universidad estatal del sur de manabÍ facultad de...
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UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
PROYECTO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
TEMA
IMPLEMENTACIÓN DE UNA APLICACIÓN ELECTRÓNICA MEDIANTE
LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI PARA LA ENSEÑANZA DE LA
INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN
SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTOR
RUTH MARIA ALVARADO ESPINOZA
TUTOR
DR. JULIO ALBERTO CEDEÑO FERRÌN
Jipijapa – Manabí – Ecuador
2019
II
UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR
Que el presente proyecto de titulación: ´´IMPLEMENTACIÓN DE UNA
APLICACIÓN ELECTRÓNICA MEDIANTE LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI
PARA LA ENSEÑANZA DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA
DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES´´. Ha sido exclusivamente
revisado en varias sesiones de trabajo, el cual se encuentra listo para presentación y apto
para su defensa.
Las opiniones y conceptos vertidos en el proyecto de investigación son el resultado de un
trabajo dedicado y constante, por lo tanto, se demuestra la originalidad de su contenido por
su autora: Sra. Ruth María Alvarado Espinoza con C.I 130894770-2.
Ing. Julio Alberto Cedeño Ferrín
TUTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN
III
DECLARACIÓN DE AUTORIA
El proyecto de titulación: ´´IMPLEMENTACIÓN DE UNA APLICACIÓN
ELECTRÓNICA MEDIANTE LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI PARA LA
ENSEÑANZA DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA DE
INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES´´.
DE CLAVES CIFRADAS UTILIZANDO IKE (INTERNET KEY EXCHANGE) EN LA
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES DE LA
UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ”, elaborado por el egresado Ruth
María Alvarado, previo a la obtención del título de Ingeniero en Sistemas
Computacionales, certifica que la misma fue ejecutada por el autor, bajo la dirección del
Ing. Julio Cedeño Ferrín, cuyas ideas, criterios y propuesta expuesta en el presente trabajo
de investigación son de exclusiva responsabilidad de la misma.
Jipijapa, marzo 2019
Ruth María Alvarado Espinoza AUTOR
IV
UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
COMPUTACIONALES
CERTIFICACIÓN DE APROBACIÓN
Proyecto de titulación sometido a consideración de la Comisión de Titulación de la Carrera
de Ingeniería en Sistemas Computacionales de la Faculta de Ciencias Técnicas de la
Universidad Estatal del Sur de Manabí como requisito para obtener el título de Ingeniero
en Sistemas Computacionales.
TEMA: “IMPLEMENTACIÓN DE UNA APLICACIÓN ELECTRÓNICA
MEDIANTE LA TECNOLOGÍA RASPBERRY PI PARA LA ENSEÑANZA DE
INTELIGENCIA ARTIFICIAL DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN
SISTEMAS COMPUTACIONALES´”.
APROBADO POR EL TRIBUNAL EXAMINADOR DEL PROYECTO DE
INVESTIGACIÓN
Ing. Holanda Campozano Pilay Ing. Adriana Castillo Merino
MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAL
Lcda. Kirenia Maldonado Zúñiga
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
V
DEDICATORIA
En primer lugar, a Dios Padre Celestial, por haberme dado la fortaleza y sabiduría
necesaria para culminar esta importante etapa de mi vida.
De igual manera, mi sincero agradecimiento a toda mi familia, en especial a mis padres
pilar fundamental ya que me han apoyado constantemente en todos los eventos de mi vida,
en especial en este proyecto.
A los docentes, que a lo largo de estos años fueron y serán ejemplo, de constancia,
dedicación y superación de las adversidades que la vida nos presenta.
Ruth María Alvarado Espinoza
VI
AGRADECIMIENTO
A Dios por haberme dado la voluntad y el entendimiento para terminar una meta más, a
mi madre, por ser siempre un apoyo incondicional y por saber inculcarme los valores de
la vida, a mi padre, por ser la persona siempre estuvo pendiente en todo momento
necesitado, y demás familiares que con su apoyo y ayuda en todo momento fueron
fundamentales para culminar esta meta de mi vida.
A los Docentes, por las enseñanzas y experiencias dadas a lo largo de estos años y a
todas aquellas personas que me ayudaron con su experiencia y apoyo incondicional,
orientándome siempre.
Al ING. JULIO ALBERTO CEDEÑO FERRÌN Tutor de Proyecto de Investigación,
por su valiosa colaboración y ayuda en el desarrollo de este trabajo.
Ruth María Alvarado Espinoza
VII
ÍNDICE DE CONTENIDOS
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ................................................................................. II
DECLARACION DE AUTORIA ............................................................................... III
CERTIFICACIÓN DE APROBACIÓN ...................................................................... IV
DEDICATORIA .......................................................................................................... V
AGRADECIMIENTO ................................................................................................ VI
ÍNDICE DE CONTENIDOS ......................................................................................VII
ÍNDICE DE ILUSTRACIÓN ....................................................................................... X
ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................ XI
ÍNDICE DE GRÁFICOS ...........................................................................................XII
RESUMEN EJECUTIVO ........................................................................................ XIII
EXECUTIVE SUMMARY ...................................................................................... XIV
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1
I. TÍTULO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN .................................................. 2
II. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ................................................................. 3
2.1. Definición del problema ......................................................................................................... 3
2.2. Formulación del problema.………………………………………………………………………………………………………3
III. OBJETIVOS ........................................................................................................... 4
3.1. Objetivo general ..................................................................................................... 4
3.2. Objetivos específicos .............................................................................................. 4
IV. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 5
V. MARCO TEORICO ................................................................................................. 6
5.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS ........................................................................... 6
5.2. BASES TEÓRICAS ............................................................................................... 8
5.2.1. Robótica .............................................................................................................. 8
5.2.2. La robótica educativa .......................................................................................... 9
5.2.3. Robot .................................................................................................................. 9
5.2.4. Clasificación de los robots según su cronología ............................................................ 9
5.2.5. Mindstorm Lego ................................................................................................ 10
5.2.6. Microbit ............................................................................................................ 10
5.2.7. Sistema de visión artificial ............................................................................................... 11
5.2.8. Clasificación de los robots interactivos robótica social .............................................. 11
5.2.8.1. Robot interactivo Descripción Robots Evocativos .................................................. 11
5.2.8.2. Robots de Interfaz .......................................................................................... 12
5.2.8.3. Robots Receptivos .......................................................................................... 12
5.2.8.4. Robots Sociables ............................................................................................ 12
5.2.8.5. Robot operative system (ROS) ..................................................................................... 12
5.2.9. Raspberry Pi ..................................................................................................... 13
5.2.10. Pines Gpio Raspberry Pi ................................................................................................ 13
5.2.11. Herramienta o plataforma de desarrollo para Raspberry Pi ................................... 13
5.2.12. Hardware ........................................................................................................ 14
5.2.13. Software ......................................................................................................... 14
VIII
5.2.14. Raspbian ........................................................................................................ 15
5.2.15. Python ............................................................................................................ 15
5.2.16. Ide: Spyder ..................................................................................................... 15
5.2.17. Adaptadores de dispositivos Mindstorms a Raspberry Pi ...................................... 16
5.2.18. Librerías de uso del BCM2835 .................................................................................... 16
5.2.19. Librería BCM2835 ......................................................................................... 17
5.2.20. Rasbsberry Pi y arduino y su potencial uso como herramienta para educación ...... 17
5.2.21. Servomotor ..................................................................................................... 17
5.2.22. Sensor de corriente.......................................................................................................... 18
5.2.23. Motores DC .................................................................................................... 18
5.2.24. Diodos Led ..................................................................................................... 18
5.2.24.1. Características de los Diodos Led…………………………………………... 18
5.2.25. Los sistemas embebidos ................................................................................................ 19
5.2.26. Máquinas virtuales ......................................................................................... 19
5.2.27. Inteligencia artificial (AI).............................................................................................. 20
5.2.28. Aprendizaje automático ................................................................................................. 20
5.2.29. Ingeniería del conocimiento .......................................................................................... 20
5.2.29.1. Conocimiento declarativo ........................................................................................... 21
5.2.29.2. Conocimiento procedimental ..................................................................................... 21
5.2.29.3. Conocimiento heurístico.............................................................................................. 21
5.2.30. Aprendizaje significativo ................................................................................................ 21
5.2.31. Inteligencia artificial y su enseñanza ........................................................................... 21
5.2.32. Aprendizaje por experiencias – Aprendizaje por proyectos................................... .22
5.2.33. Aplicaciones……………………………………………………………………22
5.3. MARCO CONCEPTUAL .................................................................................... 23
VI. HIPÓTESIS ....................................................................................................... ...26
VII. VARIABLES .................................................................................................. ....26
7.1. Variable Dependiente………………………………………………..……..….…...26
7.2. Variable Independiente…………………………………………………………………………………………………..........26
VIII. METODOLOGÍA……………………………………………………………….....27
8.1 Métodos …………………………………………………………………………………………………………………………….………..27
8.2 Técnicas …………………………………………………………………………………………………………………………….………..27
8.3 Población …………………………………………………………………………………………………………………………………….28
8.3.1 Muestra ……………………………………………………………………………………………………….…………………………..28
8.4 Recursos …………………………………………………………………………….29
IX. PRESUPUESTO ……………………………………………………………..…….30
X. ANÁLISIS Y TABULACIÓN DE RESULTADOS…………………………..…....31
XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ................................................................. 41
XII. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................. 42
XIII.PROPUESTA ...................................................................................................... 45
13.1. Título de la Propuesta ......................................................................................... 45
13.2. Justificación……………………………………………………………………....45
13.3. OBJETIVOS ...................................................................................................... 46
13.3.1. Objetivo General ............................................................................................................... 46
IX
13.3.2. Objetivos Específicos.. .............................................................................................. …… 46
13.4. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD.. ..................................................................... 47
13.4.1. Factibilidad Técnica……………………………………………………………47
13.4.2. Factibilidad Operacional…….…………………………………………………47
13.4.3. Factibilidad Económica………………………………………………………...47
13.5. DECLARACIÓN DE LA PROPUESTA….……………………………………..49
13.5.1. Alcance………….……………………………………………………………...49
13.6. FASES DE LA PROPUESTA …………………………………………………...50
13.7. DISEÑO DE LA PROPUESTA………………………………………………….51
XIV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………….…53
14.1. Conclusiones……………………………………………………………………...53
14.2. Recomendaciones……………..….………………………………………………53
XV. MANUAL TÉCNICO……………………………………………………………..54
XVI. MANUAL DE PRÁCTICA………………………………………………...……70
XVII. ANEXOS. ………………………………………………………………………85
X
ÍNDICE DE ILUSTRACIÓN
ILUSTRACIÓN 1 FUENTE DE PODER FIJA Y VARIABLE ................................... 57
ILUSTRACIÓN 2 DIODOS LED ............................................................................... 57
ILUSTRACIÓN 3 SALIDA MÓDULO MOTORES DC ............................................ 58
ILUSTRACIÓN 4 SALIDA MÓDULO MOTORES DRONES .................................. 59
ILUSTRACIÓN 5 SALIDA MÓDULO MOTORES PASO A PASO ......................... 59
ILUSTRACIÓN 6 SALIDA MÓDULO SERVOMOTORES ...................................... 60
ILUSTRACIÓN 7 TARJETA RASPBERRY PI ......................................................... 61
ILUSTRACIÓN 8 PROTOBOARD ............................................................................ 62
ILUSTRACIÓN 9 FUENTE DE PODER RASPBERRY PI ........................................ 62
ILUSTRACIÓN 10 SERVOMOTOR MG996R .......................................................... 63
ILUSTRACIÓN 11 SERVOMOTOR SG90 ................................................................ 63
ILUSTRACIÓN 12 MOTOR DRONE ........................................................................ 64
ILUSTRACIÓN 13 MOTOR PASO A PASO ............................................................. 64
ILUSTRACIÓN 14 MOTOR DC ................................................................................ 65
ILUSTRACIÓN 15 PANTALLA LCD ....................................................................... 66
ILUSTRACIÓN 16 CABLES DUPOND .................................................................... 66
ILUSTRACIÓN 17 SENSOR ULTRASÓNICO ......................................................... 67
ILUSTRACIÓN 18 BUZZER ..................................................................................... 67
ILUSTRACIÓN 19 SENSOR DE MOVIMIENTO PIR .............................................. 68
ILUSTRACIÓN 20 ENTRENADOR ELECTRÓNICO CON RASPBERRY PI ......... 68
ILUSTRACIÓN 21 ..................................................................................................... 73
ILUSTRACIÓN 22 ..................................................................................................... 75
ILUSTRACIÓN 23 ..................................................................................................... 77
ILUSTRACIÓN 24 ..................................................................................................... 80
ILUSTRACIÓN 25 ..................................................................................................... 81
ILUSTRACIÓN 26 ..................................................................................................... 83
ILUSTRACIÓN 27 ENCUESTAS A ESTUDIANTES ............................................... 84
ILUSTRACIÓN 28 ENCUESTAS A ESTUDIANTES ............................................... 84
ILUSTRACIÓN 29 TARJETA ELECTRÓNICA RASPBERRY PI ............................ 85
ILUSTRACIÓN 30 REALIZANDO PRACTICAS ..................................................... 85
ILUSTRACIÓN 31 ENTREVISTA A LOS DOCENTES ........................................... 86
ILUSTRACIÓN 32 ENTREVISTA A LOS DOCENTES ........................................... 86
XI
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1 TARJETA RASPBERRY PI ...................................................................... 31
TABLA 2 FUNCIONAMIENTO DE LA TARJETA RASPBERRY PI ...................... 32
TABLA 3 DISEÑOS DE APLICACIONES CON LA TARJETA RASPBERRY PI ... 33
TABLA 4 DISEÑO DE UN MÓDULO CON TARJETA RASPBERRY PI ................ 34
TABLA 5 SISTEMA OPERATIVO DE LA RASPBERRY PI ................................... 35
TABLA 6 APLICACIONES DE LA RASPBERRY PI ............................................... 36
TABLA 7 PROGRAMACIÓN DE LA RASPBERRY PI............................................ 37
TABLA 8 IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO.................................................. 38
XII
ÍNDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1 TARJETA RASPBERRY PI .................................................................. 31
GRÁFICO 2 FUNCIONAMIENTO DE LA TARJETA RASPBERRY PI .................. 32
GRÁFICO 3 DISEÑOS DE APLICACIONES CON LA TARJETA RASPBERRY PI33
GRÁFICO 4 DISEÑO DE UN MÓDULO CON TARJETA RASPBERRY PI............ 34
GRÁFICO 5 SISTEMA OPERATIVO DE LA RASPBERRY PI ............................... 35
GRÁFICO 6 APLICACIONES DE LA RASPBERRY PI ........................................... 36
GRÁFICO 7 PROGRAMACIÓN DE LA RASPBERRY PI ....................................... 37
GRÁFICO 8 IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO.............................................. 38
XIII
RESUMEN EJECUTIVO
El presente proyecto de titulación se enfoca en la ´´Implementación de una Aplicación
Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para la enseñanza de la Inteligencia
Artificial de la Carrera de Ingenierías en Sistemas Computacionales´´. Donde se procedió a
realizar una investigación para conocer el funcionamiento de los componentes
electrónicos, programación y diseño de circuito que permita cumplir con los objetivos
propuestos para obtener la información del marco teórico se empleó el método
bibliográfico, se realizó las entrevistas a los docentes y las encuestas a los estudiantes para
obtener información relevante acerca de la aplicación de este proyecto que fortalezca
proceso de enseñanza aprendizaje. La Implementación una Aplicación Electrónica, será
utilizado para trabajar con circuitos digitales, aplicando la Tecnología Raspberry Pi, donde
se integran tecnologías como Programación y Electrónica, además se ha elaborado un
manual de usuario y técnico que sirva de guía al profesional en formación para realizar las
prácticas, que le permitirá desenvolverse de manera eficiente en el campo profesional en
mantenimiento de sistemas inteligente.
