado
para el desarrollo del presente trabajo de titulacioacuten
Mayra
vii
IacuteNDICE DE CONTENIDO
IacuteNDICE DE TABLAS x
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE ANEXOS xiii
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS xiv
RESUMEN xvi
SUMMARY xvii
INTRODUCCIOacuteN 1
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO 3
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador 3
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador 3
13 Dispositivos moacuteviles4
14 Sistema de comunicaciones 5
15 Modos de transmisioacuten 6
16 Medios para la transmisioacuten de datos 8
17 Comunicaciones Inalaacutembricas 9
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas 10
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF) 10
182 Tecnologiacutea Zigbee 10
183 Tecnologiacutea Bluetooth 11
184 Tecnologiacutea Wi-fi 11
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas11
19 Tarjetas de desarrollo 12
191 Tarjeta de desarrollo Arduino 13
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI 13
193 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
viii
195 Android Studio 17
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO 18
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten 19
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten 19
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico 19
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados 20
2321 Arduino Pro micro 20
2322 Moacutedulo NRF 24L01 21
233 Cables de conexioacuten 22
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico 23
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo 24
241 Herramientas de Software 24
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil 25
243 Desarrollo de la programacioacuten 26
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten 26
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 28
246 Arduino 30
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo 32
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA 34
31 Pruebas del Hardware implementado 34
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 35
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 37
313 Tiempo de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 39
314 Tiempo de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 40
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos 41
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos 43
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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Madrid 2012
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
iii
ESCUELA SUPERIOR POLITEacuteCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMAacuteTICA Y ELECTROacuteNICA
ESCUELA DE INGENIERIacuteA EN ELECTROacuteNICA TELECOMUNICACIONES Y
REDES
El Tribunal del Trabajo de Titulacioacuten certifica ldquoIMPLEMENTACIOacuteN DE UN PROTOTIPO DE
UNA RED AUXILIAR DE COMUNICACIOacuteN POR RADIOFRECUENCIA CON NODOS
BASADOS EN DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS Y EQUIPOS MOacuteVILES PARA
MENSAJERIacuteA INSTANTAacuteNEArdquo de responsabilidad de Mayra Estefaniacutea Carrillo Merchaacuten ha
sido minuciosamente revisado por los miembros del Tribunal del Trabajo de Titulacioacuten quedando
autorizada su presentacioacuten
NOMBRE FIRMA FECHA
Dr Julio Santillaacuten
VICEDECANO FACULTAD DE
INFORMAacuteTICA Y
ELECTROacuteNICA
Ing Franklin Moreno
DIRECTOR DE ESCUELA DE
INGENIERIacuteA ELECTROacuteNICA
EN TELECOMUNICACIONES Y
REDES
Ing Joseacute Guerra
DIRECTOR DEL TRABAJO DE
TITULACIOacuteN
Ing Wilson Zuacutentildeiga
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
iv
Yo Mayra Estefania Carrillo Merchan soy responsable de las ideas doctrinas y resultados
expuestos en esta Tesis y el patrimonio intelectual de la Tesis de Grado pertenece a la Escuela
Superior Politeacutecnica de Chimborazo
________________________________
Mayra Estefania Carrillo Merchan
v
DEDICATORIA
Esta tesis la dedico a mis padres Aacutengel Jacinto y Olga Piedad por haberme apoyado en todo
momento por sus consejos sus valores por la motivacioacuten constante que me ha permitido ser una
persona de bien y alcanzar esta meta tan anhelada A mi esposo Juan Carlos por sus palabras y
confianza por su apoyo incondicional en los buenos y malos momentos A mi hermano Brayan
por estar presente y alegraacutendome cada diacutea
A mi querido hijo Iker Mattheo por ser mi fuente de motivacioacuten e inspiracioacuten para cada diacutea poder
superarme
Mayra
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme acompantildeado y guiado lo largo de mi carrera y cumplir con esta
meta tan importante en mi vida
A mis padres por su esfuerzo y apoyo siendo siempre mi impulso y mi mayor orgullo por
haberme dado la oportunidad de tener una excelente educacioacuten en el transcurso de mi vida
A mi esposo por acompantildearme en este largo camino con sus palabras de aliento y comprensioacuten
en el transcurso de mi carrera
A mi familia que de una u otra forma estuvieron siempre presentes y daacutendome esas palabras de
aliento cuando maacutes lo necesitaba
Un agradecimiento especial al Msc Joseacute Guerra por la paciencia confianza y el apoyo brindado
para el desarrollo del presente trabajo de titulacioacuten
Mayra
vii
IacuteNDICE DE CONTENIDO
IacuteNDICE DE TABLAS x
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE ANEXOS xiii
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS xiv
RESUMEN xvi
SUMMARY xvii
INTRODUCCIOacuteN 1
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO 3
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador 3
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador 3
13 Dispositivos moacuteviles4
14 Sistema de comunicaciones 5
15 Modos de transmisioacuten 6
16 Medios para la transmisioacuten de datos 8
17 Comunicaciones Inalaacutembricas 9
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas 10
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF) 10
182 Tecnologiacutea Zigbee 10
183 Tecnologiacutea Bluetooth 11
184 Tecnologiacutea Wi-fi 11
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas11
19 Tarjetas de desarrollo 12
191 Tarjeta de desarrollo Arduino 13
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI 13
193 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
viii
195 Android Studio 17
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO 18
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten 19
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten 19
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico 19
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados 20
2321 Arduino Pro micro 20
2322 Moacutedulo NRF 24L01 21
233 Cables de conexioacuten 22
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico 23
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo 24
241 Herramientas de Software 24
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil 25
243 Desarrollo de la programacioacuten 26
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten 26
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 28
246 Arduino 30
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo 32
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA 34
31 Pruebas del Hardware implementado 34
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 35
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 37
313 Tiempo de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 39
314 Tiempo de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 40
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos 41
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos 43
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
iv
Yo Mayra Estefania Carrillo Merchan soy responsable de las ideas doctrinas y resultados
expuestos en esta Tesis y el patrimonio intelectual de la Tesis de Grado pertenece a la Escuela
Superior Politeacutecnica de Chimborazo
________________________________
Mayra Estefania Carrillo Merchan
v
DEDICATORIA
Esta tesis la dedico a mis padres Aacutengel Jacinto y Olga Piedad por haberme apoyado en todo
momento por sus consejos sus valores por la motivacioacuten constante que me ha permitido ser una
persona de bien y alcanzar esta meta tan anhelada A mi esposo Juan Carlos por sus palabras y
confianza por su apoyo incondicional en los buenos y malos momentos A mi hermano Brayan
por estar presente y alegraacutendome cada diacutea
A mi querido hijo Iker Mattheo por ser mi fuente de motivacioacuten e inspiracioacuten para cada diacutea poder
superarme
Mayra
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme acompantildeado y guiado lo largo de mi carrera y cumplir con esta
meta tan importante en mi vida
A mis padres por su esfuerzo y apoyo siendo siempre mi impulso y mi mayor orgullo por
haberme dado la oportunidad de tener una excelente educacioacuten en el transcurso de mi vida
A mi esposo por acompantildearme en este largo camino con sus palabras de aliento y comprensioacuten
en el transcurso de mi carrera
A mi familia que de una u otra forma estuvieron siempre presentes y daacutendome esas palabras de
aliento cuando maacutes lo necesitaba
Un agradecimiento especial al Msc Joseacute Guerra por la paciencia confianza y el apoyo brindado
para el desarrollo del presente trabajo de titulacioacuten
Mayra
vii
IacuteNDICE DE CONTENIDO
IacuteNDICE DE TABLAS x
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE ANEXOS xiii
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS xiv
RESUMEN xvi
SUMMARY xvii
INTRODUCCIOacuteN 1
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO 3
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador 3
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador 3
13 Dispositivos moacuteviles4
14 Sistema de comunicaciones 5
15 Modos de transmisioacuten 6
16 Medios para la transmisioacuten de datos 8
17 Comunicaciones Inalaacutembricas 9
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas 10
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF) 10
182 Tecnologiacutea Zigbee 10
183 Tecnologiacutea Bluetooth 11
184 Tecnologiacutea Wi-fi 11
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas11
19 Tarjetas de desarrollo 12
191 Tarjeta de desarrollo Arduino 13
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI 13
193 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
viii
195 Android Studio 17
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO 18
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten 19
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten 19
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico 19
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados 20
2321 Arduino Pro micro 20
2322 Moacutedulo NRF 24L01 21
233 Cables de conexioacuten 22
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico 23
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo 24
241 Herramientas de Software 24
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil 25
243 Desarrollo de la programacioacuten 26
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten 26
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 28
246 Arduino 30
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo 32
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA 34
31 Pruebas del Hardware implementado 34
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 35
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 37
313 Tiempo de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 39
314 Tiempo de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 40
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos 41
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos 43
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
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CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
v
DEDICATORIA
Esta tesis la dedico a mis padres Aacutengel Jacinto y Olga Piedad por haberme apoyado en todo
momento por sus consejos sus valores por la motivacioacuten constante que me ha permitido ser una
persona de bien y alcanzar esta meta tan anhelada A mi esposo Juan Carlos por sus palabras y
confianza por su apoyo incondicional en los buenos y malos momentos A mi hermano Brayan
por estar presente y alegraacutendome cada diacutea
A mi querido hijo Iker Mattheo por ser mi fuente de motivacioacuten e inspiracioacuten para cada diacutea poder
superarme
Mayra
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme acompantildeado y guiado lo largo de mi carrera y cumplir con esta
meta tan importante en mi vida
A mis padres por su esfuerzo y apoyo siendo siempre mi impulso y mi mayor orgullo por
haberme dado la oportunidad de tener una excelente educacioacuten en el transcurso de mi vida
A mi esposo por acompantildearme en este largo camino con sus palabras de aliento y comprensioacuten
en el transcurso de mi carrera
A mi familia que de una u otra forma estuvieron siempre presentes y daacutendome esas palabras de
aliento cuando maacutes lo necesitaba
Un agradecimiento especial al Msc Joseacute Guerra por la paciencia confianza y el apoyo brindado
para el desarrollo del presente trabajo de titulacioacuten
Mayra
vii
IacuteNDICE DE CONTENIDO
IacuteNDICE DE TABLAS x
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE ANEXOS xiii
