cap02

Vista previa del material en texto

9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO II 
 
MARCO TEÓRICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
10 
 
 
 
 
CAPITULO II 
 
 
MARCO TEORICO 
 
 
El marco teórico es integrar el tema de la investigación con las teorías, 
enfoques teóricos, estudios y antecedentes en general que se refieren al 
problema de investigación. En tal sentido el marco teórico según Tamayo 
(2012), nos amplía la descripción del problema. Integra la teoría con la 
investigación y sus relaciones mutuas. 
 
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN 
 
 
Según Fidias Arias (2004), Los antecedentes reflejan los avances y el 
Estado actual del conocimiento en un área determinada y sirven de 
modelo o ejemplo para futuras investigaciones. Se refieren a todos los 
trabajos de investigación que anteceden al nuestro, es decir, aquellos 
trabajos donde se hayan manejado las mismas variables o se hallan 
propuestos objetivos similares; además sirven de guía al investigador y le 
permiten hacer comparaciones y tener ideas sobre cómo se trató el 
problema en esa oportunidad. 
Primeramente, se tomó la investigación de Espinoza y Peña (2015), titulada 
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE GAFAS 
ELECTRÓNICAS CON COMUNICACIÓN BLUETOOTH A UN CELULAR 
11 
 
PARA LA DETECCIÓN DE OBJETOS CIRCUNDANTES QUE SERVIRÁ 
COMO AYUDA EN PERSONAS NO VIDENTES”. Realizada en la Universidad 
Politécnica Salesiana de Ecuador. 
 Este proyecto tuvo como objetivo principal elaborar un diseño e 
implementar un prototipo de gafas electrónicas que ayude dando una 
alerta a las personas no videntes, indicando la distancia a la que se 
encuentre un obstáculo mediante un celular, de tal manera que éste pueda 
evadirlo al momento de movilizarse. 
Se utilizaron herramientas como tarjetas de control, las antenas, los 
módulos de comunicación inalámbrica, sensores, y software como lo son: 
PIC KIT 2, MICROBASIC PRO, APP INVENTOR 2. Se prosiguió con el 
montaje de las tarjetas de control y los sensores en las gafas para 
finalmente realizar las pruebas necesarias y verificar el correcto 
funcionamiento del proyecto. 
Con los resultados obtenidos se presenta un prototipo de gafas 
electrónicas que se comunican vía bluetooth a un celular capaz de advertir 
tanto en frente como a los lados la presencia de un obstáculo. 
La importancia del antecedente anteriormente mencionado radica en 
que, al igual que en el presente trabajo de investigación utiliza tecnología 
de ultrasonido para el desarrollo del dispositivo. Del mismo modo hace 
necesaria su utilización como aporte y referencia sobre el problema de la 
variable presentada en esta investigación, aportando información que debe 
considerarse para efectos de la variable objeto de estudio. 
12 
 
Dentro del mismo contexto, se analizó la investigación de Ribón (2015), 
titulada “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE BASTÓN 
SENSORIAL PARA INVIDENTES MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE 
ULTRASONIDO”. Realizada en la UNIVERSIDAD DE SAN 
BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA. El objetivo de este trabajo 
fue diseñar y construir un prototipo de bastón para invidentes mediante la 
utilización de sensores ultrasónicos. 
El presente trabajo de investigación consiste en un sensor de 
ultrasonido que detecta a cierta distancia objetos, personas, animales, 
entre otros, que se le crucen a la persona, adaptando este sistema al 
bastón que ellos usan convencionalmente, dándole así más seguridad a la 
hora de transitar en las calles de cualquier ciudad del país. 
Se ensambló un dispositivo o circuito, el cual contiene un microcontrolador 
ARDUINO Sparfunk pro micro, que es una pequeña placa que posee una 
memoria que se programa mediante código java y c++; un sensor de 
ultrasonido que hace el proceso de detección de los objetos, personas, etc., 
un motor el cual le dará una señal de alerta al acercarse a los dichos objetos, 
personas, entre otros, y un interruptor que le permitirá mantenerlo apagado 
cuando no la persona invidente no lo esté usando. 
Este proyecto se presenta como prototipo debido a que las necesidades 
de los invidentes son distintas y no se puede definir un sistema de alerta 
que funcione y que cumpla con las necesidades de ellos, también porque 
pueden realizarse mejoras añadiéndole otras funciones que pueden ser de 
beneficio para los ciegos. 
13 
 