PALABRAS CLAVE.
Componentes, enseñanza - aprendizaje, inteligencia artificial, tecnología.
.
XIV
EXECUTIVE SUMMARY
The present degree project focuses on the ´´Implementation of an Electronic Application
through Raspberry Pi technology for the teaching of Artificial Intelligence of the
Computer Systems Engineering Degree´´. Where a study is carried out to know the
operation of electronic components, programming and circuit design that allows to meet
the proposed objectives to obtain the information of the theoretical framework, the
bibliographic method will be used, interviews with teachers and surveys will be carried
out. Students to obtain relevant information about the application of this project that
strengthens the teaching-learning process. The Implementation of an Electronic
Application will be used to work with digital circuits, applying Raspberry Pi Technology,
where technologies such as Programming and Electronics are integrated, and a user and
technical manual has been developed to guide the professional in training to perform the
practices, which allow you to function efficiently in the professional field in intelligent
system maintenance.
KEYWORDS.
Components, teaching - learning, artificial intelligence, technology
1
INTRODUCCIÓN
Esta investigación, consiste en el diseño de la ´´Implementación de una Aplicación
Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para la enseñanza de Inteligencia
Artificial de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales´´, y tiene como
finalidad entregar una herramienta pedagógica que fortalezca la enseñanza tradicional a
una enseñanza científica, donde el estudiante interactué con el docente en los talleres de
laboratorio, y que fortalezca el proceso de enseñanza – aprendizaje.
La utilización de recursos didácticos permite a los alumnos disponer de herramientas que
fomenten la innovación y la aplicación de los conocimientos adquiridos durante su
formación, es una forma muy interesante de potenciar tanto su interés como su
participación proactiva en el proceso de aprendizaje. En este trabajo se presenta la
experiencia que ha adquirido el grupo de investigación de Sistemas Concurrentes de la
Universidad de Granada en la construcción de maquetas domóticas como herramientas
docentes que pueden favorecer el proceso de aprendizaje a los alumnos en carreras de
carácter técnico, como son la ingeniería informática o la electrónica.
Se aplicó el método científico para el diseño de los programas de control y circuitos
electrónicos, además se utilizó, método bibliográfico para elaborar el marco teórico y se
ejecutó la entrevista a los Docente y la encuesta a los estudiantes para fundamentar la
´´Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para
la enseñanza de Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en Sistemas
Computacionales´´.
Este proyecto se detalla las características técnicas de los componentes electrónicos para la
implementación de una aplicación Electrónica, además de establecer la programación que
sirva para la realización de prácticas de laboratorio y fortalecer el proceso de enseñanza
aprendizaje en la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales.
2
I. TÍTULO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
´´Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para
la enseñanza de Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en Sistemas
Computacionales´´.
3
II. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
2.1. Definición del problema
El problema se debe a la falta de innovación en la utilización de nuevas tecnologías, para
la aplicación de prácticas en el laboratorio de Electrónica y Robótica, que permitan
fortalecer la enseñanza – aprendizaje de la Inteligencia Artificial en la Carrera de
Ingeniería en Sistemas Computacionales. Los nuevos profesionales deben ampliar sus
conocimientos y poder generar proyectos de investigación acorde con las tendencias
tecnológicas del mundo globalizado que le permitan enfrentar y solucionar problemas
laborales de orden técnico en el campo real. En la Carrera falta invertir recursos
económicos, que promuevan proyectos didácticos que motiven la investigación científica,
permitiendo trabajo de docencia más práctico que teórico, que es uno de los requisitos
imprescindible en la educación moderna. Con la tecnología Raspberry Pi creamos una
herramienta para las prácticas de laboratorio, y la Implementación de una Aplicación
Electrónica, permite mejorar la enseñanza - aprendizaje de la inteligencia Artificial para el
Laboratorio de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales.
2.2. Formulación del problema
¿De qué manera influirá la implementación de una Aplicación Electrónicas mediante la
tecnología Raspberry Pi, para la enseñanza de la Inteligencia Artificial de la Carrera de
Ingeniería en Sistemas Computacionales?
4
III. OBJETIVOS
3.1. Objetivo general
Implementar una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para
la enseñanza de Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en Sistemas
Computacionales.
3.2. Objetivos específicos
• Analizar los requisitos específicos teóricos que son necesarios para el
funcionamiento de la Aplicación Electrónica, utilizando la tecnología Raspberry
Pi.
• Determinar diferentes tipos de dispositivos electrónicos utilizados en el desarrollo
de la aplicación de prácticas programadas con Raspberry Pi.
• Crear una Aplicación electrónica que permita mejorar el proceso de la enseñanza
de Inteligencia Artificial utilizando la tecnología Raspberry Pi.
5
IV. JUSTIFICACIÓN
El presente proyecto de investigación se realiza ante el avance de la tecnología electrónica,
por esta razón es necesario que el estudiante este inmerso y conozca los beneficios que
poseen estas herramientas didácticas de trabajos, como son la tecnología de las tarjetas
Raspberry Pi, el cual hace importante desarrollar la Implementación de una Aplicación
Electrónica mediante la esta tecnología para la enseñanza de Inteligencia Artificial, para
el laboratorio de Electrónica de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales,
permitiendo impulsar el trabajo colaborativo entre los estudiantes.
Con la Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi
para la enseñanza aprendizaje de Inteligencia Artificial, el estudiante desarrolla habilidades
en el manejo diversos tipos de circuito utilizando la placa de Raspberry Pi y después
aplicarla en el campo laboral.
Las prácticas de laboratorio constituyen un cumplimiento importante en la enseñanza-
aprendizaje de los estudiantes, donde tienen la oportunidad de aprender nuevas habilidades
en el aula, que les ayudarán al conocimiento de diversas técnicas de laboratorio para
fortalecer sus conocimientos en las prácticas.
El desarrollo de este proyecto también permitirá a los docentes fortalecer las metodologías
de enseñanza-aprendizaje en las asignaturas que corresponden a la Electrónica. Así mismo,
es importante que los docentes realicen prácticas con la tecnología Raspberry Pi en clases,
permitirá a los estudiantes interactuar con la nueva tecnología y de esta forma ir creando
nuevos proyectos de investigación.
6
V. MARCO TEÓRICO
5.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
(López de la Torre, 2018). El autor da a conocer que la programación y la robótica son dos
materias que, en sintonía, están ganando un espacio significativo en las aulas. A través del
trabajo de la algorítmica, y del diseño, construcción y programación de robots, el alumno
adquiere nuevas habilidades tanto técnicas como sociales. En la actualidad, estas
disciplinas tienen como objetivo programar y utilizar placas programables para la
realización de proyectos de robótica. Entre las más utilizadas están Arduino o Raspberry
Pi. Sin embargo, es destacable el caso de Inglaterra, donde un gran número de empresas y
organismos se unieron para el desarrollo de una placa, micro: bit, para ofrecer un sistema
intuitivo y funcional para el trabajo de la programación y la robótica en las escuelas,
obteniendo resultados muy positivos.
(Patrón, J. S., & Monje, C. R. B., 2016). Los autores manifiestan que el sistema de Interfaz
Cerebro-Computador (BCI, Brain-Computer Interface) brinda una percepción en el
desarrollo de interfaces aplicables para los usuarios con diferentes aproximaciones, desde
aplicaciones médicas hasta videos juegos, contadores digitales de señales, donde lo
autónomo y lo wearable (utilizable en el cuerpo humano) hacen referencia a accesibilidad
para los usuarios. Sistemas como los EPOC ofrecen una solución simple para la
adquisición de señales de electroencefalografía y electromiografía, a bajo costo y con una
rápida configuración, si se comparan con el equipamiento médico de alta tecnología.
(González, D., & Postay, J. D., 2017). Los autores consideran que el objetivo de este
trabajo es desarrollar nuevos algoritmos de aprendizaje para agentes inteligentes. En una
etapa inicial, investigamos la manera que el ser humano adquiere el conocimiento
basándonos en las teorías de aprendizaje desarrolladas en otras disciplinas científicas, es
decir, el trabajo tiene características transdiciplinarias ya que posee un enfoque desde la
ciencia cognitiva en su conjunto. Debemos destacar que esta investigación no tiene
intención de realizar un sistema o programa para lograr un objetivo particular sino
demostrar como un sistema puede adquirir el conocimiento a partir de la experiencia, y
cómo puede emplearse con fines prácticos.
7
(Agapito Vicente, 2017). El autor en su investigación da a saber con un ejemplo sobre un
estudiante al que se le ha diagnosticado Trastorno de Aprendizaje No Verbal (TANV)
tiene dificultades de aprendizaje que consisten fundamentalmente en problemas viso
espaciales, que se manifiestan en problemas en matemáticas y en el razonamiento lógico.
A lo anterior se unen dificultades sociales debido a su problema a la hora de interpretar el
lenguaje no verbal. Estos alumnos suelen ser objeto de adaptaciones curriculares
significativas (especialmente en matemáticas) y requieren de un apoyo adicional por parte
del profesorado y de los departamentos de orientación de los centros en los que estudian.