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS xiv
RESUMEN xvi
SUMMARY xvii
INTRODUCCIOacuteN 1
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO 3
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador 3
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador 3
13 Dispositivos moacuteviles4
14 Sistema de comunicaciones 5
15 Modos de transmisioacuten 6
16 Medios para la transmisioacuten de datos 8
17 Comunicaciones Inalaacutembricas 9
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas 10
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF) 10
182 Tecnologiacutea Zigbee 10
183 Tecnologiacutea Bluetooth 11
184 Tecnologiacutea Wi-fi 11
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas11
19 Tarjetas de desarrollo 12
191 Tarjeta de desarrollo Arduino 13
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI 13
193 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
viii
195 Android Studio 17
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO 18
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten 19
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten 19
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico 19
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados 20
2321 Arduino Pro micro 20
2322 Moacutedulo NRF 24L01 21
233 Cables de conexioacuten 22
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico 23
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo 24
241 Herramientas de Software 24
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil 25
243 Desarrollo de la programacioacuten 26
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten 26
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 28
246 Arduino 30
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo 32
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA 34
31 Pruebas del Hardware implementado 34
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 35
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 37
313 Tiempo de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 39
314 Tiempo de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 40
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos 41
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos 43
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
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AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
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AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
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246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme acompantildeado y guiado lo largo de mi carrera y cumplir con esta
meta tan importante en mi vida
A mis padres por su esfuerzo y apoyo siendo siempre mi impulso y mi mayor orgullo por
haberme dado la oportunidad de tener una excelente educacioacuten en el transcurso de mi vida
A mi esposo por acompantildearme en este largo camino con sus palabras de aliento y comprensioacuten
en el transcurso de mi carrera
A mi familia que de una u otra forma estuvieron siempre presentes y daacutendome esas palabras de
aliento cuando maacutes lo necesitaba
Un agradecimiento especial al Msc Joseacute Guerra por la paciencia confianza y el apoyo brindado
para el desarrollo del presente trabajo de titulacioacuten
Mayra
vii
IacuteNDICE DE CONTENIDO
IacuteNDICE DE TABLAS x
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE ANEXOS xiii
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS xiv
RESUMEN xvi
SUMMARY xvii
INTRODUCCIOacuteN 1
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO 3
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador 3
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador 3
13 Dispositivos moacuteviles4
14 Sistema de comunicaciones 5
15 Modos de transmisioacuten 6
16 Medios para la transmisioacuten de datos 8
17 Comunicaciones Inalaacutembricas 9
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas 10
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF) 10
182 Tecnologiacutea Zigbee 10
183 Tecnologiacutea Bluetooth 11
184 Tecnologiacutea Wi-fi 11
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas11
19 Tarjetas de desarrollo 12
191 Tarjeta de desarrollo Arduino 13
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI 13
193 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
viii
195 Android Studio 17
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO 18
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten 19
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten 19
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico 19
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados 20
2321 Arduino Pro micro 20
2322 Moacutedulo NRF 24L01 21
233 Cables de conexioacuten 22
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico 23
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo 24
241 Herramientas de Software 24
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil 25
243 Desarrollo de la programacioacuten 26
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten 26
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 28
246 Arduino 30
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo 32
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA 34
31 Pruebas del Hardware implementado 34
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 35
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 37
313 Tiempo de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 39
314 Tiempo de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 40
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos 41
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos 43
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
vii
IacuteNDICE DE CONTENIDO
IacuteNDICE DE TABLAS x
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE ANEXOS xiii
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS xiv
RESUMEN xvi
SUMMARY xvii
INTRODUCCIOacuteN 1
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO 3
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador 3
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador 3
13 Dispositivos moacuteviles4
14 Sistema de comunicaciones 5
15 Modos de transmisioacuten 6
16 Medios para la transmisioacuten de datos 8
17 Comunicaciones Inalaacutembricas 9
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas 10
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF) 10
182 Tecnologiacutea Zigbee 10
183 Tecnologiacutea Bluetooth 11
184 Tecnologiacutea Wi-fi 11
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas11
19 Tarjetas de desarrollo 12
191 Tarjeta de desarrollo Arduino 13
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI 13
193 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
viii
195 Android Studio 17
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO 18
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten 19
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten 19
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico 19
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados 20
2321 Arduino Pro micro 20
2322 Moacutedulo NRF 24L01 21
233 Cables de conexioacuten 22
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico 23
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo 24
241 Herramientas de Software 24
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil 25
243 Desarrollo de la programacioacuten 26
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten 26
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 28
246 Arduino 30
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo 32
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA 34
31 Pruebas del Hardware implementado 34
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 35
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 37
313 Tiempo de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 39
314 Tiempo de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 40
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos 41
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos 43
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
viii
195 Android Studio 17
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO 18
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten 19
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten 19
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico 19
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados 20
2321 Arduino Pro micro 20
2322 Moacutedulo NRF 24L01 21
233 Cables de conexioacuten 22
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico 23
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo 24
241 Herramientas de Software 24
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil 25
243 Desarrollo de la programacioacuten 26
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten 26
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 28
246 Arduino 30
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo 32
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA 34
31 Pruebas del Hardware implementado 34
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 35
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 37
313 Tiempo de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos 39
314 Tiempo de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 40
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos 41
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos 43
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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Transceptor NRF24L01+ Transmisor Receptor Inalambrico de 24GHz cAntena Externa Largo
Alcance [En liacutenea] Disponible en httpsbansheemxetiquetasrf [Uacuteltimo acceso 10 Enero
2018]
TOMASI W 2003 Sistemas de comunicaciones electroacutenicas Cuarta ed Meacutexico Prentice hall
VILORIA C CARDONA J amp LOZANO C Ingenieriacutea y Desarrollo 2009 Colombia
XAMARIN Android MediaPlayer [En liacutenea] Disponible en
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer [Uacuteltimo acceso 3 Marzo
2018]
YAAGOUBI M Acceso a Internet viacutea WiFi WiMaxLeganeacutes Universidad Carlos III de
Madrid 2012
ZDNet [En liacutenea] Disponible en httpwwwzdnetcompicturessix-clicks-more-linux-single-
board-computers [Uacuteltimo acceso 2018 Marzo 05]
ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
ix
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes 44
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado 46
32 Pruebas del software del prototipo implementado 48
321 Aplicacioacuten Moacutevil48
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos
moacuteviles 50
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado 51
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo 51
CONCLUSIONES 53
RECOMENDACIONES 55
BIBLIOGRAFIacuteA
ANEXOS
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
BIBLIOGRAFIacuteA
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httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-android-intents-conceptos [Uacuteltimo acceso 3
Marzo 2018]
AMANGANDI J Arduino 2012 [En liacutenea] Disponible en
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ECURED Solidwork [En liacutenea] Disponible en httpswwwecuredcuSolidWork
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
x
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas 12
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo 15
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino 16
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android 17
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware 23
Tabla 1-3 Distancia de cobertura 36
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5m 38
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 39
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos 40
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados 42
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres 43
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres 45
Tabla 8-3 Cosnsumo de energiacutea en Transmisioacuten de mensajes 46
Tabla 9-3 Consumo de energiacutea en la Recepcioacuten de mensajes 46
Tabla 10-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles 50
Tabla 11-3 Presupuesto implementado 51
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes 4
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten 6
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex 7
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten 8
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica 9
Figura 6-1 Placa Raspberry PI 14
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo 14
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten 18
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo 20
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro 21
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01 21
Figura 5-2 Regulador de Voltaje 22
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten 22
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico 23
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten 25
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml 26
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil 29
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino 30
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor 31