(Muñoz Ramírez, A. J., & Gómez de Gabriel, J. M., 2016). En este trabajo los autores
muestran la experiencia de usar una herramienta de desarrollo de ingeniería basada en
modelos (MDE) frente a otra herramienta tradicional de programación de sistemas
embebidos en lenguaje C, para la realización de clases prácticas de robótica. Se ha
planteado una práctica basada en el control cinemático de un robot móvil en ambos
entornos con similares bloques y funciones de partida. Los resultados muestran tanto la
comparación de las evaluaciones objetivas realizadas a los dos grupos como los datos
relativos a los tiempos requeridos para la realización de las diferentes partes de la práctica.
(Zurita, R., Fuente, J. D. L., Bucarey, M., Bonet, D., Castillo, R. D., Grosso, G., &
Rodríguez, J., 2017). Los autores consideran que la formación en conceptos fundamentales
de Ciencias de la Computación es prioritaria para ampliar las posibilidades de comprender
e intervenir mejor el mundo moderno. La robótica educativa es un dispositivo
metodológico ampliamente difundido como ambiente para la enseñanza de la disciplina a
estudiantes sin formación previa en la temática. Frankestito, es el robot educativo
desarrollado por la Facultad de Informática con capacidad de visión y comunicación vía
wireless, con la tecnología raspberry Pi.
(Moreno, C. A. G., Solís, A. C., & Meoño, A. G., 2015). En esta investigación los autores
manifiestan sobre Arduino que es una plataforma abierta diseñada para crear prototipos de
objetos o ambientes interactivos usando electrónica libre. Consiste, tanto en hardware
como en software, en una tarjeta de circuito impreso que puede ser adquirida a bajo costo o
ensamblarse siguiendo planos disponibles de forma gratuita, así como un ambiente de
desarrollo de fuente abierta con librerías para escribir códigos para controlar la tarjeta.
8
(Rodríguez González, 2018). El objetivo de este trabajo considera el autor que es evaluar
la implementación de modelos predictivos basados en redes neuronales y técnicas de
Machine Learning en dispositivos con capacidad de cómputo relativamente baja para
modelos de esta índole. Es por ello que en nuestro estudio el dispositivo seleccionado ha
sido la Raspberry pi 3 y las dos aplicaciones que se verán son la clasificación de objetos
mediante técnica de reconocimiento de imágenes y la predicción de valores futuros de
datos financieros en procesos de datos en streaming. Se ha optado por introducir bases
teóricas afines a las aplicaciones empleadas para favorecer la lectura dinámica del
documento y para la correcta asimilación de conceptos.
(Yaguachi, 2015). Para el presente proyecto el autor desarrolla un sistema que permita el
control de luminosidad en función de la orientación del sol, un método que dotado de
inteligencia artificial capte con máxima precisión la radiación solar y su incidencia para ser
aprovechada. Es por ello la necesidad de desarrollar un proyecto donde se realice una
implementación de un sistema de posicionamiento automático seguidor de luz solar,
controlado a través de un microcontrolador empleando lógica difusa para su control.
5.2. BASES TEÓRICAS
5.2.1. Robótica
Es una rama de la ingeniería que utiliza elementos de la ingeniería electrónica, ciencias de
la computación y la ingeniería mecánica que busca la construcción de máquinas capaces de
desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de inteligencia.
Éstas pueden ser sistemas artificiales por medio de software, denominadas BOTS, o
sistemas electromecánicos y software que son denominados Robots. En la actualidad la
robótica sigue avanzando, debido al desarrollo e investigaciones en inteligencia artificial,
visión artificial, mayor capacidad de procesamiento y mejores condiciones de plataformas
de comunicación. (García Espinosa, R. E., Ocampo Ordoñez, E., Gómez Quintero, D. M.,
& González Alcalá, A. I., 2016)
9
5.2.2. La robótica educativa
La robótica educativa también conocida como robótica pedagógica es una disciplina que
tiene por objeto la concepción, creación y puesta en funcionamiento de prototipos
robóticos y programas especializados con fines pedagógicos La robótica educativa como
un contexto de aprendizaje que se apoya en las tecnologías digitales para hacer robótica e
involucra a quienes participan, en el diseño y construcción de creaciones propias (objetos
que poseen cuerpo, control y movimientos), primero mentales y luego físicas, construidas
con diferentes materiales y controladas por un computador llamadas simulaciones o
prototipos. (Giovanny, C., Sánchez Tenelanda, F. B., & Casco Rosero, J. V., 2017)
5.2.3. Robot
Para definirlo en términos generales, un robot es una maquina automática o autónoma que
posee cierto grado de inteligencia, capaz de percibir su entorno y de imitar determinados
comportamientos del ser humano. Los robots se utilizan para desempeñar labores riesgosas
o que requieren de una fuerza, velocidad o precisión que esta fuera de nuestro alcance.
5.2.4. Clasificación de los robots según su cronología
Primera generación: Manipuladores, se trata de sistemas mecánicos multifuncionales con
sencillos sistemas de control ya sea esta manual con secuencia fija o de secuencia variable.
Segunda generación: Los robots de esta generación son conocidos como los robots de
aprendizaje, en esta segunda etapa de los robots se desarrolló hasta los años 80, las
características que tenían estos robots es que eran más conscientes con su entorno, es decir
contaban con un sistema de retroalimentación que les permitía poder obtener mayores
datos de su entorno y de esa forma almacenarlos de forma física, la información junto con
las instrucciones.
Tercera generación: Robots con control sensorizado, en esta generación tuvo su
desarrollo entre los años 80 y 90 estos robots están basado en el uso de sensores que le
permiten al robot poder entender o interpretar su entorno para de esta manera poder
adaptarse al mismo obteniendo resultados más óptimos en cuanto a movilidad, cabe
10
recalcar que en esta generación fue cuando los robots se volvieron programables y a
parecieron los lenguajes de programación que le permiten procesar la información que es
captada mediante los sensores.
Cuarta generación: Los robots de cuarta generación o también conocidos como robots
inteligentes, son robots que tienen características iguales a las anteriores, pero
adicionalmente poseen sensores que se encargan de enviar información a la computadora
que hace el papel de control sobre el estado del proceso, esto le ayuda al robot tomar
decisiones inteligentes y control de los procesos en tiempo real.
Quinta generación: En la actualidad se están desarrollando una nueva generación de
robots basados en la arquitectura de subsunción, cuyo máximo promotor es Rodney
Brooks, se quiere conseguir que el control parta de la correcta organización y distribución
de los módulos conductuales basados totalmente en la inteligencia artificial. (Ramos
Zambrano, R. D., 2015)
5.2.5. Mindstorm Lego
Lego Mindstorm (Lego Group, s.f.) es un kit de construcción de Lego que permite la
construcción, programación y testeo de proyectos de robótica a partir de un conjunto de
sensores (de luz, de temperatura, de contacto, de ultrasonidos) y motores, y un bloque
programable que será el cerebro del robot. Para programar este cerebro se utiliza un
entorno de programación por bloques. Sin embargo, estos bloques no presentan similitudes
con las estructuras e instrucciones habituales de un lenguaje de programación, sino que son
bloques que tienen un significado mucho más mecánico. Otra de las grandes desventajas
de este kit es su precio, que es mucho más elevado que el resto de propuestas.
5.2.6. Micro: bit
Las placas micro: bit (Micro: bit, s.f.) nacieron en el año 2015 como resultado del
programa BBC Computer Literacy (alfabetización digital) que tenía el objetivo de
fomentar la enseñanza de la computación en Inglaterra. Esta placa tiene un tamaño
pequeño pero un gran potencial en el entorno educativo. Permite al alumno fomentar su
creatividad y el aprendizaje de la programación y la robótica a través de un sistema que
11
tiene integrados una gran cantidad de sensores, y que puede ser programado en diferentes
lenguajes de programación (bloques, Python, JavaScript). De esta forma, la plataforma
micro: bit permite que el alumno pueda iniciarse en la programación en edades tempranas
a través de la programación por bloques, de forma que en niveles superiores pueda trabajar
lenguajes textuales, pudiendo así profundizar paulatinamente, aprendiendo de forma
constructiva. (López de la Torre C. , 2018)
5.2.7. Sistema de visión artificial
El sistema de percepción es también denominado sistema de visión artificial el cual
permite que el robot sea capaz de hacer frente a situaciones cambiantes del entorno, así
como a reaccionar ante posibles eventos inesperados mientras navega, lo que exige la
utilización de un sistema sensorial que suministre la información del entorno. Esta
información requerida debe permitir al robot realizar tres tareas fundamentales: estimar
su posición y orientación, mantener actualizado el mapa del entorno y detectar los
posibles obstáculos. (Obregón, 2018)
5.2.8. Clasificación de los robots interactivos robótica social
La robótica social estudia la interacción entre robots y seres humanos, así como la
comunicación entre ellos, tomando en cuenta comportamientos, patrones y normas que
rigen en la sociedad en la cual se desenvuelven. Dentro del área de investigación de la
robótica social se menciona la interacción hombre-máquina (HMI) e interacción robot-
robot, aceptación social, impacto de los robots en la sociedad y robótica de asistencia
social.
5.2.8.1. Robot interactivo Descripción Robots Evocativos
Son aquellos que cuentan con características fiscas similares a un ser vivo para animar a
las personas a interactuar con la tecnología proyectando confianza al humano. Uno
ejemplo es el perro robot Aibo, sus principales funciones son reconocimiento de voz,
detección y reconocimiento facial.
12
5.2.8.2. Robots de Interfaz
Son robots que utilizan un modo de comunicación tipo humano para facilitar la interacción
con las personas. Un ejemplo que se destacada es el robot “Rhino” desarrollado en el
artículo de título “The Interactive Museum Tour -Guide Robot”. La tarea principal del
robot era proporcionar visitas interactivas a los visitantes del museo.
5.2.8.3. Robots Receptivos
Es un tipo de robot que aprende a través del entrenamiento ya sea del movimiento o del
habla. Responden a estímulos que las personas utilizan para interactuar con ellos. Por
ejemplo, el robot “Pepper” el cual consiste en un torso de un humanoide montado en una
plataforma móvil, desarrollado por las compañías Aldebaran Robotics y SoftBank.
5.2.8.4. Robots Sociables
Son aquellos con sus propias metas y motivaciones internas. Tratan de involucrar a las
personas de una manera social no solo para el beneficio de estas, sino para beneficiarse
ellos mismos. En el artículo de título “Interactive Robotic Framework for Multi-sensory
Therapy for Children with Autism Spectrum Disorder” desarrollado por Bevill, Park se
desarrolló un robot para la terapia multisensorial para niños con trastornos del espectro
autista. Basado en emociones y expresiones faciales, así como un sistema de monitoreo
basado en la visión y el audio para la medición cuantitativa de la reacción del paciente.
(Ochoa Arias, C. E., & Trávez Acuña, F. S., 2018)
5.2.8.5. Robot operative system (ROS)
Es un framework usado de manera generalizada en la robótica. Su modularidad ofrece a
los usuarios la capacidad de reutilizar código en distintas plataformas sin necesidad de
grandes cambios en el código, permitiendo la transferencia de funcionalidades entre
distintos robots, es un sistema de código abierto, meta-operativo, para robot. Proporciona
los servicios de un sistema operativo, incluyendo la abstracción de hardware, el control de
dispositivo de bajo nivel, la implementación de la funcionalidad comúnmente utilizada, el
paso de mensajes entre procesos y la administración de paquetes. También proporciona
13
herramientas y bibliotecas para obtener, construir, escribir y ejecutar código en varios
equipos. (Gutierrez Perez, 2017)
5.2.9. Raspberry Pi
Es un computador (CPU) de placa reducida o placa única de bajo costo, este es un
producto que fue desarrollado o creado en Reino Unido por la fundación Raspberry Pi, el
desarrollo de este equipo fue desarrollado con el objetivo de estimular, motivar e
incentivar la enseñanza de en Reino Unido por la fundación Raspberry Pi, el desarrollo de
este equipo fue desarrollado con el objetivo de estimular, motivar e incentivar la enseñanza
de la ciencia de la computación en las entidades educativas. El microcomputador
Raspberry Pi hace uso de una distribución de sistema operativo Linux (Raspbian) y nos
permite poder instalar un gestor de base de datos como por ejemplo MYSQL, como
lenguaje de programación para el desarrollo.