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo 32
Figura 14-2 Segmento portador de la antena 32
Figura 15-2 Cubierta del prototipo 33
Figura 1-3 Moacutedulos implementados 34
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO 35
Figura 3-3 Caracteres enviados a diferentes distancias 36
Figura 4-3 Caracteres envidos 38
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos 40
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos 41
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres 41
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres 43
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles 44
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar 47
Figura 11-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular 48
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil 49
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer [Uacuteltimo acceso 3 Marzo
2018]
YAAGOUBI M Acceso a Internet viacutea WiFi WiMaxLeganeacutes Universidad Carlos III de
Madrid 2012
ZDNet [En liacutenea] Disponible en httpwwwzdnetcompicturessix-clicks-more-linux-single-
board-computers [Uacuteltimo acceso 2018 Marzo 05]
ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
xii
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes 49
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada 51
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
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Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
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CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
xiii
IacuteNDICE DE ANEXOS
ANEXO A DATASHEET ARDUINO PRO MICRO
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PANTALLAS DE COMPROBACION DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
xiv
IacuteNDICE DE ABREVIATURAS
ESPOCH
HF
Escuela Superior Politeacutecnica de Chimborazo
High Frequency
IEEE Instituto de Ingenieros Eleacutectricos y Electroacutenicos
RF Radio Frecuencia
SDK Software Development Kit (kit de desarrollo de software)
WPAN
ISM
Tx
Rx
SX
Hdx
Fdx
FFdx
USB
WIFI
GND
VCC
SDA
SCK
MOSI
MISO
CSN
CE
SPI
JPEG
XML
XSL
IDE
URL
Km
Seg
C
HF
Red de Aacuterea Personal
Industrial Scientific and Medical
Transmisioacuten
Recepcioacuten
Simplex
Semi duplex
Full duplex
Duplex total
Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie)
Wireless Fidelity (Fidelidad inalaacutembrica)
Ground (tierra)
Voltaje de corriente continua
Serial Data Inputoutput (Interfaz serial para la entradasalida de datos)
Serial Clock
Master Out Slave
Master In Slave Out
Chip select in
Chip enable in
Serial Peripheral Interface
Joint Photographic Experts Group (Grupo Conjunto de Expertos en
Fotografiacutea)
Extensible markup language (Lenguaje de Marcado Extensible)
Extensible Stylesheet Language (Lenguaje extensible de hoja de estilo)
Entorno de desarrollo integrado
Uniform Resource Locator (Localizador Uniforme de Recursos)
Kilometro
Segundo
Velocidad de la luz
High Frequency
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
xv
VHF
UHF
GSM
CDMA
PAN
NFC
MHz
GHz
PC
BT
GPU
RAM
SD
SW
GUI
Kbps
Mbps
OTG
ADC
PWM
V
XD
GNU
Very High Frequency
Ultra High Frequency
Global System for Mobile
Coacutedigo de Divisioacuten de Acceso Muacuteltiple
Personal Area Network
Near Field Communication
Megahercio
Gigahercio
Computadora personal
Bluetooth
Graphics Processing Unit
Random Access Memory
Secure Digital
Software
Graphical user interface
Kilobit por segundo
Megabit por segundo
On the go
Analog-to-Digital Converter
Pulse-width modulation
Voltage
Execute Disable
Sistema Operativo tipo Unix
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
xvi
RESUMEN
La presente investigacioacuten consiste en disentildear e implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea el prototipo trabaja con Arduino Pro Micro y con el moacutedulo
NRF24L01 para la comunicacioacuten inalaacutembrica por radiofrecuencia se realiza una aplicacioacuten de
mensajeriacutea instantaacutenea desarrollada en Android Studio para dispositivos moacuteviles la cual es de
faacutecil manejo para cualquier tipo de usuario para el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de ayuda en
texto El funcionamiento de la red auxiliar de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de
infraestructura adicional para realizar la comunicacioacuten debido a que el dispositivo creado
transmite y recibe los datos por radio frecuencia De las pruebas realizadas se determinoacute que la
comunicacioacuten entre dispositivos alcanza aproximadamente es de 238 m en liacutenea de vista mientras
que con obstaacuteculos es aproximadamente de 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
un segundo independiente de la distancia Se puede concluir que el prototipo implementado es
un dispositivo de bajo consumo que se alimenta desde el dispositivo moacutevil que puede convertirse
en una herramienta de ayuda principalmente en desastres naturales o provocados que hayan
generado colapso de las redes de comunicacioacuten Se recomienda que al mejorar el prototipo se
aplique transmisioacuten y recepcioacuten de voz datos e imaacutegenes ademaacutes que efectuacuteen estudios para
incorporar en los dispositivos moacuteviles la transmisioacuten de datos por radio frecuencia
Palabras Claves ltTECNOLOGIacuteA Y CIENCIAS DE LA INGENIERIacuteAgt ltINGENIERIacuteA EN
TELECOMUNICACIONESgt ltELECTROacuteNICAgt ltCOMUNICACIOacuteN INALAacuteMBRICAgt
ltRADIOFRECUENCIAgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
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Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
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Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
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Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
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Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
xvii
SUMMARY
The present investigation consists of designing and implementing a prototype of an auxiliary
network of communication by radiofrequency with nodes based on electronic devices and mobile
equipment for instant messaging the prototype works with Arduino Pro Micro and the NRF24L01
module for wireless communication by radio frequency An instant messaging application
performed in Android Studio for mobile devices made it is easy to use for any type of user to
send and receive text help messages The operation of the auxiliary network of wireless
communication does not require additional infrastructure to perform the communication due the
device created transmits and receives the data by radio frequency The tests carried out
determined the communication between devices reaches approximately 238 m in a line of sight
while with obstacles it is approximately of 18m with a transmission time and reception of a
second independent of the distance It concluded the implemented prototype is a low consumption
device it fed on since the mobile device that can become a helpful tool mainly in natural or
provoked disasters that they have generated collapse of communication networks The research
paper recommends that when improving the prototype transmission and reception of voice data
and images apply besides to perform studies to incorporate the data transmission by radio
frequency in mobile devices
Keywords ltTECHNOLOGY AND ENGINEERING SCIENCESgt ltENGINEERING IN
TELECOMMUNICATIONSgt ltELECTRONICSgt ltWIRELESS COMMUNICATIONgt
ltRADIO FREQUENCYgt ltARDUINOgt ltANDROID STUDIOgt
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
1
INTRODUCCIOacuteN
Debido a las uacuteltimas actividades siacutesmicas que se han presentado en el Ecuador y en los diferentes
paiacuteses seguacuten la Organizacioacuten de Naciones Unidas en los uacuteltimos 20 antildeos casi tres millones de
viacutectimas y ochocientos millones de personas han sido afectados adversamente en el mundo por
causas de los desastres naturales Desde 1976 ndash 1990 los terremotos fueron los responsables del
casi 60 de las muertes producidas (ONU 2010
httpwwwunorgspanishNewsstoryaspnewsID=17554ampcriteria1=ISDRWcwuH1v9TIU)
El 16 de Abril del 2016 se registra en la costa ecuatoriana un sismo de 78 en la escala de Richter
en cantoacuten Pedernales de la provincia de Manabiacute dejando un total de 602 viacutectimas fatales 130
personas desaparecidas y maacutes de 25000 damnificados provocando destruccioacuten de viviendas y
viacuteas de acceso averiacuteas en los servicios baacutesicos colapso de infraestructura telefoacutenicas y de energiacutea
eleacutectrica Su magnitud fue tal que afecto algunas ciudades del paiacutes En cuanto al sistema de
comunicacioacuten una sola radio con cobertura provincial se mantuvo en funcionamiento reportando
la situacioacuten La madrugada el 17 de abril La empresa de Telecomunicaciones ldquoMovistar
Ecuadorrdquo realiza acciones para reparar la red afectada movilizando 190 teacutecnicos y 40 vehiacuteculos
que disponiacutean de teleacutefonos satelitales para que la ciudadaniacutea pudiera comunicarse de forma
gratuita asiacute como para recargar las bateriacuteas de sus dispositivos (Encontexto 2016 pp 29-32)
Por otra parte las redes moacuteviles telecomunicaciones y grandes tecnologiacuteas los dispositivos han
ido transformando al mundo al punto que son de gran ayuda en aplicaciones militares meacutedicas
e inclusive en el hogar Pero cuando estas colapsan con la constante transformacioacuten geograacutefica
cambios atmosfeacutericos constantes movimientos teluacutericos e inclusive draacutesticas erupciones
volcaacutenicas nada pueden hacer para brindar la ayuda necesaria debido a que no existen los equipos
necesarios para lograr una comunicacioacuten sin la necesidad de redes fiacutesicas
Debido a la baja ayuda tecnoloacutegica para minimizar el nuacutemero de viacutectimas mortales en desastres
naturales se hace necesario la implementacioacuten de un mecanismo que permita la comunicacioacuten
entre las personas afectadas con los equipos de rescate en lo cual seriacutea necesario disponer de
plataformas con mensajeriacutea instantaacutenea que ayude a la poblacioacuten en caso de peacuterdida de
infraestructura de comunicaciones por desastres naturales o colapso de la red principal
El presente trabajo de titulacioacuten se desarrollaraacute un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten
por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para
mensajeriacutea instantaacutenea la cual se convertiraacute en una herramienta de ayuda a la poblacioacuten en caso
de peacuterdida de infraestructura de comunicaciones por eventos naturales o por colapso de la red
principal la misma que seraacute de bajo costo
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
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Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
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Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
2
Ademaacutes utilizaremos dispositivos moacuteviles y electroacutenicos con aplicaciones Android para
mensajeriacutea instantaacutenea lo que nos permitiraacute desarrollar nuestro prototipo de red sin la necesidad
de una infraestructura En donde la comunicacioacuten seraacute realizada por radio frecuencia para tener
una comunicacioacuten eficaz en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El objetivo principal del presente trabajo es implementar un prototipo de una red auxiliar de
comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos
moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Como objetivos especiacuteficos se plantea para la investigacioacuten
Analizar los tipos de comunicaciones inalaacutembricas y su desarrollo en la actualidad
Investigar una aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea de software libre para equipos
moacuteviles que contengan el sistema operativo Android
Implementar el dispositivo electroacutenico mediante la conexioacuten por radiofrecuencia hacia
el otro punto de conexioacuten moacutevil
Evaluar y comprobar el funcionamiento de la mensajeriacutea instantaacutenea a traveacutes de la red
de comunicacioacuten por radiofrecuencia
El presente documento estaacute formado por tres capiacutetulos que son los siguientes
Primer capiacutetulo consta el marco teoacuterico en el cual se realiza una investigacioacuten del uso de
las tecnologiacuteas en desastres naturales los dispositivos moacuteviles tecnologiacuteas inalaacutembricas
tarjetas de desarrollo los cuales serviraacuten para desarrollar del prototipo planteado
Segundo capiacutetulo contiene los requerimientos descripcioacuten de los dispositivos y disentildeo
tanto del hardware y software para realizar la implementacioacuten
En el tercer capiacutetulo se obtiene las pruebas y resultados del sistema
Y finalmente tenemos conclusiones y recomendaciones de la implementacioacuten del prototipo de
una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con nodos basados en dispositivos
electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
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246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
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En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