5.2.10. Pines Gpio Raspberry Pi
Los GPIO (Pines de propósito general de entrada y salida) son pines genéricos en un chip,
que le permite a los usuarios poder controlar o programar conforme el uso que se le desee
dar, estos pines pueden ser controlados en tiempo de ejecución. Los pines GPIO no tienen
un propósito o uso específicamente definido. Los pines pueden ser utilizados de la
siguiente manera. Se los puede configurar para entrada y salida, se pueden habilitar y
deshabilitar. Estos pines son los que se utilizan para darle movilidad al robot araña
hexapodo, de tal forma que cada servomotor está conectado a un PIN GPIO en específico,
estos pines emiten una señal programada en lenguaje python basada en el estandar PWM,
de esta manera logramos realizar movimientos precisos conforme se lo desee movilizar o
posicionar cada una de la partes o piezas del robot.
5.2.11. Herramienta o plataforma de desarrollo para Raspberry Pi
Para enviar los pulsos eléctricos o la latencia a través de los pines GPIO se hace uso del
lenguaje de programación Python, esta plataforma de desarrollo hace uso de algunas
librerías que le permite poder interactuar y controlar servomotores para poder
posicionarlos o dirigirlos en la dirección que el usuario o programador desee, además a
14
esto esta plataforma nos permite conectarnos a nuestra base de datos MYSQL para poder
identificar cual es el comando que se desea ejecutar. (Ramos Zambrano, 2015)
5.2.12. Hardware
Ante la necesidad de seleccionar un sistema empotrado capaz de soportar ROS con un bajo
coste, un bajo consumo y facilitar el aprendizaje, la familia de sistemas empotrados
Raspberry Pi es una de las mejores elecciones que se puede realizar. Raspberry Pi ofrece
las siguientes placas compatibles con ROS:
Raspberry Pi 3
Raspberry Pi Zero
Raspberry Pi Zero W
La placa Raspberry Pi tiene las siguientes características técnicas:
Procesador a 1,2 GHz de 64 bits con cuatro núcleos ARMv8802.11n Wireless LAN
Bluetooth 4.1
Bluetooth Low Energy (BLE)
Puertos USB
40 pines GPIO
Puerto Full HDMI
Puerto Ethernet
Conector combo compuesto de audio y vídeo de 3,5 mm
Interfaz de la cámara (CSI)
Interfaz de pantalla (DSI)
Ranura para tarjetas microSD (push-pull en lugar de push-push)
Núcleo de gráficos VideoCore IV 3D
Dimensiones de placa de 8.5 por 5.3 cm
5.2.13. Software
Raspberry Pi tiene compatibilidad con los siguientes sistemas operativos:
Noobs
Raspbian
15
Ubuntu Mate
Windows 10
OSMC
La selección del sistema operativo viene determinada por la compatibilidad con ROS y la
cantidad de documentación necesaria para la instalación del mismo. (Gutierrez Perez,
2017)
5.2.14. Raspbian
Es una distribución de GNU/Linux basado en Debian y optimizado para el hardware de la
Raspberry Pi, su lanzamiento fue el 12 de junio de 2012. La distribución usa LXDE como
escritorio y Midori como navegador web. Destaca el menú raspi-config que permite
configurar el sistema operativo sin tener que cambiar los ficheros manualmente. [9]
Además, incluye herramientas de desarrollo muy interesantes, como IDE14 para Python,
Scratch para programar videojuegos la tienda de aplicaciones denominada Pi Store.
5.2.15. Python
Python es un lenguaje de programación Creado por Guido Van Rossum en 1991. Se trata
de un lenguaje interpretado por lo que los errores se dan en tiempo de ejecución. Es un
lenguaje multiplataforma (Windows, Linux, Mac). Las distribuciones de Linux suelen
venir con el intérprete de Python ya incorporado. Administrado por la Python Software
Foundation. Posee una licencia de código abierto, denominada como Python Software
Foundation License. Está ganando mucha importancia los últimos años debido a las
múltiples librerías diseñadas basadas en Machine Learning, Big Data, Inteligencia
Artificial y diseño web.
5.2.16. Ide: Spyder
Es un potente entorno de desarrollo interactivo Open-Source para programación en
Python. Cuenta con funciones avanzadas de edición, pruebas interactivas, depuración e
introspección y un entorno informático numérico. También se puede usar como una
16
biblioteca que proporciona widgets potentes relacionados con la consola. Se liberó bajo la
licencia del MIT15. Entre sus características más importantes están:
• El editor que integra es multilenguaje.
• Consola interactiva.
• Visor de documentación.
• Exploración de variables.
• Dispone de un explorador de archivos. (Rodríguez González, 2018)
5.2.17. Adaptadores de dispositivos Mindstorms a Raspberry Pi
Estas plataformas permiten utilizar los sensores y actuadores de los kits de Lego
Mindstorms junto con la Raspberry Pi, nos aportan la misma funcionalidad que si
tuviéramos conectado el brick de Lego, además tienen un tamaño adecuado para poder
desarrollar robots sin perder eficacia. La existencia de diferentes adaptadores que
sustituyen el Brick Inteligente de Lego Mindstorms nos hizo realizar un estudio y buscar
información para luego hacer una comparación y elegir el que más nos convendría. Según
íbamos leyendo y obteniendo datos de otros usuarios en la realización de diferentes
proyectos, llegamos a la conclusión que había dos de ellos que destacaban del resto y de
los cuáles podríamos tener más información. Estos dos adaptadores principales son:
• PiStorms, distribuido por mindsensors.com.
• BrickPi, distribuido por Dexter Industries.
5.2.18. Librerías de uso del BCM2835
Existen diversas librerías que están configuradas para el chipset BCM2835 que utiliza la
Raspberry Pi y se utilizan para controlar las funciones del bus I2C. Esto nos llevó al
análisis de las librerías más importantes que trabajan sobre el chipset BCM2835, algunas
de ellas fueron: Librería WiringPi [9], es una librería programada en C y su objetivo es
tener una única plataforma común y un conjunto de funciones para acceder a la GPIO de la
Rasberry Pi. WiringPi utiliza su propio sistema de numeración de pines.
17
5.2.19. Librería BCM2835
Es una librería escrita en C para Raspberry Pi. Proporciona acceso a la GPIO y otras
funciones de entrada y salida en el chip Broadcom BCM 2835, permitiendo el acceso a los
veintiséis pines de la Raspberry PI para que pueda controlar e interactuar con varios
dispositivos externos. La elección de la librería se basará en una comparación de ambas
librerías en el siguiente apartado. La librería que utilicemos nos permitirá manejar los
pines la GPIO de la Raspberry Pi y además nos proporcionará funciones para
comunicarnos con el adaptador a través del bus I2C. En cualquier caso, será necesario
consultar la documentación de BCM2835 ARM Peripherals Manual, que se puede acceder
desde la documentación del sitio web de la propia Raspberry Pi. (Ayerbe González, 2017)
5.2.20. Raspberry Pi y arduino y su potencial uso como herramienta para la
educación
Existen muchas herramientas para crear aplicaciones y prototipos usando electrónica, los
cuales se emplean prácticamente en todo. Desde habitaciones inteligentes hasta
instrumentos musicales o juguetes, desde pequeños robots hasta drones, que pueden incluir
dispositivos personalizados e interactivos. Estas herramientas pretenden reducir la
dificultad en el estudiante en trabajar con sistemas y componentes electrónicos, facilitando
su uso en cualquier rama o nivel, poniéndose al alcance de quienes estén ávidos de
experiencias e innovación, favoreciendo en gran medida a estudiantes, profesores e
investigadores. Sin embargo, muchas de estas herramientas, son productos comerciales, los
cuales son caros y de plataforma cerrada, difícilmente asequibles como equipamiento para
aquellas Instituciones de Educación Superior del sector público, que cuentan con recursos
limitados. (Moreno, 2015)
5.2.21. Servomotor
Es un dispositivo parecido a los motores de corriente continua que tiene características de
ubicarse en la posición que se desee dependiendo del pulso eléctrico que se le envié,
trabajan en un radio de 0 a 180 grados. Se lo controla mediante la conexión de sus tres
cables (Poder, GND y Pulsos Eléctricos o latencia). Los servomotores utilizan la
18
modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar los movimientos en cada una de las
direcciones.
5.2.22. Sensor de corriente
El sensor de corriente es capaz de medir de forma lineal corrientes de hasta 5 Amperios en
ambos sentidos (+5A y -5A). Produce en su salida una tensión lineal proporcional a la
corriente que atraviesa sus pines de medición. En el sistema mecatrónico se usará en las
entradas de alimentación de los motores para saber si el motor llega a tener alguna
sobrecarga eléctrica producto de alguna colisión de un brazo robótico. (Fausto, M. S. R.,
Jonathan, V. T., Martínez, V., & Salvador, J., 2018)
5.2.23. Motores DC
El motor es un elemento imprescindible en la mayoría de los sistemas de control, por tanto,
es importante conocer su forma de trabajo y sus propiedades para poder elegir el modelo
más adecuado. Básicamente, el motor eléctrico se encarga de transformar la energía
eléctrica que se le aplica en energía mecánica, por medio de un proceso electromagnético.
El funcionamiento de un motor se basa en las propiedades magnéticas de la corriente
eléctrica y la posibilidad de crear, a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atracción
y repulsión encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotación.
(Giovanny, C., Sánchez Tenelanda, F. B., & Casco Rosero, J. V., 2017)
5.2.24. Diodos Led
Los leds se encuentran en los electrodomésticos, ya que se encarga de ser destinatario de
infrarrojos o guías luminosas, y son siempre utilizados por la señalización vial por ejemplo
en los semáforos que tiene un variado de colores que van cambiando de acuerdo a la
sincronización expuesta consiguiendo así bajo de energía eléctrica.
5.2.24.1. Características de los diodos LED
Los sistemas de iluminación de los diodos leds, tienen las siguientes características: los
leds duran más tiempo de lo estipulado, en cual no generan calor ya que esta energía se
19
convierte en irradiación y es favorable al ahorro energético, de todos modo, el encendido
de las bombillas son instantánea donde tiene una gran resistencia que se puedan prender y
apagar las veces que sean necesarias, tal es el caso, que aguantan las temperaturas más
extremas, tanto altas como bajas, así mismo con la humedad, es decir que los leds se
pueden modificar en tamaño, color y temperatura (Led, 2016).
5.2.25. Los sistemas embebidos
Los sistemas embebidos hacen referencia a una combinación de hardware y software de
computador diseñada para realizar operaciones de cómputo, normalmente en tiempo real, y
cumplir con una función específica; sus re - cursos son limitados, pero son muy útiles en la
construcción de productos dedicados. Esta combinación puede ser reemplazada en muchos
casos por un circuito integrado que realice la misma tarea, pero una de las ventajas de los
sistemas embebidos es su flexibilidad, ya que a la hora de realizar alguna modificación
resulta mucho más sencillo modificar unas líneas de código en el software que reemplazar
todo el circuito integrado. (Hernández, M. F. D., Montenegro, J. L. G., Beleño, R. D. H.,
García, J. D., & Sánchez, N. S., 2018)
5.2.26. Máquinas virtuales
Esto consiste en una máquina hipotética M1 construida sobre una máquina real M0. La
máquina M1 tiene asociado un lenguaje de maquina L1 y cuando se escribe un programa
en ese lenguaje, éste se traduce al lenguaje de máquina de nivel inferior (L0).
La traducción puede ser: interpretada, compilada o una combinación de ambos. De esta
forma Tanembaum también introduce el concepto de Máquinas Multinivel, cuando se
tienen una serie de capas de máquinas con el fin de obtener funciones cada vez más
complejas. El concepto de máquina Multinivel facilita el estudio y también el desarrollo de
los sistemas computacionales, ya que se puede trabajar por niveles, lograr especialización
para hacer eficiente un determinado nivel, obteniendo una mejora global en el desempeño
del sistema si entrar a rediseñar cada uno de los niveles. (Villegas-Lemus, 2017)
20
5.2.27. Inteligencia artificial (AI).
La Inteligencia Artificial estudia la creación y el diseño de sistemas capaces de resolver
algoritmos y problemas cotidianos por sí mismos utilizando como paradigma la
inteligencia humana.
Es decir, se encarga de crear procesos que, al ser ejecutados sobre una arquitectura física,
produzcan acciones o resultados que maximicen una medida de rendimiento determinada,
basándose en la secuencia de entradas percibidas y en el conocimiento almacenado en
dicha arquitectura. Para ello, se vale de ciencias como las matemáticas, la computación, la
lógica y la filosofía.