3
CAPIacuteTULO I
1 MARCO TEOacuteRICO
En este capiacutetulo se investigan la transmisioacuten de datos y algunas caracteriacutesticas de las
comunicaciones inalaacutembricas Se revisa las tecnologiacuteas moacuteviles y el Sistema operativo Android
Se revisa igualmente las caracteriacutesticas de la comunicacioacuten Serial los moacutedulos de conexioacuten y las
tarjetas de desarrollo maacutes comunes
11 Uso de la tecnologiacutea en el terremoto de Ecuador
El periodo de reaccioacuten fue corto mientras que la actuacioacuten para localizar buscar saber sobre las
personas desaparecidas fue inmediata El desarrollo de la tecnologiacutea para reaccionar frente a la
cataacutestrofe es ser el apoyo en la etapa de buacutesqueda de supervivientes desaparecidos geo localizar
puntos criacuteticos movilizacioacuten ciudadana para las donaciones y periodo de reconstruccioacuten despueacutes
del terremoto
Las redes sociales se convirtieron en el principal instrumento de comunicacioacuten donde Twitter se
convirtioacute en una fuente importante de informacioacuten Los primeros actores que reaccionaron fueron
las personas quienes daban las noticias y los hashtags inmediatos donde se concentraba la
conversacioacuten de lo sucedido Facebook actuoacute pocos minutos despueacutes activando su funcioacuten Safety
Check que reportaba la situacioacuten de cientos de personas a traveacutes de los muros personales Google
tambieacuten actuoacute raacutepido y activo su localizador de personas
Las aplicaciones moacuteviles han jugado un papel imprescindible en lo que se refiere a reportes de
informacioacuten para la movilizacioacuten (Martin 2016 httpswwweltelegrafocomecnoticiascolumnistas1el-
uso-de-la-tecnologia-en-el-terremoto-de-ecuador)
12 Infraestructura de las comunicaciones en el terremoto de Ecuador
Posterior al terremoto se registroacute peacuterdida del servicio de telecomunicaciones en varias provincias
y congestioacuten de datos 3G con un 30 de fallo de llamadas en las provincias afectadas El cantoacuten
maacutes afectado fue Jama (0 ndash 30) seguido de Sucre Manta Rocafuerte Portoviejo Olmedo y
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
55
RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
4
Boliacutevar (31-60) y Pedernales Flavio Alfaro San Vicente Chone Eloy Alfaro Pichincha
Puerto Loacutepez Montecristi Pajaacuten y 24 de Mayo (61- 90) Al 10 de mayo la operatividad del
servicio moacutevil avanzado (voz texto datos) es de 96 CNT 99 Movistar 98 Claro 94
Los operadores trabajan con cuadrillas de alrededor de 600 teacutecnicos En las principales ciudades
el servicio estaacute restablecido al 100 En los cantones Boliacutevar (83) y Rocafuerte (71) se lo
estaacute todaviacutea mejorando (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016) En la Figura 1-1 podemos observar el
estado del servicio a 48 horas y el estado del servicio de 1 mes despueacutes
Figura 1-1 Estado de servicio a) Servicio a 48 horas b) Servicio 1 mes despueacutes
Fuente (Secretriacutea de Gestioacuten de Riesgos 2016)
Los servicios tecnoloacutegicos implementados para la atencioacuten de emergencias luego del terremoto
de 78 grados en la zona costera del Ecuador se reforzaron con el objetivo de direccionar la ayuda
que requieren los afectados por este desastre natural La red troncalizada de comunicacioacuten
articulada al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911 es uno de los recursos fundamentales de
los sistemas de coordinacioacuten que operan desde el pasado 16 de abril
13 Dispositivos moacuteviles
Son aparatos de tamantildeo pequentildeo que cuentan con caracteriacutesticas tales como
a) b)
5
Capacidad especial de procesamiento
Conexioacuten permanente o intermitente a una red
Memoria limitada
Disentildeos especiacuteficos para una funcioacuten principal y versatilidad para el desarrollo de otras
funciones
Tanto su posesioacuten como su operacioacuten se asocia al uso individual de una persona la cual
puede configurarlos a su gusto
Algunos de los ejemplos de estos dispositivos son los siguientes
Comunicadores de bolsillo
Internet Screen Phones
Sistemas de navegacioacuten de automoacuteviles
Sistemas de entretenimiento
Sistemas de televisioacuten e Internet
Teleacutefonos moacuteviles
Organizadores y asistentes personales digitales (Soriano 2010)
Teleacutefonos moacuteviles
Es un dispositivo inalaacutembrico electroacutenico que permite tener acceso a la red de telefoniacutea celular o
moacutevil Se denomina celular debido a las antenas repetidoras que conforman la red cada una de
las cuales es una ceacutelula si bien existen redes telefoacutenicas moacuteviles satelitales Su principal
caracteriacutestica es su portabilidad que permite comunicarse desde casi cualquier lugar Aunque su
principal funcioacuten es la comunicacioacuten de voz como el teleacutefono convencional su raacutepido desarrollo
ha incorporado otras funciones como son caacutemara fotograacutefica agenda acceso a internet
reproduccioacuten de video e incluso GPS y reproductor mp3 (EcuRed 2016
httpswwwecuredcuTelC3A9fono_celular)
14 Sistema de comunicaciones
Estaacute formado por un emisor un medio de transmisioacuten y un receptor como se puede apreciar en
la Figura 2-1
6
Figura 2-1 Diagrama de un sistema de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Un transmisor es un conjunto de uno o maacutes dispositivos o circuitos electroacutenicos que convierte la
informacioacuten de la fuente original en una sentildeal que se presta maacutes a su transmisioacuten a traveacutes de
determinado medio de transmisioacuten El medio de transmisioacuten transporta las sentildeales desde el
transmisor hasta el receptor y puede ser tan sencillo como un par de conductores de cobre que
propaguen las sentildeales en forma de flujo de corriente eleacutectrica Tambieacuten se puede convertir la
informacioacuten a ondas electromagneacuteticas luminosas propagarlas a traveacutes de cables de fibra oacuteptica
hechas de vidrio o de plaacutestico o bien se puede usar el espacio libre para transmitir ondas
electromagneacuteticas de radio a grandes distancias o sobre terreno donde sea difiacutecil o costoso instalar
un cable fiacutesico Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electroacutenicos que acepta del
medio de transmisioacuten las sentildeales transmitidas y las reconvierte a su forma original (Tomasi 2003
p 2)
15 Modos de transmisioacuten
Los sistemas electroacutenicos de comunicaciones se pueden disentildear para manejar la transmisioacuten soacutelo
en una direccioacuten en ambas direcciones soacutelo en una a la vez o en ambas direcciones al mismo
tiempo A eacutestos se les llama modos de transmisioacuten (Bricentildeo 2005 p 155)
Hay cuatro modos de transmisioacuten posibles simplex semiduacuteplex duacuteplex y duacuteplexduacuteplex En la
Figura 3-1 se observa los diferentes modos de transmisioacuten
Fuente de Informacion
Transmisor Medio de
ComunicacioacutenReceptor
Destino de informacioacuten
7
Figura 3-1 Operacioacuten simplex semiduacuteplex Full duacuteplex
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Simplex (SX)- Las transmisiones soacutelo se hacen en una direccioacuten A veces a los sistemas simplex
se les llama soacutelo en un sentido soacutelo recibir o soacutelo transmitir Una estacioacuten puede ser un transmisor
o un receptor pero no ambos a la vez
Semiduacuteplex (HDX de half duacuteplex) - En el funcionamiento las transmisiones se pueden hacer
en ambas direcciones pero no al mismo tiempo Una estacioacuten puede ser transmisora y receptora
pero no al mismo tiempo
Duacuteplex (FDX de full duacuteplex) - Puede haber transmisiones en ambas direcciones al mismo
tiempo Una estacioacuten puede transmitir y recibir en forma simultaacutenea sin embargo la estacioacuten a
la que se transmite tambieacuten debe ser de la que se recibe
Duacuteplex totalgeneral (FFDX de fullfull duacuteplex) - Es posible transmitir y recibir en forma
simultaacutenea pero no necesariamente entre las mismas dos estaciones (es decir una estacioacuten puede
transmitir a una segunda estacioacuten y recibir al mismo tiempo de una tercera estacioacuten) Las
transmisiones duacuteplex totalgeneral se usan casi exclusivamente en circuitos de comunicaciones
de datos
8
16 Medios para la transmisioacuten de datos
Los avances tecnoloacutegicos han permitido aumentar progresivamente el aprovechamiento de los
medios de transmisioacuten existentes (par de cobre coaxial radio) asiacute como el desarrollo de otros
totalmente nuevos como la fibra oacuteptica Todos los medios de transmisioacuten tienen las siguientes
caracteriacutesticas
bull Estaacuten basados en ondas electromagneacuteticas
bull Transmiten a la velocidad de la luz en el medio considerado
bull En guiacuteas de onda la velocidad disminuye en una tercera parte
bull Presentan una atenuacioacuten proporcional a la distancia
bull Estaacuten sujetos a interferencias y ruido
bull Son limitados en el ancho de banda sobre el que pueden transmitir
Los medios de transmisioacuten comuacutenmente utilizados en la transmisioacuten de datos se pueden clasificar
de la siguiente manera mostrada en la Figura 3-1 (Bricentildeo 2005 pp 497-498)
Figura 4-1 Tipos de medios de transmisioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
MEDIOS DE TRANSMISIOacuteN
GUIADOS
METAacuteLICOS
PAR TRENZADO
APANTALLADO
NO APANTALLADO
CABLE COAXIAL
BANDA ANCHA
BANDA DE BASE
GUIacuteAS DE ONDA
NO METAacuteLICOS
FIBRAS OacutePTICAS
MULTIMODO
MONOMODO
NO GUIADOS
RADIOELEacuteCTRICOS
INFRARROJOS
9
Medios Guiados- incluyen a los conductores metaacutelicos (par trenzado cable coaxial y guiacuteas de
onda) y los conductores no metaacutelicos como las fibras oacutepticas Los medios de transmisioacuten guiados
presentan la ventaja de permitir un ancho de banda muy elevado y ser menos susceptibles a las
interferencias para distancias cortas pueden ser mucho maacutes econoacutemicos que los medios
inalaacutembricos
Medios No Guiados- transmiten por el espacio libre y comprenden las ondas radioeleacutectricas
(HF VHF UHF y Microondas) los rayos o haces infrarrojos (actualmente estaacute en desarrollo la
transmisioacuten mediante el laacuteser (Bricentildeo 2005 p 498)
17 Comunicaciones Inalaacutembricas
En la Figura 5-1 se observa la infraestructura de las comunicaciones inalaacutembricas en comparacioacuten
con las redes cableadas Las caracteriacutesticas son las siguientes
Uso eficiente del espectro electromagneacutetico debido a la utilizacioacuten repetida de
frecuencias
Compatibilidad a nivel nacional e internacional para que los usuarios moacuteviles puedan
utilizar sus mismos equipos en otros paiacuteses o aacutereas
Prestacioacuten de servicios para aplicaciones de datos voz y video
Adaptacioacuten a la densidad de traacutefico dado que la densidad de traacutefico es diferente en cada
punto de la zona de cobertura
Calidad del servicio (Eveliux 2002 httpwwweveliuxcommxEl-ABC-de-las-redes-inalambricas-
WLANshtml)
Figura 5-1 Comunicacioacuten Inalaacutembrica
Fuente (Funcional 2011 httpelabcfuncionalblogspotcom)
10
18 Tecnologiacuteas Inalaacutembricas
La comunicacioacuten viacutea radio usa el espectro electromagneacutetico para enviar informacioacuten Cuando una
corriente eleacutectrica pasa por un cable crea un campo electromagneacutetico que enviacutea ondas en todas
direcciones en forma parecida a la luz que tambieacuten es parte del espectro pero a frecuencias
mucho maacutes altas Las tecnologiacuteas inalaacutembricas pueden clasificarse en cinco grandes grupos de
acuerdo con la distancia que viaja cada tipo de sentildeal Primero estaacuten las comunicaciones satelitales
como el sistema de posicionamiento global Otra categoriacutea y con sentildeales de dos viacuteas estaacuten las
tecnologiacuteas de telefoniacutea celular de cobertura amplia como GSM y CDMA Una tercera categoriacutea
incluye sentildeales de menor alcance utilizadas para conectar dispositivos dentro de una habitacioacuten o
un edificio como los sistemas Wi-Fi o Zigbee En cuarto lugar estaacuten los protocolos para enlazar
dispositivos en una red de aacuterea personal (PANpersonal area network) El uacuteltimo tipo de
comunicaciones son las que se dan cerca de una antena transmisora (NFC near-field
communications) Podemos ver como se distribuyen las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas
dependiendo de la velocidad de transmisioacuten y de su utilizacioacuten (Fernaacutendez 2009 p 28)
181 Tecnologiacutea por Radio Frecuencia (RF)
La mayoriacutea de las comunicaciones se ejecutan sin emplear cables es decir son comunicaciones
inalaacutembricas este fenoacutemeno de comunicacioacuten que se tuvo la necesidad de desarrollar elementos
electroacutenicos capaces de enviar y recibir informacioacuten proveniente de sitios lejanos sin estar
interconectado uno con el otro a traveacutes de cables estos elementos electroacutenicos son el transmisor
y el receptor instrumentos hoy en diacutea necesarios para la mayoriacutea de la gente en el mundo auacuten y
cuando no se tenga conciencia de su existencia ni de su funcionamiento (Cervantes amp Delgado 2010
p 48)
182 Tecnologiacutea Zigbee