5.2.28. Aprendizaje automático
El aprendizaje puede definirse como la capacidad de adquirir nuevos conocimientos, pero
también es aprendizaje el desarrollo de habilidades cognoscitivas y motoras, a través de la
práctica o el descubrimiento de nuevas teorías o factores, mediante la observación o
experimentación. Resolver este problema es uno de los objetivos de la inteligencia
artificial a largo plazo. El estudio y el modelado en forma de programas de estos tipos de
aprendizaje es el objeto de investigación del aprendizaje automático.
5.2.29. Ingeniería del conocimiento
La ingeniería del conocimiento dentro del área de la Inteligencia Artificial la ingeniería del
conocimiento, que va encaminada a sistematizar y apoyar primero el proceso de
construcción de modelos, y posteriormente, la reducción de esos modelos a programas.
Consiste en generar un nuevo conocimiento a partir de la información contenida en base de
datos documentales y mediante el cruce del contenido de los documentos, partiendo de la
teoría actorred y poniendo de manifiesto redes o generando otras nuevas.
Hay tres tipos de conocimiento que debemos tener en cuenta.
21
5.2.29.1. Conocimiento declarativo
Es aquel tipo de conocimiento pasivo, que se basa en sentencias para expresar hechos del
mundo que nos rodea. Posee una mayor capacidad expresiva y menor capacidad creativa o
computacional. Un ejemplo serían las bases de datos. Se pueden representar con modelos
relacionales (en formas de grafos, árboles o redes semánticas) o mediante esquemas
basados en logica (tanto posicional como de predicados).
5.2.29.2. Conocimiento procedimental
Es aquel que es compilado y se refiere a una forma de realizar una tarea, es decir, el saber
cómo hacerlo. Pueden estar caracterizados por gramáticas formales, usualmente
implementadas por sistemas o lenguajes procedimentales y sistemas basados en reglas.
5.2.29.3. Conocimiento heurístico
Es algo especial para resolver problemas complejos. Se trata de un criterio, estrategia,
método o proceso que simplifica la resolución de problemas. (Irusta Gonzalo, 2017)
5.2.30. Aprendizaje significativo
El aprendizaje significativo es un ingrediente esencial de la concepción constructivista, es
un aprendizaje que resulta de ahondar los saberes que posee el estudiante, relacionarlos
con la información nueva y construir nuevos conocimientos. (Patiño Constain, 2017)
5.2.31. Inteligencia artificial y su enseñanza
La enseñanza de la Inteligencia Artificial presenta múltiples retos que van desde abordar
aspectos éticos, cómo enseñarlos en etapas tempranas de pregrado y en la educación
secundaria y como hacerla más interdisciplinaria. La Inteligencia Artificial se encuentra en
la ciencia, que busca la comprensión profunda de la Inteligencia. La definición de esta
capacidad, la comprensión de sus límites y alcances, así como su caracterización
constituyen un problema de alta complejidad. Las áreas fundamentales de la Inteligencia
Artificial son las siguientes:
22
• Representación del conocimiento y razonamiento
• Aprendizaje automático
• Procesamiento del lenguaje natural
• Visión por computadoras
• Robótica
• Reconocimiento automático del habla. (Giovanny, C., Sánchez Tenelanda, F. B., &
Casco Rosero, J. V., 2017)
5.2.32. Aprendizaje por experiencias – Aprendizaje por proyectos.
El aprendizaje por proyecto permite que el conocimiento hoy en día esté disponible en
formato abierto y gratuito en internet, por lo tanto, el aprendizaje basado exclusivamente
en el traslado de información del docente al estudiante está obsoleto, debe fomentarse el
aprendizaje por habilidades. La preparación por proyectos es una oportunidad de fomentar
el aprendizaje activo del estudiante de una forma transversal y multidisciplinar, mejorando
la integración de esos conocimientos con el uso y desarrollo aplicado de los mismos El
alumnado se implica mucho más en su propio aprendizaje, se motiva, fomentando la
colaboración con los demás compañeros, lo cual permite explotar mucho mejor las
capacidades de cada estudiante individualmente creando en la pluralidad y diversidad del
estudiante un factor positivo para el aprendizaje.(Vega-Moreno, D., Solé, X. C., Rueda, M.
J., & Llinás, D., 2016)
5.2.33. Aplicaciones
Es un tipo de proyecto informático creado como herramienta para proporcionar a un
usuario realizar uno o varios tipos de trabajos. Esto lo distingue primordialmente de otros
tipos de programas, los cuales los sistemas operativos (que hacen trabajar a la PC), los
utilitarios (que ejecutan las tareas de mantenimientos o del uso frecuente), y los lenguajes
de programación (para inventar programas informáticos).
23
5.3. MARCO CONCEPTUAL
Debian
Sistema operativo libre formado por un conjunto de programas y utilidades básicas
basadas en un núcleo de Linux o FreeBSD. (Gutierrez Perez, 2017)
Software
Es el equipamiento lógico o soporte lógico de una computadora que comprende el
conjunto de los componentes lógicos necesarios que hacen posible la realización de tareas
específicas, en contraposición a los componentes físicos del sistema, llamados hardware
(Escobar Bermúdes, 2012)
CPU
Se determina como la unidad central de procesamiento, que se encarga de procesar todas
las instrucciones, y es la parte más importante del equipo informático (Moreno, 2015).
Android NDK
Android NDK es una herramienta complementaria del SDK de Android que permite
reutilizar librerías y código a través de JNI (Java Native Interface). (Gutierrez Perez,
2017)
SPI
Serial Peripheral Interface (SPI) es una interfaz bus usada principalmente para enviar
información entre microcontroladores y circuitos periféricos integrados. (Gutierrez Perez,
2017)
24
Estrategia didáctica
Es en un sentido estricto, un procedimiento organizado, formalizado y orientado a la
obtención de una meta claramente establecida. Su aplicación en la práctica diaria requiere
del perfeccionamiento de procedimientos y de técnicas cuya elección detallada y diseño
son responsabilidad del docente. (Figueroa Bernal, 2017)
I2C
Inter-integrated Circuit (I2C) es un bus de datos principalmente utilizado para la
comunicación entre microcontroladores y circuitos periféricos integrados. (Gutierrez
Perez, 2017)
Algoritmo
Conjunto de pasos, procesos o eventos secuenciales que se deben de realizar de una forma
ordenada para solucionar un determinado problema. Los algoritmos son programas o
conjuntos de instrucciones que son ejecutadas y procesados en un computador. (Preciado
Llanes, 2016)
Frecuencia
Es una medida que se utiliza para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno
o suceso periódico en cada unidad de tiempo, la frecuencia se mide en hertzios (Hz). Un
hertzio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. (De la Cruz Vílchez, E.
E., & Cuzcano Rivas, A. B., 2016)
Controlador digital de señales
Un controlador digital de señales es una hibridación entre un DSP y un microcontrolador
lo que permite manejar interrupciones, realizar operaciones aritméticas y leer señales tanto
digitales como analógicas. (Fausto, M. S. R., Jonathan, V. T., Martínez, V., & Salvador, J,
2018)
25
Arduino Uno
Microcontrolador utilizado para validación de pruebas de comunicación, dispositivo de
fácil configuración y de características suficientes para desarrollar múltiples tareas. (Pérez
González, 2016)
Raspbian
Sistema operativo implementado en la Raspberry Pi, basado en Debian una distribución de
Linux, incluye más de 35.000 paquetes que permiten obtener mayor rendimiento y tiene
una interfaz sencilla. (Pérez González, 2016)
26
VI. HIPÓTESIS
Aplicación de la tecnología Raspberry Pi, para contribuir en el proceso enseñanza –
aprendizaje de los estudiantes, en el Laboratorio de Electrónica y Robótica de la Carrera de
Ingeniería en Sistemas Computacionales.
VII. VARIABLES
7.1. Variable Dependiente
Contribuir en el proceso enseñanza – aprendizaje de los estudiantes.
7.2. Variable Independiente
Aplicación de la tecnología Raspberry Pi.
27
VIII. METODOLOGÍA
Para desarrollo de esta investigación el método que se utilizo fue la cualitativa y
cuantitativas. De manera cualitativa se la realizo mediante encuestas que fueron preguntas
dirigidas a los estudiantes y encuestas a los docentes, y cuantitativa porque del proceso
estadístico se obtuvo valores numéricos de los resultados de las encuestas.
8.1. Métodos
Hipotético-deductivo: Mediante los objetivos y las variables, se realizó la formulación de
la hipótesis, también se desarrolló las conclusiones y la solución en la propuesta del
proyecto.
Analítico: Se desarrolló un análisis de acuerdo a la problemática con el fin de obtener una
solución en el proyecto.
Bibliográfico: Se utilizó este método para fundamentar los conceptos tomados en revistas,
artículos científicos y archivos web con la finalidad de referenciar lo teóricos de las
variables.
Estadístico: Mediante este método se permitió realizar la tabulación gráfica y porcentual
de las encuestas.
8.2. Técnicas
La técnica utilizada para el desarrollo de nuestra investigación fueron las encuestas
realizadas a los estudiantes y la entrevista a los docentes del laboratorio de electrónica
Robótica de la Carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales.
Encuestas: Se realizó mediante un cuestionario de preguntas alternativa para los
estudiantes de la Carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales, con el fin de mejorar
las prácticas en el laboratorio de electrónica Robótica.
28
Entrevista: Se las desarrollo mediante un banco de preguntas a los docentes del
laboratorio de Electrónica Robótica de la Carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales.
Observación directa: Se la efectuó en el laboratorio de electrónica Robótica de la Carrera
Ingeniería en Sistemas Computacionales en recopilando información para nuestro
proyecto.
8.3. Población
Para realizar el estudio de investigación se tomó en cuenta a los estudiantes que ven
Electrónica Robótica en la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales con su
población de 119 estudiantes, del período Académico Noviembre 2018 a Marzo 2019.
8.3.1. Muestra
Para obtener la muestra se consideró a los estudiantes de sexto semestre con una cantidad
de 36 estudiantes, de séptimo semestre participaron 27, de octavo 34 y de noveno 22 de la
Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, para un total de 119 estudiantes
encuestados.
Datos:
N: Tamaño de la población
Z: Nivel de confianza del 1,96 equivalente al 95%
e: Porcentaje de error admisible 5%
p: Valor de variable positiva 0,5
q: Valor de variable negativa 0,5
n: muestra
n =𝑍2𝑝 𝑞 𝑁
𝑁 𝑒2+ 𝑍2 𝑝 𝑞
n = 1,962 ∗ 0,5 ∗ 0,5 ∗119
119 ∗ 0,052 + 1,962 ∗ 0,5 ∗ 0,5
n =3,84 ∗ 0,5 ∗ 0,5 ∗ 119
119 ∗ 0,0025 + 3,84 ∗ 0,5 ∗ 0,5
n = 3,84 ∗ 29,75
0,2975 + 0,96
29
n = 114,24
1,2575 = 90,84 ≈ 91
Por lo tanto, la muestra utilizada para la investigación será de 91 estudiantes de la Carrera
de Ingeniería en Sistemas Computacionales.
8.4. Recursos
Humanos: Los recursos humanos que participaron en la investigación fueron:
• Investigador.
• Tutor del proyecto de tesis.
• Estudiantes de la Universidad Estatal del Sur de Manabí en carrera Ingeniería en
Sistemas Computacionales.
• Docentes del laboratorio de Electrónica Robótica de la Carrera Ingeniería en Sistemas
Computacionales.
Materiales: Los recursos materiales utilizado en el proceso de la investigación fueron:
• Hojas de papel bond A4
• Lápices y plumas
• Carpetas y Cd
• Preguntas paras las encuestas y la entrevista
• Anillados
• Grapadora
• Perforadora
• Anillados
Tecnológicos: Los recursos tecnológicos utilizados para el proceso del estudio y diseño
del módulo de dispositivo electrónico de potencia fueron los siguientes:
• Laptop
• Impresora
• Internet
30
• Pendrive
• Software
• Cámara fotográfica
Económicos: El presupuesto del proyecto de investigación es de 670.00 dólares
IX. PRESUPUESTO
N° Descripción Valor Unitario Cantidad
Valor
Total
Bolígrafos $0.35 4 $2.00
Carpetas $0.65 4 $3.00
Caja de grapas $1 2 $2.00
Pendrive $15.00 2 $30.00
Internet $21 $125.00
Rema de papel $ 4 4 $ 8.00
Entrenador electrónico con
Raspberry Pi 1 $250.00
Materiales Electrónicos $250.00
TOTAL $ $670.00
Fuentes: Elaborada por Ruth María Alvarado Espinoza
31
X. ANÁLISIS Y TABULACIÓN DE RESULTADOS
La siguiente encuesta estuvo dirigida a los estudiantes de la Carrera de Ingeniería en
Sistemas Computacionales.