Utiliza la banda ISM para usos industriales cientiacuteficos y meacutedicos en concreto 868 MHz en Europa
915 en Estados Unidos y 24 GHz en todo el mundo Sin embargo a la hora de disentildear
Dispositivos las empresas optan praacutecticamente siempre por la banda de 24 GHz por ser libre en
todo el mundo El desarrollo de la tecnologiacutea se centra en la sencillez y el bajo coste maacutes que
otras redes inalaacutembricas semejantes de la familia WPAN (Fernaacutendez 2009 p 30)
11
183 Tecnologiacutea Bluetooth
Es una especificacioacuten tecnoloacutegica para redes inalaacutembricas que permite la transmisioacuten de voz y
datos entre distintos dispositivos mediante una radiofrecuencia segura (24 GHz) Esta tecnologiacutea
por lo tanto permite las comunicaciones sin cables ni conectores y la posibilidad de crear redes
inalaacutembricas domeacutesticas para sincronizar y compartir la informacioacuten que se encuentra
almacenada en diversos equipos (Peacuterez amp Merino 2009) Es compatible con la totalidad de los
dispositivos que actualmente existen presenta una velocidad admisible a costo bajo (Yaagoubi
2012 p 10)
184 Tecnologiacutea Wi-fi
Es una tecnologiacutea de aacuterea local que alcanza tasas de transmisioacuten de hasta 54 kbps en un canal de
20 MHz en la banda de 24 GHz En Wi-Fi un punto de acceso inalaacutembrico (Access point)
transmite y recibe datos a traveacutes de ondas de radio y los equipos remotos que cuentan con un
transceptor (transmisor-receptor) en una tarjeta de acceso Comprende una gran cantidad de
estaacutendares para redes de comunicacioacuten inalaacutembrica basados en las especificaciones IEEE 80211
En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalaacutembricas sin embargo
actualmente se utiliza para el acceso a Internet (Viloria et al 2009 p 134)
185 Comparacioacuten de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Realizada la investigacioacuten de las diferentes tecnologiacuteas inalaacutembricas se realiza una tabla
comparativa con las principales caracteriacutesticas para determinar la tecnologiacutea a utilizarse en la
implementacioacuten del prototipo de la red de comunicacioacuten En la Tabla 1-1 se aprecia una
comparativa de las principales caracteriacutesticas de las tecnologiacuteas inalaacutembricas
12
Tabla 1-1 Tabla comparativa de tecnologiacuteas inalaacutembricas
Frecuencia
Alcance
Velocidad de
transmisioacuten
Caracteriacutesticas
Radiofrecuencia
24 GHz
100-1000 m
Velocidad de la
luz
Permite una comunicacioacuten
inmediata
Elimina la necesidad de emplear
cables o infraestructuras
Pueden ser configuradas en una
amplia gama de topologiacuteas
Bajo consumo y costo
Zigbee
24 GHz
10-100 m
250 Kbps
Robustez
Alta escalabilidad
Bajo consumo
Bluetooth
24 GHz
(ISM)
1-100 m
1 Mbps
Corto alcance
Transfiere segmentos de datos
(chucks)
Bajo consumo
Wifi
24 GHz y 5
GHz
1-50 m
150-600 Mbps
Transfiere datos con rapidez
Necesita infraestructura de red
Proporciona tener acceso a una
red o a Internet
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la Tabla 1-1 se obtiene que la tecnologiacutea inalaacutembrica que se usa en el presente prototipo es la
comunicacioacuten por radio frecuencia ya que tiene una alcance hasta de 1000 m ademaacutes no necesita
de infraestructura de una red para realizar la comunicacioacuten Es de bajo costo y consumo puede
ser configurado en diferentes topologiacuteas
19 Tarjetas de desarrollo
Son placas de desarrollo de hardware son uacutetiles al realizar cualquier tipo de sistemas embebidos
que cada una en particular cuenta con su lenguaje de programacioacuten o un sistema operativo Estas
placas tienen algo en comuacuten que estaacuten compuestas por alguacuten micro controlador de alguna
empresa como Microchip Atmel etc o tambieacuten por un procesador de alguna plataforma
13
como ARM y no tienen un Sistema Operativo Ademaacutes solo responden a un lenguaje en
particular (Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Las caracteriacutesticas que diferencia el Arduino de las demaacutes tarjetas de desarrollo o
mitrocontoladores son su entorno de desarrollo y lenguaje de programacioacuten Estas placas tienen
un microcontrolador ATMEL los cuales tienen entradas digitales y analoacutegicas programables
(Gonzaacutelez 2015 httppanamahitekcomque-es-arduino-y-para-que-se-utiliza) Las tarjetas maacutes utilizadas en
la actualidad son Arduino Raspberry Galileo
191 Tarjeta de desarrollo Arduino
Permite la creacioacuten de prototipos electroacutenicos raacutepidos y baratos Eacuteste convirtioacute lo que soliacutean ser
problemas de hardware bastante difiacuteciles en problemas de software mucho maacutes simples
(Hacedores 2014 httphacedorescomque-tarjeta-de-desarrollo-elegir-parte-1main-navigation)Su manejo en
cuanto a la compatibilidad de varios moacutedulos de hardware adicionales y el lenguaje de
programacioacuten en C que pueden integrarse para distintos objetivos Ademaacutes la compantildeiacutea Arduino
pone a disposicioacuten varias libreriacuteas que pueden ser usados de acuerdo al moacutedulo que se desee
(Quispe httpwwwlightpathiotarjetas-de-desarrollo)
Es de coacutedigo abierto cuyos elementos son contar con software y hardware faacuteciles de usar Es
decir se pueden realizar proyectos interactivos de una forma sencilla y con diversas aplicaciones
(Doutel 2015 httpswwwxatakacomespecialesguia-del-arduinomaniaco-todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-
arduino)
192 Tarjeta de desarrollo Raspberry PI
Es una pequentildea tarjeta del tamantildeo de una tarjeta de creacutedito pero con las virtudes de una PC fue
disentildeada en Reino Unido por una fundacioacuten cuyo nombre es el mismo de la placa Los primeros
disentildeos de Raspberry Pi se basaban en el microcontrolador Atmel ATmega644 El disentildeo contiene
un chip Broadcom BCM2835 tiene un procesador central ARM1176JZF-S a 700 MHz Tiene un
procesador graacutefico (GPU) VideoCore IV y 512 MiB de memoria RAM El disentildeo no incluye un
disco duro ni unidad de estado soacutelido usa una tarjeta SD (Chalaacute 2014)
14
Figura 6-1 Placa Raspberry PI
Fuente (ZDNet)
193 Tarjeta de desarrollo Galileo
Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo
arquitectura Intel Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene
las libreriacuteas de software de Arduino lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar
el software ya existente Los usuarios podraacuten programar sus Intel Galileo desde los sistemas
operativos Mac OS Microsoft Windows y Linux de sus equipos Ademaacutes estas placas tambieacuten
han sido disentildeadas para ser compatibles a nivel de software y de hardware (Maturana 2013
httpswwwxatakacommakersintel-galileo-placa-de-desarrollo-fruto-de-la-colaboracion-entre-intel-y-arduino)
Figura 7-1 Tarjeta de desarrollo Galileo
Fuente (Maturana 2013)
15
194 Comparacioacuten entre los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Analizados los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo se realizoacute una tabla comparativa de las
mismas como se lo puede apreciar en la Tabla 2-1
Tabla 2-1 Tabla de comparacioacuten de los diferentes tipos de tarjetas de desarrollo
Arduino
Raspberry Pi
Galileo
Procesador
ATMega 328
Broadcom BCM2836
ARM Cortex-A7
SoC Quark X100
Sistema Operativo
Ninguno
Distribuciones de Linux
Linux Windows
Velocidad
16 MHz
900 MHz
400 MHz
Entorno de desarrollo
Arduino
Linux IDLE QEMU
Eclipse Windows
Arduino
Ethernet
10100
10100
Ninguno
USB
1
4
2
Voltaje
5 V
33 V
33 V
Memoria RAM
2KB
-
8 MB
Precio
$25
$55
$95
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 2-1 se aprecia que Arduino tiene un entorno de desarrollo amigable es de bajo
consumo ademaacutes cuenta con una amplia gama de tutoriales los cuales ensentildean sus diferentes
aplicaciones consumo y modelos de Arduino para una mejor seleccioacuten de la clase de Arduino
para nuestro prototipo en la Tabla 3-1 se podraacute apreciar las caracteriacutesticas de las distintas clases
para un oacuteptimo funcionamiento de la implementacioacuten del prototipo
16
Tabla 3-1 Diferencias de los tipos de Arduino
Arduino Pro
Mini
Arduino Pro
Micro
Arduino
MEGA 2560
Arduino UNO
Microprocesador
ATmega168
Atmega 32U4
ATmega2560
ATmega 328 P
Pines digitales
8
12
16
14
Pines Analoacutegicos
14
4
54
6
Voltaje de entrada
5-12 V
7-12 V
7-12 V
7 -12 V
Voltaje de salida
5V
5 V
5 V
5 V
Memoria
32 KB
32 KB
256 KB
32 KB
Conector
Por medio de una
tarjeta o un cable
FTDI
Micro-USB
Conector USB
Power Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Conector USB Power
Jack
ICSP
Botoacuten de Reset
Dimensiones
18 x 33 mm
32 x 17 mm
100 x 50 mm
686 x 534 mm
Imagen
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la tabla 3-1 se obtiene que la tarjeta de desarrollo Pro-micro es oacuteptima para el uso en la
implementacioacuten de este prototipo debido a su tamantildeo que es muy reducido a diferencia de los
otros modelos de Arduino ademaacutes tiene un bajo consumo de energiacutea y se le puede alimentar
directamente desde el celular
17
195 Android Studio
Proporciona las herramientas maacutes raacutepidas para crear apps en todas las clases de dispositivos
Android La edicioacuten de coacutedigos de primer nivel la depuracioacuten las herramientas de rendimiento
un sistema de compilacioacuten flexible y un sistema instantaacuteneo de compilacioacuten e implementacioacuten te
permiten la creacioacuten de aplicaciones uacutenicas y de alta calidad (Android Studio
httpsdeveloperandroidcomstudioindexhtmlhl=es-419)
1951 Requerimientos para la instalacioacuten de Android Studio
En la Tabla 4-1 se describen los requerimientos para la instalacioacuten en los diferentes sistemas
operativos
Tabla 4-1 Requerimientos para la instalacioacuten de Android
WINDOWS MAC LINUX
3GB de memoria RAM
como miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Para el emulador
acelerado Sistema operativo de
64 bits y procesador Intelreg
compatible con Intelreg VT-x
Intelreg EM64T y la funcionalidad
Execute Disable (XD) Bit
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
GNOME o KDE de escritorio
Distribucioacuten de 64 bits capaz de
ejecutar aplicaciones de 32 bits
GNU C Library 219 o
versiones posteriores
3GB de memoria RAM como
miacutenimo maacutes 1 GB para el
emulador de Android
2GB de espacio en disco
disponible como miacutenimo 500
MB para el IDE + 15 GB para
Android SDK y la imagen de
sistema del emulador
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
18
CAPIacuteTULO II
2 IMPLEMENTACIOacuteN DEL HARDWARE Y SOFTWARE DEL PROTOTIPO
En este capiacutetulo se presenta el diagrama general de la red auxiliar de comunicacioacuten que se
implementoacute se describe los requerimientos de hardware y software los esquemas de conexioacuten
los dispositivos que lo conforman y el software utilizado e implementado en el prototipo
21 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
En la Figura 1-2 se aprecia la descripcioacuten general de la red de comunicacioacuten la misma que estaacute
formada por dos nodos el nodo uno estaacute conectado con dos usuarios el mismo que se conecta con
otro usuario y continua la conexioacuten hasta llegar al nodo dos de esta manera se va realizando la
red de comunicacioacuten inalaacutembrica la cual permite comunicarse mediante mensajes de texto para
lo cual se creoacute una aplicacioacuten para dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
al mismo que se conecta un dispositivo electroacutenico el cual permite la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin la necesidad de infraestructura la comunicacioacuten se lo realiza por radio frecuencia
Figura 1-2 Diagrama general de la red de comunicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
19
22 Requerimientos de la red de comunicacioacuten
Realizados los estudios en el capiacutetulo anterior se puede definir los requerimientos que satisfacen
para la implementacioacuten del prototipo que son los siguientes
La red de comunicacioacuten inalaacutembrica no requiere de infraestructura para realizar la
emisioacuten y recepcioacuten de datos en caso de desastres naturales o colapso de las redes
El dispositivo electroacutenico sea lo maacutes pequentildeo posible
Se pueda alimentar directamente con el celular moacutevil y sea compatible
La aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea debe ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para
dispositivos moacuteviles que tengan el sistema operativo Android
El prototipo de la red auxiliar de comunicacioacuten a implementarse sea de bajo consumo de
energiacutea
23 Requerimientos de Hardware de la red de comunicacioacuten
Una vez realizado el estudio en el capiacutetulo anterior se pueden definir los requerimientos de disentildeo
que debe satisfacer el prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia con
nodos basados en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea Son
las siguientes
Su tamantildeo sea lo maacutes reducido posible
El dispositivo electroacutenico sea de bajo consumo de energiacutea
Su alimentacioacuten sea directa del dispositivo moacutevil
231 Diagrama de bloques del dispositivo electroacutenico
En la en la Figura 2-2 se presenta el esquema del disentildeo del moacutedulo el cual estaacute formado por 5
bloques donde
Los datos son tomados por el bloque de adquisicioacuten de datos y transmitidos al bloque de
codificacioacuten que estaacuten formado por un moacutedulo NRF 24L01 conjuntamente con una
aplicacioacuten moacutevil
El bloque de alimentacioacuten estaacute constituido por un regulador de voltaje y la bateriacutea propia
del dispositivo moacutevil
20
El bloque de transmisioacuten permite la comunicacioacuten entre el dispositivo moacutevil y el prototipo
implementado por medio de un conector OTG a micro USB y un conector USB a micro
USB Finalmente es bloque de procesamiento lo conforma un Arduino PRO-micro que
interactuacutea con todos los bloques
Figura 2-2 Diagrama de bloques del dispositivo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
232 Caracteriacutesticas de los dispositivos seleccionados
2321 Arduino Pro micro
Cuenta con un micro controlador ATMEGA32U4 un transceptor USB dentro del 32U4 el cual
nos permite antildeadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo
Esta pequentildea tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se estaacute familiarizado con 4
canales de 10-bit ADC 5 terminales PWM 12 DIO asiacute como hardware conexiones serie Rx y
Tx Funcionando a 16 MHz y 5 V Este pequentildeo micro controlador puede ir en cualquier lugar
Hay un regulador de tensioacuten a bordo para que pueda aceptar una tensioacuten de hasta 12V (Labs 2016
httpsaberpatagoniateccomarduino-pro-micro-atmega32u4-arduino-argentina-ptec-leonardo) En la Figura 3-2
se observa la estructura fiacutesica del Arduino Pro Micro
Bloque de Procesamiento
Bloque de
Alimentacioacuten
Bloque de Codificacioacuten
Bloque de Transmisioacuten
de datos
Bloque de Adquisicioacuten
de Datos
21
Figura 3-2 Estructura fiacutesica de Arduino Pro Micro
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
2322 Moacutedulo NRF 24L01
Estaacute integrado por un transceptor RF (transmisor + receptor) a una frecuencia entre 24GHz a
25GHz una banda libre para uso gratuito La velocidad de transmisioacuten es configurable entre 250
Kbps 1Mbps y 2 Mbps y permite la conexioacuten simultaacutenea con hasta 6 dispositivos El control del
moacutedulo se realiza a traveacutes de bus SPI Se recomienda usar las frecuencias de 2501 a 2525 MHz
para evitar interferencias con las redes Wifi (LLamas 2016 httpswwwluisllamasescomunicacion-
inalambrica-a-2-4ghz-con-arduino-y-nrf24l01) En la Figura 4-2 se aprecia la parte fiacutesica del moacutedulo
NRF24L01 con su antena el que permitiraacute la conexioacuten entre los dispositivos moacuteviles
Figura 4-2 Moacutedulo NRF24L01
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
22
2323 Regulador de Voltaje
Estaacute basado en el circuito integrado AMS1117-50V Este dispositivo permite alimentar el
circuito desde una amplia gama de tensiones de entrada tiene un voltaje de entrada 475V hasta
12V voltaje de salida 33V y corriente de 800mA maacutex (Electronilab 2015) En la Figura 5-2 se
observa el dispositivo fiacutesico
Figura 5-2 Regulador de Voltaje
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
233 Cables de conexioacuten
Para realizar la conexioacuten entre el dispositivo moacutevil y el dispositivo electroacutenico utilizamos un cable
de datos USB a micro USB el cual conectamos al dispositivo electroacutenico y un adaptador OTG
para conectar al equipo moacutevil En la Figura 6-2 se aprecia el cable y adaptador de conexioacuten
Figura 6-2 Cable y adaptador de conexioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
23
234 Esquema de conexioacuten del dispositivo electroacutenico
El Arduino Pro-Micro tiene sus terminales conectadas al moacutedulo NRF24L01 como se aprecia
en la Tabla 1-2 El terminal de salida del Arduino que entrega los 5V se encuentra unido al
regulador de tensioacuten ASM1117
Tabla 1-2 Diagrama de conexioacuten del Hardware
TERMINAL ARDUINO PRO
MICRO
TERMINAL MODULO NRF24L01
D8
CE
D9
CSN
D15
SCK
D14
MISC
D16
MOSI
GND2
GND
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
El terminal de salida del regulador de voltaje se conecta al moacutedulo NRF24L01 al terminal
de 33 V y el terminal de entrada se conecta a VCC del Arduino Pro micro
En la Figura 7-2 se observa el esquema del prototipo del moacutedulo de comunicacioacuten inalaacutembrica
para mensajeriacutea instantaacutenea realizado en el simulador en liacutenea Fritzing (Fritzing 2015)
Figura 7-2 Esquema de conexioacuten de dispositivo electroacutenico
Elaborado por CARRILLO Mayra2018
24
24 Requerimientos del Software para la implementacioacuten del prototipo
Para la implementacioacuten del software del prototipo de la red se desarrolla una aplicacioacuten para los
dispositivos moacuteviles que tenga el sistema operativo Android a continuacioacuten se detallan los
requerimientos
La aplicacioacuten deber ser de faacutecil manejo e instalacioacuten para cualquier tipo de dispositivo
moacutevil
Debe enviar y recibir mensajes sin infraestructura adicional
La transmisioacuten y recepcioacuten de datos debe ser inmediata
241 Herramientas de Software
Las herramientas utilizadas para el desarrollo de software se detallan a continuacioacuten
2411 Android Studio versioacuten 231
Entre las principales caracteriacutesticas tenemos
Tiene entorno de desarrollo claro y robusto
Facilidad para testear el funcionamiento en otros tipos de dispositivos
Asistentes y plantillas para los elementos comunes de programacioacuten en Android
Un completo editor con muchas herramientas extra para agilizar el desarrollo de nuestras
aplicaciones (Rosso httpsandroid-studiouptodowncomwindows)
2412 Arduino versioacuten 185
El software proporciona soporte para una amplia gama de placas Arduino incluidas Arduino Uno
Nano Mega Esplora Ethernet Fio Pro o Pro Mini asiacute como LilyPad Arduino El entorno de
desarrollo integrado de Arduino es de faacutecil manejo En eacutel se desarrollan los programas
denominados sketch conjunto de instrucciones de coacutedigo fuente muy parecido al lenguaje C
(Arduino Genuino) Ademaacutes El programa incluye una amplia gama de bibliotecas integradas
como EEPROM Firmata GSM Servo TFT WiFI etc Los disentildeos se pueden verificar y
compilar con un registro de errores en la parte inferior de la IU que le permite revisar el coacutedigo
(Matei 2017 httpwwwsoftpediacomgetProgrammingOther-Programming-FilesArduinoshtml)
25
242 Disentildeo de la aplicacioacuten moacutevil
2421 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten moacutevil
En la Figura 8-2 se observa el diagrama de flujo el que se detalla a continuacioacuten
Inclusioacuten de libreriacuteas
Definicioacuten de variables visuales
Procesos para la programacioacuten de los diferentes botones en java
El disentildeo y programacioacuten de la aplicacioacuten de mensajeriacutea instantaacutenea se realiza en el software
Android Studio versioacuten 231
Figura 8-2 Diagrama de Flujo de la aplicacioacuten
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
26
243 Desarrollo de la programacioacuten
Permite enviar y recibir mensajes instantaacuteneos Para su desarrollo se utilizoacute Android Studio 231
el cual tiene dos ventanas baacutesicas
ActivityMainjava permite realizar la programacioacuten de los botones que conforman la
aplicacioacuten el lenguaje de programacioacuten q se utiliza es java en la Figura 9-2 a) se aprecia
un fragmento de la programacioacuten en java
ActivityMainxml permite realizar la parte visual de la aplicacioacuten la programacioacuten estaacute
basada en xml En la Figura 9-2 b) se observa la ventana visual de la aplicacioacuten moacutevil
Las dos programaciones son distintas pero se complementa entre siacute debido a que en la
programacioacuten java se define los objetos de la programacioacuten visual en xml como son el textview
button
Figura 9-2 a) Fragmento de la programacioacuten en java b) Programacioacuten visual xml
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
244 Libreriacuteas utilizadas en el disentildeo de la aplicacioacuten
Las libreriacuteas que se utilizan en la aplicacioacuten son propias del software de Android Studio las que
se utilizan son
27
AndroidosBundle- Se usa para pasar informacioacuten entre actividades y otros componentes
de la aplicacioacuten (Stackoverflow 2016 httpsstackoverflowcom 4999991what-is-a-bundle-in-an-
android-application)
AndroidappPendingIntent- Las instancias de esta clase se crean
con getActivity(Context int Intent int) getActivities(Context int Intent[]
int) getBroadcast(Context int Intent int) y getService(Context int Intent int) (Android
Developers httpsdeveloperandroidcomreferenceandroidappPendingIntenthtml)
AndroidcontentBroadcastReceiver Un Broadcast Receiver es el componente que estaacute
destinado a recibir y responder ante eventos globales generados por el sistema como un
aviso de bateriacutea baja un SMS recibido un SMS enviado una llamada un aviso de de la
tajea SD etc y tambieacuten a eventos producidos por otras aplicaciones (Salas 2014
httpprogramandoointentandolocom201408broadcast-receiver-androidhtml)
AndroidcontentIntent- Es un objeto que proporciona enlace de tiempo de ejecucioacuten
entre componentes separados (Alcalde 2017 httpselbauldelprogramadorcomprogramacion-
android-intents-conceptos)
AndroidcontentIntentFilter- Se crean en XML como parte del
archivo AndroidManifestxml
AndroidhardwareusbUsbDevice- Proporciona soporte para comunicarse con
perifeacutericos de hardware USB que estaacuten conectados a dispositivos con Android (GitHub
2015 httpsgithubcomsearchq=org3Agithub+libreria+android)
AndroidhardwareusbUsbDeviceConnection- Esta clase se utiliza para enviar y recibir
mensajes de datos y control a un dispositivo USB (grepcode
httpgrepcodecomfilerepo1mavenorgmaven2orgrobolectricandroid-all412_r1-robolectric-
0androidhardwareusbUsbDeviceConnectionjavaav=h)
AndroidmediaMediaPlayer- Se puede usar para controlar la reproduccioacuten de archivos
de audio video y transmisiones (Xamarin
httpsdeveloperxamarincomapitypeAndroidMediaMediaPlayer)
AndroidtextmethodScrollingMovementMethod- Un meacutetodo de movimiento que
interpreta las teclas de movimiento desplazando el buacutefer de texto
AndroidviewView- Es una estructura de datos cuyas propiedades contienen los datos de
la capa la informacioacuten especiacutefica del aacuterea rectangular de la pantalla y permite establecer el
layout
AndroidcontentContext- Interfaz con informacioacuten global sobre un entorno de
aplicacioacuten (Carmona 2013 pp 176-178)
AndroidhardwareusbUsbManager- Esta clase le permite acceder al estado de USB y
comunicarse con dispositivos USB Actualmente solo el modo de host es compatible con
la API puacuteblica (Regupathy 2014 p 16)
28
AndroidutilLog- Esta clase define los meacutetodos familiares de informacioacuten advertencia y
error que puede filtrar dentro del Log Can (Hashimi et al 2011 p 54)
AndroidwidgetButton- Es un elemento de interfaz de usuario que el usuario puede tocar
o hacer clic para realizar una accioacuten (Jackson pp 77-78)
AndroidwidgetEditText-Es una subclase de TextView con operaciones de edicioacuten de
texto (AbhiAndroid httpabhiandroidcomuiedittext)
AndroidwidgetTextView- Un elemento de interfaz de usuario que muestra texto al
usuario
Ademaacutes de las libreriacuteas citadas anteriormente se instala una libreriacutea externa llamada comfelhr la
que sirve para la comunicacioacuten USB (Felhr 2014 httpsfelhr85net20141111usbserial-a-serial-port-
driver-library-for-android-v2-0)
felhrusbserialUsbSerialInterface
felhrusbserialUsbSerialDevice
Para el correcto funcionamiento de la libreriacutea se debe definir algunas funciones como
On click- En esta funcioacuten se configura los Baudios ID del dispositivo y otras
caracteriacutesticas necesarias para la aplicacioacuten
BroadcastReceiver- Lee los datos que detecta el puerto USB los mismos que son
enviados a la siguiente funcioacuten
UsbInterfaceUsbRealCallback- Esta funcioacuten prepara el texto para mostrar en la pantalla
On send- Enviacutea el texto q se coloca en el edittext mediante el puerto serial
245 Funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Es una aplicacioacuten de faacutecil manejo que se encuentra al alcance de cualquier usuario
independientemente de su edad En la Figura 10-2 se observa el diagrama de flujo del
funcionamiento de la aplicacioacuten Los pasos a seguir para la utilizacioacuten de la aplicacioacuten son
Iniciar la aplicacioacuten
Ingresar el nombre del usuario en el ID
Dar clic en Start
Escribir el mensaje de texto que va a ser enviado finalmente
Dar clic en Send y el mensaje seraacute enviado inmediatamente
29
Figura 10-2 Diagrama de Flujo del funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 20018
30
246 Arduino
Es una plataforma de hardware y software de coacutedigo abierto basada en una sencilla placa con
entradas y salidas analoacutegicas y digitales en un entorno de desarrollo que estaacute basado en un
lenguaje de programacioacuten Processing Es decir una plataforma de coacutedigo abierto para prototipos
electroacutenicos (Amangandi 2012 httpjamangandi2012blogspotcom201210que-es-arduino-te-lo-mostramos-
en-unhtml) En la Figura 11-2 se aprecia el diagrama de flujo de la programacioacuten a realizarse en el
IDE de Arduino
Figura 11-2 Diagrama de Flujo de la programacioacuten en Arduino
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