1. ¿Conoce usted que es una tarjeta Raspberry Pi?
Tabla 1: Tarjeta Raspberry Pi
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE %
SI 7 8%
NO 84 92%
TOTAL 91 100% Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Gráfico 1: Tarjeta Raspberry Pi SI
8%
NO 92%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Análisis e interpretación:
Aplicada la encuesta se puede manifestar que la minoría de estudiantes el 8% respondió
conocer sobre la tecnología Raspberry Pi mientras que la mayor parte de los estudiantes
el 92 % respondió no conocer.
Lo que se concluye que un alto porcentaje necesita tener conocimiento acerca del
manejo de la tecnología Raspberry Pi y poder desarrollar diferentes tipos de prácticas y
tener mejor desenvolvimiento en diversas áreas profesionales.
32
2. ¿Conoce usted el funcionamiento de la tarjeta Raspberry Pi?
Tabla 2: Funcionamiento de la tarjeta Raspberry Pi
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE %
SI 11 12%
NO 80 88%
TOTAL 91 100% Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Gráfico 2: Funcionamiento de la tarjeta Raspberry Pi
SI 12%
NO 88%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Análisis e interpretación:
De acuerdo con la encuesta realizada a los estudiantes de la Universidad Estatal del
Sur de Manabí de Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, se puede
determinar que el 12% tiene conocimiento sobre su funcionamiento la tarjeta
Raspberry Pi, el 88% no considera conocerlo.
Se concluye, que es necesario que los estudiantes apliquen su conocimiento y
funcionamiento de la tarjeta Raspberry Pi en la práctica del laboratorio de
Electrónica y Robótica.
33
3. ¿Cree usted que es necesario que se diseñen aplicaciones con la tarjeta Raspberry
Pi?
Tabla 3: Diseños de aplicaciones con la tarjeta Raspberry Pi
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 83 91%
NO 8 9%
TOTAL 91 100%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Gráfico 3: Diseños de aplicaciones con la tarjeta Raspberry Pi NO
9%
SI 91%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Análisis e interpretación:
En cuanto al diseño de las aplicaciones con la tarjeta Raspberry Pi, el 91%
manifestaron que, si están de acuerdo que se diseñen aplicaciones y con la tarjeta
Raspberry Pi, y el 9% dijeron que no.
De acuerdo, a la respuesta obtenida mediante las encuestas, es necesario que se
realicen diseños de aplicaciones con la tarjeta Raspberry Pi, para el fortalecimiento de
las clases prácticas en los estudiantes, con el objetivo de mejorar la
enseñanza/aprendizaje de los estudiantes.
34
4. ¿Está Ud. de acuerdo que existan módulos para realizar prácticas con la tarjeta
Raspberry Pi?
Tabla 4: Diseño de un módulo con tarjeta Raspberry Pi
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 85 93%
NO 6 7%
TOTAL 91 100%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Gráfico 4: Diseño de un módulo con tarjeta Raspberry Pi
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Análisis e interpretación:
Respecto al diseño de un módulo con tarjeta Raspberry Pi se obtuvieron los siguientes
resultados, el 93% de los encuestados manifestó que, si es necesario que se diseñe un
módulo mediante tarjeta Raspberry Pi para mejorar las prácticas en la asignatura de
Electrónica, el 7% dijo que no.
Se concluye que, si es necesario que se diseñe un módulo mediante tarjeta Raspberry Pi
para mejorar las prácticas es la asignatura de Electrónica.
35
5. ¿Sabe usted que sistema operativo usa la con la tarjeta Raspberry Pi?
Tabla 5: Sistema operativo de la Raspberry Pi
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 26 29%
NO 65 71%
TOTAL 91 100%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Gráfico 5: Sistema Operativo de la Raspberry Pi
SI
29%
NO 71%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Análisis e interpretación:
De acuerdo a los 91 encuestados, el 29% dijeron que, si conocen del sistema operativo
con que trabajan las tarjetas, y el 71% manifestaron que no conocen sobre el sistema
operativo que utiliza la tarjeta Raspberry Pi.
Se llegó a la conclusión de que los estudiantes no tienen conocimiento acerca del
sistema operativo que usa la Raspberry PI, debido a que el laboratorio de Electrónica y
robótica no cuenta con la tecnología necesaria para realizar prácticas. Por lo que es
importante que se realicen diseños con la tarjeta Raspberry Pi para que los estudiantes
aprendan a programar la tarjeta.
36
6. ¿Sabe usted que aplicaciones se pueden realizar con la tarjeta Raspberry Pi?
Tabla 6: Aplicaciones de la Raspberry Pi
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 19 21%
NO 72 79%
TOTAL 91 100%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Gráfico 6: Aplicaciones de la Raspberry Pi
SI
21%
NO
79%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Análisis e interpretación:
Del total de los estudiantes encuestados, el 21% respondieron que, si conocen, el
79% mencionaron que no conocen las aplicaciones que se pueden realizar con la
tarjeta Raspberry Pi.
Con ello se puede sostener que, la mayoría de los estudiantes no conocen acerca de
las diferentes aplicaciones que se pueden realizar con la tarjeta Raspberry Pi, debido
a que es una nueva tecnología. Por lo que es importante utilizar la tarjeta para que los
estudiantes desarrollen aptitudes y destrezas en cuanto a prácticas.
37
7. ¿Conoce usted la programación de la tarjeta Raspberry Pi?
Tabla7: Programación de la Raspberry Pi
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE
SI 3 3%
NO 88 97%
TOTAL 91 100%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Gráfico 7: Programación de la Raspberry Pi SI 3%
NO 97%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Análisis e interpretación:
De acuerdo con la encuesta realizada a los estudiantes de la Universidad Estatal del Sur de
Manabí de carrera de Ingeniería en Sistema Computacionales, se puede determinar que el
3% conoce la programación de la tarjeta Raspberry Pi, el 97% no consideran conocer.
Se concluye, que es necesario que los estudiantes conozcan la programación de la tarjeta
Raspberry pi, para que puedan diseñar e implementar los circuitos electrónicos en el
laboratorio de Electrónica y Robótica.
38
8. ¿Cree usted que con la implementación de un módulo práctico utilizando la
tarjeta Rasberry Pi se brindara un mejor aprendizaje a los estudiantes de la
Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales?
Tabla 8: Implementación de un módulo
ALTERNATIVAS FRECUENCIA PORCENTAJE %
SI 81 89%
NO 10 11%
TOTAL 91 100% Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Gráfico 8: Implementación de un módulo
NO 11%
SI 89%
Fuente: Estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
Análisis e interpretación
El 89% de los estudiantes encuestados indicaron que, si es factible la implementación
de un módulo electrónico de potencia, mientras que el 11% manifiesto que no es
necesario este módulo de prácticas.
De tal manera se observa en las estadísticas que la implementación del módulo de
dispositivo electrónico de potencia generará un gran impacto en el aprendizaje de los
estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales.
39
ENTREVISTA DIRIGIDA A LOS DOCENTES DE LA CARRERA DE
INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES.
´´Implementación de una aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para
la enseñanza de inteligencia Artificial de la Carrera de Ingenierías en Sistemas
Computacionales´´.
1. ¿Con que tipo de herramientas didácticas ha trabajado usted, en el laboratorio de
Electrónica y Robótica para impartir sus clases tanto teóricas y prácticas?
El docente manifestó que, si utiliza herramientas didácticas, pero solo las que existen en el
laboratorio, las cuales se complementan con programas de simuladores virtuales, las cuales
se obtienen de internet junto con sus manuales técnicos que ayudan a la manipulación de
los simuladores.
2. ¿Considera usted importante la enseñanza de nuevas tecnologías en la cátedra de
Electrónica?
Si porque el docente debe tener herramientas tecnológicas acorde con los avances de la
ciencia para impartir las clases y así fortalecer el rendimiento académico de los estudiantes
3. ¿Considera usted qué el laboratorio de Electrónica de la Carrera de Ingeniería
Computacionales posee los recursos didácticos necesarios para impartir
correctamente la docencia con respecto a la tecnología Raspberry PI en conjunto con
los sensores?
Si posee estos elementos, pero de forma escasa por lo que es necesario que se implemente
más estos componentes electrónicos.
4. ¿Qué acciones metodológicas piensa usted que son necesarias para mejorar el
proceso de enseñanza aprendizaje de la asignatura robótica de la Carrera de
Ingeniería en Sistemas Computacionales?
Implementar recursos didácticos para mejorar la enseñanza a los estudiantes.
40
5. ¿Piensa usted que en el Laboratorio de Electrónica y Robótica se debe
implementar un módulo de práctica con tecnología Raspberry PI para fortalecer el
proceso de enseñanza – aprendizaje en los sistemas robóticos?
Si es necesario implementar este tipo de proyecto que permitan desarrollar habilidades y
destreza en las prácticas con circuitos de Sistemas Digitales, de esta manera el estudiante
mejorará su creatividad al trabajar en proyectos de investigación. Según el docente al
implementar un módulo de práctico para el profesional en formación mejorará el nivel de
aprendizaje al utilizar una nueva herramienta didáctica de trabajo y proyectarse con
seguridad en el campo laboral.
41
XI. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Fuente: Ruth María Alvarado Espinoza
42
XII. BIBLIOGRAFÍA
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la enseñanza de la programación y la robótica en la Educación Secundaria
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Tecnología en Educación y Educación en Tecnología.
45
XIII. PROPUESTA
13.1. Título de la propuesta
Desarrollo de un circuito Electrónico mediante la aplicación Raspbian para mejorar
el proceso de enseñanza de la Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en
Sistemas Computacionales
13.2. Justificación
El proyecto de investigación se justifica porque el Laboratorio de Electrónica y
Robótica de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales es necesario
contar con un circuito Electrónico mediante la Aplicación Raspbian utilizados en la
realización de ejercicios Electrónicos para que los docentes lo utilicen en el proceso
enseñanza-aprendizaje al impartir sus clases.
El diseño del circuito con los dispositivos programados tiene la finalidad de ser
utilizado como una herramienta didáctica para contribuir en el fortalecimiento de la
enseñanza – aprendizaje en los estudiantes de la asignatura de Inteligencia Artificial
y así puedan desarrollar sus conocimientos y habilidades.
Con la utilización de la Aplicación Raspbian en el desarrollo de prácticas técnicas, se
beneficiará la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales, los docentes y
estudiantes, para que puedan desarrollar ejercicios prácticos y reforzar sus
conocimientos adquiridos.
El desarrollo del circuito, contó con diferentes recursos tales como, los
conocimientos del tutor, los recursos materiales y económicos con el fin de cumplir
cada una de las fases estratégicas para culminar el desarrollo del proyecto de
investigación.
46
13.3. OBJETIVOS
13.3.1. Objetivo General
Desarrollar un circuito Electrónico mediante la aplicación Raspbian para mejorar el
proceso de enseñanza de la Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingeniería en
Sistemas Computacionales.
13.3.2. Objetivos Específicos
• Identificar las herramientas necesarias para el desarrollo del circuito Electrónico,
mediante la aplicación Raspbian.
• Diseñar un circuito Electrónico, para mejorar el proceso de enseñanza de la
Inteligencia Artificial.
• Implementar un circuito Electrónico utilizando Raspbian.
47
13.4. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD
13.4.1. Factibilidad Técnica
Este proyecto es factible técnicamente porque los estudiantes pueden realizar sus
prácticas en la asignatura de Inteligencia Artificial y además ofrece una descripción
detallada del funcionamiento y las características de los dispositivos electrónicos de
potencia para que así desarrollen sus conocimientos cognitivos.
13.4.2. Factibilidad Operacional
El circuito fue desarrollado para trabajar en diferentes prácticas, por lo que se
dispone de una factibilidad operacional completa, además existe personal capacitado
en el Laboratorio para que sirva de guía y de mantenimiento a todos los equipos que
contiene este proyecto.
13.4.3. Factibilidad Económica
Dentro de la investigación realizada se establecen los dispositivos que se van a
utilizar en el diseño del circuito Electrónico, el proyecto es factible en lo económico
e involucra gastos y se lo pueden implementar a futuro, el cual es herramienta
didáctica para el docente y los estudiantes puedan desarrollar sus prácticas y mejoren
sus conocimientos en la asignatura de Inteligencia Artificial.
A continuación, se detalla una ficha económica de los dispositivos electrónicos a
utilizarse dentro de la Aplicación Electrónica.