31
En la figura 12a-2 se observa un fragmento del coacutedigo de la programacioacuten del transmisor realizada
en el Arduino en la versioacuten 185 mientras que en la Figura 12b-2 se aprecia un fragmento del
coacutedigo del receptor
Figura 12-2 Fragmento del coacutedigo en Arduino a) Transmisor b) Receptor
Fuente CARRILLO Mayra 2018
2461 Libreriacuteas utilizadas en el Arduino
Las libreriacuteas utilizadas para la programacioacuten del emisor y receptor de mensajes son las siguientes
SPIh- Esta biblioteca le permite comunicarse con dispositivos SPI con el Arduino
como dispositivo maestro (Arduino httpswwwarduinoccenReferenceSPI)
RF24h- Driver para transceptor inalaacutembrico nRF24L01 (Github 2012
httpsmaniacbuggithubioRF24classRF24html)
nRF24L01h- Utiliza las capacidades de la radio en todo su potencial a traveacutes de
Arduino es confiable receptivo libre de errores y rico en funciones ademaacutes es
compatible con la operacioacuten prevista del chip
32
247 Disentildeo de la cobertura del dispositivo
Para realizar el disentildeo de la cubierta del dispositivo se utiliza el software Solidworks que es un
software de disentildeo mecaacutenico en tercera dimensioacuten 3D que utiliza un entorno graacutefico basado
en Microsoft Windows (EcuRed httpswwwecuredcuSolidWork)
La cobertura del dispositivo estaacute formada por el segmento frontal posterior y portador de la
antena En la Figura 13-2 se observa el segmento frontal y posterior con medidas de 37 mm x
56 mm x 12 mm de cada uno
Figura 13-2 Segmento frontal y posterior del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Figura 14-2 se observa el segmento portador de la antena mismo que posee un radio de
4mm
Figura 14-2 Segmento portador de la antena
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
33
Finalmente en la Figura 15-2 se aprecia la unioacuten de los segmentos que forman la cubierta del
prototipo que mide 37 mm x 56 mm x 25mmDimensiones que cumplen con los requerimientos
establecidos en esta investigacioacuten
Figura 15-2 Cubierta del prototipo
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34
CAPIacuteTULO III
3 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL SISTEMA
En el presente capiacutetulo se muestra los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el
prototipo de la red comunicacioacuten tanto en hardware como en software La pruebas de
funcionamiento de hardware se ejecuta tomando en cuenta tiempos de respuesta distancia de
operacioacuten con obstaacuteculos y sin obstaacuteculos en las pruebas de software se realiza la evaluacioacuten del
funcionamiento de la aplicacioacuten moacutevil Se presenta tambieacuten el anaacutelisis de costos de la
implementacioacuten del prototipo
31 Pruebas del Hardware implementado
Las dimensiones de los moacutedulos implementados del sistema de comunicacioacuten inalaacutembrica es de
37 mm x 56 mm x 25mm En la Figura 1-3 se observa la parte frontal y posterior del dispositivo
electroacutenico implementado
Figura 1-3 Moacutedulos implementados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
35
311 Distancia de transmisioacuten de datos sin obstaacuteculos
Para determinar la distancia las pruebas se realiza en el Barrio San Joseacute de Tapi en las calles El
Oro y Pedro Donoso tomando como punto de inicio la medicioacuten se lo realiza manualmente y
mediante una aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO como se observa en la Figura 2-3
Figura 2-3 Aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma diferentes distancias en distintos rangos de 5 y 10 metros se enviacutea el mensaje SOS para
determinar el estado del mensaje y la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado en la Figura 3-3 se observa eacutel envioacute del mensaje SOS utilizando el dispositivo
electroacutenico y el equipo moacutevil
36
Figura 3-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 1-3 se observa los intervalos de distancia tomados para realizar la prueba y el estado
del mensaje SOS enviado se determina que la distancia total obtenida de la medicioacuten manual es
de 238 m y mediante la aplicacioacuten moacutevil Fields Area Measure PRO es de 238233 m como se
observa en la Figura 23
Tabla 1-3 Distancias de cobertura
Ndeg DISTANCIA (m) Caracteres
enviados
ESTADO
1 25 m SOS Sin Peacuterdidas
2 5 m SOS Sin Peacuterdidas
3 75 m SOS Sin Peacuterdidas
4 10 m SOS Sin Peacuterdidas
5 15 m SOS Sin Peacuterdidas
6 20 m SOS Sin Peacuterdidas
7 25 m SOS Sin Peacuterdidas
8 30 m SOS Sin Peacuterdidas
37
9 40 m SOS Sin Peacuterdidas
10 55 m SOS Sin Perdidas
11 65 m SOS Sin Peacuterdidas
12 75 m SOS Sin Peacuterdidas
13 85 m SOS Sin Peacuterdidas
14 95 m SOS Sin Peacuterdidas
15 100 m SOS Sin Peacuterdidas
16 115 m SOS Sin Peacuterdidas
17 125 m SOS Sin Peacuterdidas
18 130 m SOS Sin Peacuterdidas
19 145 m SOS Sin Peacuterdidas
20 155 m SOS Sin Peacuterdidas
21 165 m SOS Sin Peacuterdidas
22 175 m SOS Sin Peacuterdidas
23 185 m SOS Sin Peacuterdidas
24 200 m SOS Sin Peacuterdidas
25 210 m SOS Sin Peacuterdidas
26 220 m SOS Sin Peacuterdidas
27 238 m SOS Sin Peacuterdidas
28 2385 m SOS Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 28 datos de la Tabla 1-3 se observa que en los 238 m si recibe el mensaje mientras
que en los 2385 m no recibe el mensaje por lo que se determina que la maacutexima distancia de
cobertura del prototipo es de 238 m en liacutenea de vista sin obstaacuteculos
312 Distancia de transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Esta prueba consiste en determinar la distancia de cobertura que alcanza el dispositivo
implementado con obstaacuteculos se enviacutea 7 caracteres de la palabra Auxilio que se muestra en la
Figura 4-3
38
Figura 4-3 Caracteres enviados
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Se toma distancias con rangos de 5 metros para determinar la distancia de cobertura con
obstaacuteculos En la Tabla 2-3 se observa los intervalos de la distancia tomados
Tabla 2-3 Distancias en intervalos de 5 metros
Ndeg Distancia (m) Caracteres Estado
1 5 m Auxilio Sin peacuterdidas
2 10 m Auxilio Sin peacuterdidas
3 15 m Auxilio Sin peacuterdidas
4 18 m Auxilio Sin peacuterdidas
5 185 m Auxilio Peacuterdidas
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la toma de 5 muestras variando las distancias se obtiene como resultado que la distancia de
cobertura con obstaacuteculos y sin peacuterdida de los 7 caracteres enviaos es de 18 metros
39
313 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten sin obstaacuteculos
Para realizar las mediciones de tiempo de transmisioacuten de datos se lo hace en unidades de tiempo
tomando en cuenta la distancia y sin obstaacuteculos En la Tabla 3-3 se muestra las mediciones del
tiempo de la transmisioacuten de datos
Tabla 3-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg DISTANCIA (m) TIEMPO TX (s) TIEMPO RX (s)
1 25 m 1s 1s
2 5 m 1s 1s
3 75 m 1s 1s
4 10 m 1s 1s
5 15 m 1s 1s
6 20 m 1s 1s
7 25 m 1s 1s
8 30 m 1s 1s
9 40 m 1s 1s
10 55 m 1s 1s
11 65 m 1s 1s
12 75 m 1s 1s
13 85 m 1s 1s
14 95 m 1s 1s
15 100 m 1s 1s
16 115 m 1s 1s
17 125 m 1s 1s
18 130 m 1s 1s
19 145 m 1s 1s
20 155 m 1s 1s
21 165 m 1s 1s
22 175 m 1s 1s
23 185 m 1s 1s
24 200 m 1s 1s
25 210 m 1s 1s
26 220 m 1s 1s
27 238 m 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
40
Como se puede apreciar en la Tabla 1-3 de la toma de 27 datos se obtiene como resultado que
el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de datos es de un segundo el cual no variacutea con la distancia
En la Figura 5-3 se aprecia una de las pruebas realizadas con dos personas estableciendo
conversacioacuten con el prototipo implementado a una distancia de 2 metros
Figura 5-3 Pruebas de funcionamiento del Dispositivo sin obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
314 Tiempo de transmisioacuten de datos del moacutedulo de comunicacioacuten con obstaacuteculos
Las mediciones de tiempo de la comunicacioacuten inalaacutembrica se lo realizaron en segundos tomando
en cuenta la distancia y los obstaacuteculos (paredes) En la Tabla 4-3 se muestra el tiempo de
transmisioacuten y recepcioacuten de datos empleado por el prototipo implementado
Tabla 4-3 Mediciones de tiempo de la transmisioacuten de datos
Ndeg Distancia (m) Tiempo Tx (s) Tiempo Rx (s)
1 5 m 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
41
En la Tabla 4-3 se aprecia que de un total de 4 datos tomados con diferentes distancias la
comunicacioacuten con obstaacuteculos alcanza 18 m con un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes de 1 segundo sin influir la distancia entre dispositivos
En la Figura 6-3 se observa parte de las pruebas de comunicacioacuten con obstaacuteculos realizadas
utilizando el dispositivo a una distancia de 5 m
Figura 6-3 Transmisioacuten de datos con obstaacuteculos
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
315 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias sin obstaacuteculos
Se toma distintos intervalos de distancias para realizar la contabilizacioacuten de caracteres que se
pueden enviar teniendo en cuenta el tiempo y la distancia sin obstaacuteculos En la Figura 7-3 se
observa el enviacuteo de caracteres de las palabras ayuda ayuda por favor y auxilio ayuacutedame por favor
Figura 7-3 Contabilizacioacuten de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
42
En la Tabla 5-3 de una muestra de 27 datos se aprecia que se pueden enviar maacuteximo 21 caracteres
en todas las distancias tomadas desde 1 m hasta 238m en diferentes intervalos de distancia con
un tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten de un segundo teniendo una respuesta inmediata
Tabla 5-3 Nuacutemero de caracteres enviados
Ndeg Distancia 5 Caracteres 10 Caracteres 21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
2 5 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
3 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
4 10 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
5 15 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
6 20 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
7 25 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
8 30 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
9 40 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
10 55 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
11 65 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
12 75 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
13 85 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
14 95 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
15 100 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
16 115 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
17 125 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
18 130 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
19 145 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
20 155 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
21 165 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
22 175 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
23 185 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
24 200 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
25 210 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
26 220 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
27 238 m 1s 1s 1s 1s 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
43
En la Figura 8-3 se aprecia 21 caracteres maacuteximos enviados y recibidos en un tiempo de emisioacuten
y recepcioacuten de un segundo
Figura 8-3 Nuacutemero maacuteximo de caracteres
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
316 Nuacutemero maacuteximo de caracteres enviados a diferentes distancias con obstaacuteculos
Se enviacutea diferentes nuacutemeros de caracteres tomando en cuenta el tiempo de transmisioacuten recepcioacuten
y la distancia con obstaacuteculos En la Tabla 6-3 se muestra los tiempos de retardo en funcioacuten al
tamantildeo de la cadena transmitida
Tabla 6-3 Enviacuteo de diferentes nuacutemeros de caracteres
Ndeg
Distancia
5 Caracteres
10 Caracteres
21 Caracteres
Tx Rx Tx Rx Tx Rx
1 5 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
2 10 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
3 15 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
4 18 m 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s 1 s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
44
De la Tabla 6-3 se obtiene como resultado que se puede enviar 21 caracteres hasta una distancia
de 18m con un tiempo de respuesta de un segundo tanto en transmisioacuten y recepcioacuten de caracteres
cuando se presenta obstaacuteculos entre el transmisor y el receptor
317 Repetitividad del enviacuteo de mensajes
Esta prueba consiste en enviar mensajes en un lapso de tiempo de unos 10 minutos en intervalos
de 10 segundos El enviacuteo del mensaje en dos dispositivos moacuteviles de diferentes caracteriacutesticas
un celular Samsung J7 Prime y una Tablet Samsung Galaxy En la Figura 9 -3 se aprecia los
datos recibidos en los dispositivos moacuteviles (celular y Tablet) apreciaacutendose similitud en los
mismos
Figura 9-3 Similitud de datos recibidos en los dispositivos moacuteviles
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
En la Tabla 7-3 se observa que de la toma de 28 mensajes enviados llegan 21 caracteres del
celular a la Tablet y viceversa en un intervalo de tiempo de un segundo tanto en emisioacuten como en
la recepcioacuten
45
Tabla 7-3 Enviacuteo de caracteres
Ndeg Tiempo de
Repetitividad
Ndeg de caracteres
enviados
Ndeg de caracteres
recibidos
Tiempo
Tx Rx
1 10 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
2 20 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
3 30 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
4 40 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
5 50 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
6 60 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
7 70 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
8 80 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
9 90 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
10 100 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
11 110 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
12 120 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
13 130 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
14 140 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
15 150 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
16 160 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
17 170 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
18 180 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
19 190 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
20 200 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
21 210 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
22 220 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
23 230 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
24 240 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
25 250 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
26 260 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
27 270 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
28 280 s 21 caracteres 21 caracteres 1s 1s
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
46
318 Consumo de energiacutea teoacuterico del dispositivo implementado
La tarjeta de desarrollo utilizada Arduino pro Micro tiene un consumo de energiacutea de 150mA
(Patagoniatec 2015) el moacutedulo NRF24L01 tiene un consumo de energiacutea 113mA transmitiendo a
0dBm de potencia de salida y 1213 mA recibiendo a una velocidad de 2Mbps (Nomada
httpsnomada-ecomstoremodulos-de-comunicacion-e-iot136-modulo) y el moacutedulo asm 1177 consume
800mA (Banggood 2016 httpswwwbanggoodcom DC-DC-33V-AMS1117-33V-Power -Module-Voltage-
Regulator) En la Tabla 7-3 se observa el consumo de energiacutea maacutexima en la transmisioacuten de
mensajes
Tabla 7-3 Consumo de energiacutea Transmitiendo mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 113 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 9613 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado del consumo de energiacutea total del prototipo implementado es de 9613 mA En la
Tabla 8-3 se aprecia el consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Tabla 8-3 Consumo de energiacutea en la recepcioacuten de mensajes
Consumo de energiacutea
Arduino Pro micro 150 mA
Moacutedulo NRF24L01 1213 mA
Moacutedulo ASM1177 800 mA
TOTAL CONSUMO 96213 mA
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
47
Para obtener el resultado del consumo total de energiacutea del receptor se suman las tres energiacuteas
maacuteximas de cada moacutedulo obteniendo un consumo total de 96213 mA en la recepcioacuten de
mensajes
3181 Tiempo del consumo de energiacutea conectado al dispositivo moacutevil en standby
Las pruebas se realizan con un celular Samsung J7 Prime el cual se le carga el 100 de la bateriacutea
usaacutendolo habitualmente se tiene como resultado un tiempo de duracioacuten de 25 horas Despueacutes se
conecta el dispositivo electroacutenico al celular moacutevil se obtiene como resultado que la bateriacutea se
descarga a las 24 horas En la Figura 10-3 apreciar el estado de la bateriacutea de dispositivo moacutevil
en el proceso de pruebas realizado
Figura 10-3 Proceso de prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil sin utilizar
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
3182 Tiempo de consumo de energiacutea utilizando el dispositivo electroacutenico regularmente
Esta prueba consiste en utilizar la aplicacioacuten creada para mensajeriacutea instantaacutenea junto con el
dispositivo electroacutenico conectado al celular moacutevil para determinar la duracioacuten de la bateriacutea del
celular En la Figura 11-3 se aprecia el proceso de prueba realizado con la bateriacutea completamente
cargada manteniendo un uso regular se observoacute que cuando estaacute en el 1 de la bateriacutea la
aplicacioacuten se cierra automaacuteticamente
100 1
48
Figura 11-3 Prueba de la bateriacutea del Dispositivo moacutevil con uso regular
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
De la prueba realizada se concluye que apenas el 1 de la bateriacutea es consumida en 2 horas 30
min cuando se utiliza la aplicacioacuten regularmente se determinoacute que el dispositivo moacutevil utilizado
puede mantener un funcionamiento continuo de 23 horas con el prototipo implementado una
hora menos de lo que se obtiene conectado el dispositivo en standby
32 Pruebas del software del prototipo implementado
321 Aplicacioacuten Moacutevil
La interfaz graacutefica y funcionamiento de la aplicacioacuten es realizada en Android Studio 231 en la
Figura 12-3 podemos observar el iacutecono del logo ldquoAndroidrdquo el cual permite ejecutar la aplicacioacuten
desde un dispositivo moacutevil
49
Figura 12-3 Icono de la aplicacioacuten moacutevil
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Una vez que se abre la aplicacioacuten se ingresa la identificacioacuten o nombre de usuario como
observamos en la Figura 13a-3 Una vez ingresado el ID se da clic en el botoacuten STAR para activar
la aplicacioacuten para envioacute y recepcioacuten de mensajes como se aprecia en la Figura 13b-3
a) b)
Figura 13-3 Android a) Ingreso del ID b) Rx y Tx de mensajes
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Icono de la
aplicacioacuten
50
322 Evaluacioacuten del funcionamiento de la aplicacioacuten en diferentes dispositivos moacuteviles
La instalacioacuten de la aplicacioacuten para transmisioacuten y recepcioacuten de datos se realiza en diferentes
teleacutefonos moacuteviles los cuales presentan distintas caracteriacutesticas que se detallan a continuacioacuten en
la Tabla 9-3
Tabla 9-3 Caracteriacutesticas de teleacutefonos moacuteviles
SAMSUNG
GALAXY J3
SAMSUNG
GALAXY J7
PRIME
TABLET
SAMSUNG
GALAXY
HTC ONE M9
Pantalla
5rdquo
55 FullHD
7rdquo
5rdquo
Procesador
Quad-core a
15GHz
Exynos 7890 de
ocho nuacutecleos
Quad-Core de 12
GHz
Qualcomm
Sanapdragon 810
Sistema operativo
Android
511
70
444
502
RAM
15GB
3GB
15GB
3GB
Memoria
8GB
16GB
8GB
32GB
Caacutemara
8 y 5 mpx
13 y 5 mpx
3 y 13 mpx
207 mpx
Bateriacutea
2600mAh
3300 mAh
4000mAh
2840mAh
Horas aprox en
standby
94 h 114 h 127 h 99 h
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
Como resultado de la prueba se obtiene que la aplicacioacuten no presenta problemas en su ejecucioacuten
al variar las caracteriacutesticas de los dispositivos moacuteviles en la que se ejecutara se destaca su
ejecucioacuten en diferentes versiones de Sistema operativo Android Se restringe como elemento
necesario para su funcionamiento la necesidad de permitir una comunicacioacuten OTG (Gonzaacuteles
2017)
51
33 Prototipo de la red de comunicacioacuten implementado
En la Figura 14-3 se muestran las partes que conforman una red auxiliar de comunicacioacuten por
radiofrecuencia Se proboacute su funcionamiento y se comprueba que la red auxiliar se desempentildea
correctamente y cumple con los requerimientos establecidos para la implementacioacuten
Figura 14-3 Red de comunicacioacuten implementada
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
34 Presupuesto econoacutemico del prototipo
El presupuesto econoacutemico total del prototipo implementado tanto de hardware y software se tiene
en la siguiente Tabla 10-3
Tabla 10-3 Costo del prototipo implementado
DISPOSITIVO CANT COSTO
UNITARIO
COSTO
TOTAL
Hardware
Tarjeta Arduino Pro Micro 2 1300 2600
Moacutedulo NRF24L01 2 1800 3600
Regulador de voltaje de 33 V 2 200 400
Cables 2 150 300
Adaptador USB macho a micro USB 2 150 300
Varios 1 4000 4000
Total 11200
Elaborado por CARRILLO Mayra 2018
52
En la Tabla 10-3 se puede apreciar el costo del hardware del prototipo implementado que alcanza
11200 doacutelares norteamericanos Se determina que la implementacioacuten del prototipo es de bajo
costo ya que constituye un 60 del valor que presenta un dispositivo moacutevil de gama media
Valor que puede disminuir si se realiza una produccioacuten en serie y se encuentra acorde con los
requerimientos planteados al inicio de la investigacioacuten
53
CONCLUSIONES
1 Se implemento un prototipo de una red auxiliar de comunicacioacuten por radiofrecuencia
basado en dispositivos electroacutenicos y equipos moacuteviles para mensajeriacutea instantaacutenea
incidioacute positivamente ya que no utilizamos una infraestructura para la comunicacioacuten
inalaacutembrica ni redes Wifi
2 Despueacutes de la comparativa y anaacutelisis de las tecnologiacuteas existentes para la
implementacioacuten de la red auxiliar de comunicacioacuten se eligioacute la comunicacioacuten por
radiofrecuencia ya que trabaja en la frecuencia de 3Hz hasta los 300 GHz la cual no
necesita infraestructura para realizar la comunicacioacuten y se ajusta a los requerimientos de
la implementacioacuten del prototipo
3 Como elemento de procesamiento del moacutedulo se seleccionoacute la tarjeta de desarrollo
Arduino Pro-micro por su tamantildeo reducido y facilidad de manejo mientras que para la
comunicacioacuten inalaacutembrica se escogioacute un transceptor NRF24L01 debido a que tiene un
consumo de energiacutea de 113 en transmisioacuten y 1213 en recepcioacuten
4 La aplicacioacuten disentildeada se lo realizoacute en Android Studio 231 la cual permite la
transmisioacuten y recepcioacuten de mensajes por medio de radiofrecuencia al ser conectado por
el puerto serie del dispositivo moacutevil al prototipo implementado por medio de un cable
OTG
5 Las pruebas de comunicacioacuten permiten determinar que la transmisioacuten y recepcioacuten de
mensajes sin peacuterdida entre dispositivos moacuteviles conectados al prototipo implementado es
238 m a liacutenea de vista mientras que con obstaacuteculos alcanza una distancia de 18 m
6 De las pruebas se determinoacute que el tiempo de transmisioacuten y recepcioacuten entre los
dispositivos moacuteviles conectados con el prototipo implementado es de un segundo
independientemente del nuacutemero de caracteres que tenga el mensaje Constituyeacutendose un
tiempo de respuesta oacuteptimo para cumplir el principal objetivo planteado en la
investigacioacuten
7 De las pruebas de comunicacioacuten realizadas se obtiene que se puede enviar hasta 21
caracteres a una distancia de 238 m en liacutenea de vista y a 18 metros cuando existen
obstaacuteculos Distancias de comunicacioacuten aceptable en caso de requerir localizar a una
persona atrapada en eventos de emergencia
54
8 La alimentacioacuten del prototipo se lo realiza con la bateriacutea del dispositivo moacutevil al cual se
incorpora mediante la conexioacuten serial De las pruebas se determinoacute que el Prototipo
incorporado al dispositivo moacutevil puede mantener hasta 24h de funcionamiento en reposo
y 23 h de uso constante antes de agotar los recursos de la bateriacutea y que al llegar al 1 de
su capacidad la aplicacioacuten implementada se cierra y apaga el dispositivo
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RECOMENDACIONES
1 Se recomienda realizar estudios que permitan incorporar en los dispositivos moacuteviles la
transmisioacuten y recepcioacuten de datos por radio frecuencia y a distancias mayores a las
obtenidas en la presente investigacioacuten
2 Es importante estudiar la posibilidad de ampliar la funcionalidad de la aplicacioacuten moacutevil
desarrollada como el enviacuteo y recepcioacuten de mensajes de voz imaacutegenes signos vitales y
coordenadas de posicionamiento
3 Se recomienda estudiar la posibilidad de convertir a los dispositivos moacuteviles que integren
la red como repetidoras de sentildeal para ampliar los rangos de cobertura y comunicacioacuten
de la red
4 Se recomienda estudiar la posibilidad de buscar el financiamiento y auspicio para
implementar el sistema propuesto a nivel del paiacutes considerando la vulnerabilidad que
existe en nuestro medio frente a desastres naturales
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ANEXOS
ANEXO A DATASHEET Arduino Pro Micro
ANEXO B DATASHEET MOacuteDULO NRF24L01
ANEXO C DISENtildeO DE LA PLACA
ANEXO D DISENtildeO DE LA CUBIERTA DEL DISPOSITIVO
SEGMENTO 1
SEGMENTO 2
SEGMENTO 3
ENSAMBLAJE
ANEXO E COacuteDIGO ARDUINO EMISOR
ANEXO F COacuteDIGO ARDUINO RECEPTOR
ANEXO G COacuteDIGO ANDROID STUDIO
ANEXO H INTERFAZ GRAacuteFICA DE LA APLICACIOacuteN
ANEXO I APLICACIOacuteN DE MEDICIOacuteN DE DISTANCIA
ANEXO J PATALLAS DE COMPROBACIOacuteN DE ENVIO DE MENSAJES