48
Presupuesto de los dispositivos Electrónicos con la tecnología Raspberry Pi
DESCRIPCIÓN Cantidad Precio Unit. Total
U $ $
Tarjeta Raspberry Pi 3 Modelo B 1 110.00 110.00
Protoboard 1 10.00 10.00
Fuente de poder Raspberry Pi
1 15.00 15.00
Servomotor MG996R
1 20.00 20.00
Servomotor SG90 1 5.00 5.00
Motor drone
1 10.00 10.00
Motor paso a paso
1 15.00 15.00
Motor DC 1 10.00 10..00
Pantalla Lcd 1 15.00 15.00
Cables Dupond 3 15.00 15.00
Buzzer 1 5.00 5.00
Sensor de Movimiento Pir 1 5.00 5.00
Sensor Ultrasónico 1 15.00 15.00
Entrenador Electrónico 1 250.00 250.00
Total $ 500.00
Fuente: Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autora: Ruth María Alvarado Espinoza
49
13.5. DESCRIPCIÓN DE LA PROPUESTA
La propuesta, consiste en el diseño ejercicios prácticos con parámetros reales
mediante la aplicación Raspbian para ser programados en los dispositivos
electrónicos, los cuales permitirán mejorar el desempeño de enseñanza-aprendizaje
con los estudiantes y docentes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas
Computacionales.
El empleo del circuito Electrónico servirá de ayuda que los docentes obtengan un
método de enseñanza mediante la ejecución de prácticas en el laboratorio de
electrónica, siendo eficiente y económico, facilitando y agilizando el trabajo dentro
del laboratorio.
Cabe destacar que la intención de la propuesta es ofrecer una forma diferente de
enseñar y aprender, para proveer a los estudiantes una herramienta pedagógica
haciendo que las prácticas sean más interesante y agradable obteniendo así un
aprendizaje significativo.
13.5. 1. Alcance
El alcance de la investigación es el desarrollo de un circuito Electrónico, mediante la
Aplicación Raspbian a partir de los resultados del análisis de las herramientas
pedagógicas para fortalecer las prácticas y lograr una mejor eficiencia a nivel
educativo en los estudiantes, cuya herramienta es el resultado de las encuestas a los
estudiantes y entrevista a los docentes de la Carrera de Ingeniería en Sistemas
Computacionales.
Esta aplicación mediante Raspbian será puestos en práctica por la Carrera mediante la
ejecución del diseño de él circuito que será desarrollado para ser aplicado dentro del
Laboratorio de Electrónica.
50
13.6. FASES DE LA PROPUESTA
Análisis de los componentes utilizados en el
circuito
Diseño del circuito Electrónico
Desarrollo del circuito Electrónico
Implementación de un circuito Electrónico
Elaborado por: Ruth María Alvarado Espinoza
51
13.7. DISEÑO DE LA PROPUESTA
Diseño y construcción de la Aplicación Raspbian de prácticas con tecnología
Raspberry Pi
En la elaboración de la Aplicación Raspbian de prácticas con Raspberry Pi se
determinaron técnicamente cada uno de los componentes que lo forman, con el
objetivo de cumplir con el desarrollo de un sinnúmero de prácticas a través de la
interconexión de las diferentes partes constitutiva de la Aplicación.
De esta manera a continuación se presenta el diseño de algunas partes de la
Aplicación de prácticas con Raspberry Pi.
Elaborado por: Rut
Imagen 1. Programa en Raspbian Elaborado por: Ruth María Alvarado Espinoza
52
Imagen 2. Programa en Rasbian
Elaborado por: Ruth María Alvarado Espinoza
Imagen 2. Programa en Rasbian
Elaborado por: Ruth María Alvarado Espinoza
53
XIV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
14.1. Conclusiones
• Se identificó los diferentes tipos de dispositivos electrónicos y sus características
técnicas de trabajo, necesario para el diseño del circuito electrónico, control del
programa utilizando la tarjeta Raspberry Pi, potenciar habilidades y su
participación proactiva en el proceso de aprendizaje.
• Se diseñó ejercicios programados con la tarjeta Raspberry PI, para el uso tanto de
docentes, como de los estudiantes, considerando sus necesidades, a la hora de
impartir sus clases en la asignatura de Inteligencia Artificial de la Carrera de
Ingeniería en Sistemas Computacionales.
• Se implementó la Aplicación Raspbian con la tarjeta Raspberry Pi, y se comprobó
de manera exitosa su funcionamiento al momento de realizar prácticas en el
laboratorio de Electrónica de la Carrera de Ingeniería en Sistemas
Computacionales.
14.2. Recomendaciones
• Se recomienda que, al utilizar el circuito, los docentes y estudiantes deben tomar las
debidas precauciones, para evitar algún daño en los componentes electrónicos.
• Promover el interés en los estudiantes a la hora de realizar prácticas con la
tecnología Raspberry Pi en la asignatura de Inteligencia Artificial.
• Que los estudiantes realicen diseños de circuitos Electrónicos Roboticos, para
fortalecer el aprendizaje y los conocimientos, además que desarrollen prácticas o
talleres en el laboratorio de Electrónica
54
XV. MANUAL TÉCNICO
MANUAL
TÉCNICO
55
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN…................................................................................................ 56
FUENTE DE PODER FIJA Y VARIABLE…………………………………... 57
DIODOS LED…………………………………………………………………... 57
SALIDA MÓDULO MOTORES DC………………………………………….. 58
SALIDA MÓDULO MOTORES DRONES……………………….................. 58
SALIDA MÓDULO MOTORES PASO A PASO……………………………. 59
SALIDA MÓDULO SERVOMOTORES……………………………………… 60
TARJETA RASPBERRY PI…………………………………………………... 60
PROTOBOARD……………………………………………………………….. 61
FUENTE DE PODER RASPBERRY PI……………………………………… 62
SERVOMOTOR MG996R……………………………………………………. 62
SERVOMOTOR SG90………………………………………………………... 63
MOTOR DRONE……………………………………………………………… 64
MOTOR PASO A PASO……………………………………………………… 64
MOTOR DC……………………………………………………………………. 65
PANTALLA LCD……………………………………………………………… 65
CABLES DUPOND………………………………………………………….... 66
SENSOR ULTRASÓNICO………………………………………………….... 67
BUZZER……………………………………………………………………...... 67
SENSOR DE MOVIMIENTO PIR……………………………………………. 68
ENTRENADOR ELECTRÓNICO CON RASPBERRY PI………………...... 68
56
INTRODUCCIÓN
En el momento de trabajar con dispositivos electrónicos se deben tener en cuenta ciertos
parámetros eléctricos para poder precautelar la vida de los equipos y de las personas que
trabajan con ellos.
Por lo tanto, el manual técnico será de gran utilidad para que los docentes juntos con los
estudiantes conozcan cada uno de los parámetros nominales de los componentes
electrónicos del entrenador de práctica con la tecnología Raspberry Pi y poder realizar un
ejercicio de una manera eficaz con la finalidad de mejorar su nivel académico con esta
tecnología.
57
FUENTE DE PODER FIJA Y VARIABLE
Características técnicas:
Voltaje de entrada VAC: 110V-2 AMP
Voltaje de salida fija positiva DC: 5V, 12V
Voltaje de salida fija negativa DC: -5V, -12V
Voltaje de salida regulada DC: 15V
ILUSTRACIÓN 1 FUENTE DE PODER FIJA Y VARIABLE
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
DIODOS LED
Características técnicas:
Voltaje nominal VDC: 3V -30 mAmp
Numero de leds: 7
Resistencias de operación: 7 de 470 ohm
Salida de conexión: Terminales pin
ILUSTRACIÓN 2 DIODOS LED
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
58
SALIDAMÓDULO MOTORES DC
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Voltaje de salida fija positiva DC: 12V
Número de voltaje de salida DC: 2
Entrada de disparo con transistores IN 3904: 2
Señalización de activación de transistores mediantes leds: 2
Salida de conexión: Terminales pin
ILUSTRACIÓN 3 SALIDA MÓDULO MOTORES DC
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
SALIDA MÓDULO MOTORES DRONES
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Voltaje de salida fija positiva DC: 3V a 12V
Número de voltaje de salida DC: 2
Entrada de disparo con transistores IN 3904: 2
Señalización de activación de transistores mediantes leds: 2
Salida de conexión: Terminales pin
59
ILUSTRACIÓN 4 SALIDA MÓDULO MOTORES DRONES
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
SALIDA MÓDULO MOTORES PASO A PASO
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Voltaje de salida fija positiva DC: 5V
Número de voltaje de salida DC: 1
Salida de conexión: Terminales pin
ILUSTRACIÓN 5 SALIDA MÓDULO MOTORES PASO A PASO
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
60
SALIDA MÓDULO SERVOMOTORES
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Voltaje de salida fija positiva DC: 5V
Número de conexión de entrada de servomotores DC: 5
Número de conexión de salida de servomotores DC: 5
Salida de conexión: Terminales pin
ILUSTRACIÓN 6 SALIDA MÓDULO SERVOMOTORES
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
TARJETA RASPBERRY PI
Características técnicas:
CPU ARM 1176JZF-S a 700 MHz (familia ARM11)
GPU Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0, MPEG-2 y VC-1 (con licencia), 1080p
30H.264/MPEG-4 AVC
Memoria (SDRAM) 512 MB (compartidos con la GPU)
Puertos USB 2.0 2 (vía hub USB integrado)
Entradas de vídeo Conector MIPI CSI que permite instalar un módulo de cámara
desarrollado por la RPF
Salidas de vídeo Conector RCA (PAL y NTSC), HDMI (rev1.3 y 1.4), Interfaz DSI para
panel LCD
61
Salidas de audio Conector de 3.5 mm, HDMI
Almacenamiento integrado SD / MMC / ranura para SDIO
Conectividad de red 10/100 Ethernet (RJ-45) via hub USB Periféricos de bajo nivel Pins
Input/Output de propósito general (GPIO), Serial Peripheral Interface Bus (SPI), I²C, I²S
Universal asynchronous receiver/transmitter (UART)
Reloj en tiempo real Ninguno
Consumo energético 700 mA, (3.5 W)
Fuente de alimentación 5 V vía Micro USB o GPIO
Dimensiones 85.60mm × 53.98mm
Sistemas operativos soportados GNU/Linux: Debian (Raspbian), Fedora (Pidora), Arch
Linux (Arch Linux ARM), Slackware Linux. RISC OS2
ILUSTRACIÓN 7 TARJETA RASPBERRY PI
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
PROTOBOARD
Características técnicas:
Voltaje de trabajo DC: 5V
Número de filas de conexión: 4
Número de puntos conexión: 800
Salida de conexión: Terminales dupond
62
ILUSTRACIÓN 8 PROTOBOARD
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
FUENTE DE PODER RASPBERRY PI
Características técnicas:
Voltaje de entrada VAC: 100-240 V
Voltaje de salida fija positiva DC: 5V
Corriente de salida DC: 3 Amp
Salida de conexión: Terminal
ILUSTRACIÓN 9 FUENTE DE PODER RASPBERRY PI
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
SERVOMOTOR MG996R
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Número de terminales de salida: 2 de alimentación y 1 de disparo
Salida de conexión: Terminales pin
63
ILUSTRACIÓN 10 SERVOMOTOR MG996R
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
SERVOMOTOR SG90
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Número de terminales de salida: 2 de alimentación y 1 de disparo
Salida de conexión: Terminales pin
ILUSTRACIÓN 11 SERVOMOTOR SG90
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
64
MOTOR DRONE
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Número de terminales de alimentación: 2 de alimentación
Velocidad de operación: 18000 rpm
Salida de conexión: Cables terminales
ILUSTRACIÓN 12 MOTOR DRONE
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
MOTOR PASO A PASO
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Número de terminales de salida: 4 de alimentación
Salida de conexión: Terminales pin hembra
ILUSTRACIÓN 13 MOTOR PASO A PASO
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
65
MOTOR DC
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 12V
Número de terminales de salida: 2
Salida de conexión: Cables
ILUSTRACIÓN 14 MOTOR DC
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
PANTALLA LCD
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Número de caracteres: 16 x 2 líneas
Programación de caracteres: 8
Tamaño de carácter: 5.23 x 3 mm
Backlight de led: color verde
Pantalla: Caracteres ASCII, además de los caracteres Kanji y griegos
Accionamiento del cursor: En movimiento cambio de su aspecto.
Capacidad de memora: 40 caracteres por línea de pantalla
Desplazamiento de los caracteres: Hacia la izquierda o la derecha
Interface paralela. Puede operar en modo de 8 bits, o de 4 bits para ahorrar pines del
microcontrolador
66
ILUSTRACIÓN 15 PANTALLA LCD
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
CABLES DUPOND
Características técnicas:
Voltaje de trabajo DC: 5OV
Colores: diferentes
Tipos: Cables H-H, H-M, M-M
ILUSTRACIÓN 16 CABLES DUPOND
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
67
SENSOR ULTRASÓNICO
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Corriente de operación: 20 mAmp
Alcance de rango de operación: 2 a 50 cm
Frecuencia de trabajo: 40 KHz
Pulso ultrasónico. Apertura de 15°
Salida de conexión: 4 Terminales pin
ILUSTRACIÓN 17 SENSOR ULTRASÓNICO
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
BUZZER
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Corriente de operación: 30 mAmp
Salida de conexión: 2 Terminales pin
Señal de salida: sonido
ILUSTRACIÓN 18 BUZZER
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
68
SENSOR DE MOVIMIENTO PIR
Características técnicas:
Voltaje de entrada DC: 5V
Corriente de operación: 20 mAmp
Alcance de rango de operación: 90°-50cm
Salida de conexión: 4 Terminales pin
ILUSTRACIÓN 19 SENSOR DE MOVIMIENTO PIR
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
ILUSTRACIÓN 20 ENTRENADOR ELECTRÓNICO CON RASPBERRY PI
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
69
XVI. MANUAL DE PRÁCTICA
MANUAL
DE
PRÁCTICA
70
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………….. 71
PRÁCTICA N°1………………………………………………………………. 72
Tema: Servomotor SG90……………………………………………………... 72
PRÁCTICA N°2………………………………………………………………. 74
Tema: Diodos leds……………………………………………........................ 74
PRÁCTICA N°3………………………………………………………………. 76
Tema: Sensor PIR……………………………………………………………… 76
PRÁCTICA N°4……………………………………………………………..... 78
Tema: Motor paso a paso…………………………………………………….. 78
PRÁCTICA N°5………………………………………………………………. 80
Tema: Arranque de dos motores DC……………………………………….... 80
PRÁCTICA N°6………………………………………………………………. 82
Tema: Encendido de diodos leds mediante interface……………………….... 82
71
INTRODUCCIÓN
El presente manual de prácticas ha sido elaborado con la finalidad de tener una
herramienta didáctica que será de gran ayuda para poner en práctica los conocimientos
teóricos impartido por los docentes.
El entrenador electrónico con la tarjeta Raspberry Pi va a permitir realizar diferentes
ejercicios con parámetros reales, que le serán de gran ayuda para que el estudiante mejore
su aprendizaje en la materia de Inteligencia Artificial.
En cada uno de los problemas desarrollados se muestran la lista de los materiales a
utilizarse, la programación y el diagrama eléctrico, para que al estudiante se le haga más
fácil realizar cada una de las prácticas.
72
PRÁCTICA N°1
Tema: Servomotor SG90
Objetivo: Realizar el control de un servomotor SG90
MATERIALES NECESARIOS:
1 Computador
1 Tarjeta Raspberry Pi
1 protoboard
1 Servomotor SG90
Software raspbian
1 Fuente de voltaje
1 Multímetro
Cables dupond
DISEÑO DEL PROGRAMA
import RPi.GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup (22, GPIO.OUT)
p = GPIO.PWM (22,60)
p.start(5.5)
try
while true
p.ChangeDutyCycle(4.5)
time.sleep(3)
p.ChangeDutyCycle(7.5)
time.sleep(2)
p.ChangeDutyCycle(6.5)
time sleep (2)
except KeyboardInterrupt #Si se pulsa
CONTROL + C se pone en stop
p.stop #Se detiene el servo
GPIO.cleanup() #Se limpian los
pines GPIO y se cierra el script
73
DIAGRAMA ELECTRICO N°1
ILUSTRACIÓN 21
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
74
PRÁCTICA N°2
Tema: Diodos leds
Objetivo: Controlar el encendido y apagado de diodos leds
MATERIALES NECESARIOS:
1 Computador
1 Tarjeta raspberry pi
1 protoboard
4 Diodos leds
Software raspbian
1 Fuente de voltaje
1 Multímetro
Cables dupond
DISEÑO DEL PROGRAMA
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
Led1 = 18
Led2 = 16
Led 3 = 12
Led 4 = 15
GPIO.setup(Led 1, GPIO.OUT)
GPIO.setup(Led 2, GPIO.OUT)
GPIO.setup(Led 3, GPIO.OUT)
GPIO.setup(Led 4, GPIO.OUT)
print "Going forwards"
GPIO.output(Led 1, GPIO.HIGH)
GPIO.output(Led 2, GPIO. HIGH)
GPIO.output(Led 3, GPIO.HIGH)
GPIO.output(Led 4, GPIO.HIGH)
sleep (6)
75
print "Going backwards"
GPIO.output(Led 1, GPIO.LOW)
GPIO.output(Led 2, GPIO. LOW)
GPIO.output(Led 3, GPIO. LOW)
GPIO.output(Led 4, GPIO. LOW)
sleep(4)
GPIO,cleanup()
DIAGRAMA ELECTRICO N°2
ILUSTRACIÓN 22
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
76
PRÁCTICA N°3
Tema: Sensor PIR
Objetivo: Activar el sensor PIR mediante una señal de movimiento
MATERIALES NECESARIOS:
1 Computador
1 Tarjeta Raspberry Pi
1 protoboard
1 Sensor PIR
Software raspbian
1 Fuente de voltaje
1 Multímetro
Cables dupond
DISEÑO DEL PROGRAMA
import RPi.GPIO as GPIO
Import time
from time import gmtime, strftime
GPIO.setmode (GPIO. BOARD)
Velocidad_PIN = 7
GPIO.setup (MOVIMIENTO_PIN, GPIO.IN)
GPIO.setup (3, GPIO.OUT)
try:
While True:
if GPIO.input (MOVIMIENTO_PIN):
GPIO.output (3, True)
time.sleep (4)
GPIO.output(3, False)
time.sleep (3)
77
DIAGRAMA ELECTRICO N°3
ILUSTRACIÓN 23
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
78
PRÁCTICA N°4
Tema: Motor pasó a paso
Objetivo: Controlar el movimiento de un motor pasó a paso
MATERIALES NECESARIOS:
1 Computador
1 Tarjeta Raspberry Pi
1 Protoboard
1 Motor pasó a paso
Software raspbian
1 Fuente de voltaje
1 Multímetro
Cables dupond
DISEÑO DEL PROGRAMA
import time
import sys
import RPi.GPIO as GPIO
def step_4 (p):
if p==0:
GPIO.output(3,0)
GPIO.output(5,0)
GPIO.output(7,0)
GPIO.output(11,0)
if p==1:
GPIO.output(3,1)
GPIO.output(5,1)
GPIO.output(7,0)
GPIO.output(11,0)
if p==2:
GPIO.output(3,0)
GPIO.output(5,1)
79
GPIO.output(7,1)
GPIO.output(11,0)
if p==3:
GPIO.output(3,0)
GPIO.output(5,0)
GPIO.output(7,1)
GPIO.output(11,1)
if p==4:
GPIO.output(3,1)
GPIO.output(5,0)
GPIO.output(7,0)
GPIO.output(11,1)
realizar la secuencia determinada
def steps_4(value):
print value
global pas
if(value<0):
for i in range (0, abs(value)):
step_4(pas)
time.sleep(0.008)
pas+=1
if(pas>=5):
pas=1;
else:
for i in range (0, abs(value)):
step_4(pas)
time.sleep(0.008)
if(pas==1):
pas=5;
pas-=1
step_4(0)
80
DIAGRAMA ELECTRICO N°4
ILUSTRACIÓN 24
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
PRÁCTICA N°5
Tema: Arranque de dos motores DC
Objetivo: Controlar arranque alternado de dos motores DC
MATERIALES NECESARIOS:
1 Computador
1 Tarjeta raspberry pi
1 protoboard
2 Motor DC
Software raspbian
1 Fuente de voltaje
1 Multímetro
Cables dupond
DISEÑO DEL PROGRAMA
import RPi.GPIO as GPIO
81
import time
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(35, GPIO.OUT)
GPIO.setup(37, GPIO.OUT)
def blink ():
print "Ejecución iniciada..."
iteracion = 0
while iteracion < 40:
GPIO.output(35, True)
GPIO.output(37, False)
time.sleep(3)
GPIO.output(35, False)
GPIO.output(37, True)
time.sleep(6)
iteracion = iteracion + 2
print "Ejecución finalizada"
GPIO.cleanup()
DIAGRAMA ELECTRICO N°5
ILUSTRACIÓN 25
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
82
PRÁCTICA N°6
Tema: Encendido de diodos leds mediante interface
Objetivo: Controlar el encendido de diodos leds mediante interface
MATERIALES NECESARIOS:
1 Computador
1 Tarjeta raspberry pi
1 protoboard
4 Diodos leds
1 74LS367
Software raspbian
1 Fuente de voltaje
1 Multímetro
Cables dupond
DISEÑO DEL PROGRAMA
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(8, GPIO.OUT)
GPIO.setup(10, GPIO.OUT)
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)
GPIO.setup(16, GPIO.OUT)
for i in range (3):
GPIO.setup(8, GPIO.OUT)
GPIO.setup(10, GPIO.OUT)
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)
GPIO.setup(16, GPIO.OUT)
time.sleep(3)
GPIO.setup(8, GPIO.OUT)
GPIO.setup(10, GPIO.OUT)
83
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)
GPIO.setup(16, GPIO.OUT)
time.sleep(3)
GPIO.setup(8, GPIO.OUT)
GPIO.setup(10, GPIO.OUT)
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)
GPIO.setup(16, GPIO.OUT)
time.sleep(3)
GPIO.cleanup()
DIAGRAMA ELECTRICO N°6
ILUSTRACIÓN 26
Elaboración: Ruth María Alvarado Espinoza
84
XVII. ANEXOS
ENCUESTA REALIZADA A LOS ESTUDIANTES DE LA CARRERA DE
INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
ILUSTRACIÓN 27 ENCUESTAS A ESTUDIANTES
Fuente: Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autor: Ruth María Alvarado Espinoza
ILUSTRACIÓN 28 ENCUESTAS A ESTUDIANTES
Fuente: Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autor: Ruth María Alvarado Espinoza
85
ILUSTRACIÓN 29 TARJETA ELECTRONICA RASPBERRY PI
Fuente: Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autor: Ruth María Alvarado Espinoza
ILUSTRACIÓN 30 REALIZANDO PRACTICAS
Fuente: Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autor: Ruth María Alvarado Espinoza
86
ILUSTRACIÓN 31 ENTREVISTA A LOS DOCENTES
Fuente: Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autor: Ruth María Alvarado Espinoza
ILUSTRACIÓN 32 ENTREVISTA A LOS DOCENTES
Fuente: Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales
Autor: Ruth María Alvarado Espinoza
87
ENCUESTA DIRIGIDA A LOS ESTUDIANTES DE LA CARRERA DE
INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES DE LA UNIVERSIDAD
ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ.
´´Implementación de una Aplicación Electrónica mediante la tecnología Raspberry Pi para
la enseñanza de Inteligencia Artificial de la Carrera de Ingenierías en Sistemas
Computacionales´´.
NOTA: Por favor, responder las siguientes preguntas con sinceridad y de forma
individual para obtener datos o información verídica. Marque con una X la selección
que estime conveniente
1.- ¿Conoce usted que es una tarjeta Raspberry PI?
Sí No
2.- ¿Conoce usted el funcionamiento de la tarjeta Raspberry PI?
Sí No
3.- ¿Cree usted que es necesario que se diseñen aplicaciones con la tarjeta Raspberry
PI?
Sí No
4.- ¿Esta Ud. de acuerdo que existan módulos para realizar prácticas con la tarjeta
Raspberry PI?
Sí No
5.- ¿Sabe usted que sistema operativo usa la tarjeta Raspberry PI?
Sí No
6.- ¿Sabe usted que aplicaciones se pueden realizar con la tarjeta Raspberry PI?
Sí No
88
7.- ¿Conoce usted la programación de la tarjeta Raspberry pi?
Sí No
8. ¿Cree usted que con la implementación de un módulo práctico utilizando la tarjeta
Raspberry pi se brindará un mejor aprendizaje a los estudiantes de la Carrera de
Ingeniería en Sistemas Computacionales?
Sí No