 Este antecedente mencionado fue relevante para la investigación, 
porque se tomarán referencias bibliográficas que permitirán fundamentar 
teóricamente la investigación, así como se tendrá en cuenta la 
metodología seleccionada para desarrollar el arnés con sistema 
automático para indicación proximidad. 
Así mismo se revisó la investigación de Quezada (2014), titulada 
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO ELECTRÓNICO 
DE AYUDA DE DESPLAZAMIENTO PARA PERSONAS CIEGAS”. 
Realizada en PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ, la cual 
tuvo como objetivo general Diseñar e implementar un dispositivo 
electrónico de ayuda para el desplazamiento de personas ciegas de bajo 
costo utilizando sensores que permitan detectar obstáculos con la finalidad 
de buscar una mejor interacción entre la persona y su entorno. 
Para esta investigación diseñó e implementó un dispositivo electrónico de 
ayuda de desplazamiento para personas ciegas de bajo costo y de fácil manejo 
que permita detectar obstáculos ubicados en la parte frontal de la persona a 
un rango de 150 centímetros, además de detectar desniveles. 
En el desarrollo del proyecto se utilizó cinco sensores ultrasónicos, tres 
para detectar los objetos que se encuentren adelante y dos para detectar 
los desniveles. 
Por otro lado, para advertir a la persona ciega de los diversos obstáculos se 
utilizaron motores vibradores. La intensidad de vibración varía según la altura 
a la cual los tres sensores encargados de la detección de objetos identifiquen 
un obstáculo. El sistema se encuentra acoplado a un bastón. 
14 
 
Finalmente, realizadas las pruebas se analizó la funcionalidad del 
dispositivo diseñado y el cumplimiento de los objetivos establecidos con el 
propósito de determinar si el sistema podría brindar una nueva alternativa 
de desplazamiento en busca de mejorar la calidad de vida de las personas 
ciegas. 
El aporte dado por la investigación anterior se basó principalmente en 
presentar un marco teórico muy claro, preciso y conciso en lo que concierne a 
sensores de proximidad y su implementación. Así mismo, en él se encuentran 
herramientas metodológicas para el diseño coadyuvando en el proceso de 
construcción del presente estudio, siendo el aporte altamente significativo, ya 
que se relaciona con la temática estudiada. 
Por su parte Juárez, Donis, Ríos y Sánchez (2014), Realizaron un 
estudio titulado “DISEÑO Y DESARROLLO DE SISTEMA DE 
ORIENTACIÓN PARA INVIDENTES”. Realizado en la Universidad 
Nacional Autónoma de México. El objeto de la investigación fue Desarrollar 
un bastón inteligente para invidentes, capaz detectar objetos próximos y 
ubicar obstáculos físicos que se encuentren a su paso. 
En este sentido para definir la problemática acerca de los invidentes se 
llevó a cabo una investigación documental, debido a que, primero fue 
necesario hacer una investigación profunda sobre el entorno social y 
familiar que viven los invidentes en su vida cotidiana, todo esto con el 
propósito de definir y conceptualizar de manera adecuada la problemática 
para poder plantearle una solución eficaz a través de la tecnología. Para el 
15 
 
diseño y la construcción del bastón para invidentes, se empleó una 
investigación del tipo desarrollo tecnológico y experimental. 
El proyecto estuvo basado en el desarrollo de un sistema electrónico de 
orientación para invidentes, en base a un prototipo de bastón que alertará 
al usuario sobre obstáculos próximos, a través de una interfaz con 
aditamentos como sensores ultrasónicos y notificaciones por comandos 
de voz, y en su defecto, estímulosperceptibles al tacto. 
Las funciones automatizadas serán gestionadas por una tarjeta ARDUINO 
UNO, que, por la programación en C de un ciclo funcional, pondrá los 
aditamentos en rutinas de detección sincrónica para detectar obstáculos y 
desniveles que puedan poner en riesgo la integridad física del usuario. 
Los avances conseguidos hasta el momento demuestran que el 
presente proyecto es congruente con la resolución de la problemática y los 
objetivos planteados, de tal forma que mediante el dispositivo desarrollado 
es posible advertir sobre la ubicación de objetos próximos y evitar 
obstáculos en su camino. 
En consecuencia de lo anterior, se puede afirmar que el aporte más 
resaltante que brindó esta investigación, consistió en conocer algunas 
herramientas de programación, con que se cuenta hoy en día, para la 
implementación de microcontroladores con sensores de proximidad las 
cuales pueden ser utilizadas en la construcción del dispositivo que se 
plantea desarrollar en la presente investigación por su versatilidad y su 
fácil manejo, en otro sentido, se utilizaron fundamentos teóricos que 
respaldaron esta investigación. 
16 
 
Finalmente, se tomó la investigación de Chacho, Sotomayor y Delgado 
(2014), titulada “Desarrollo e implementación de un sistema automático de 
alumbrado led público inteligente controlado vía Wireless e instalado en la 
Casa de Don Bosco de Guayaquil”. Realizada en la Universidad 
Politécnica Salesiana sede Guayaquil. El objetivo principal de la 
investigación fue Desarrollar e implementar un sistema automático de 
alumbrado led público inteligente controlado vía Wireless e instalado en la 
Casa de Don Bosco de Guayaquil. 
Este trabajo está dividido en IV capítulos, en el Capítulo I, se analiza el 
planteamiento del problema de los alumbrados públicos, objetivos, justificación, 
hipótesis, metodología, ventajas y desventajas, población, muestra y los sistemas 
inteligentes con sus diversas aplicaciones que se puede ofrecer a instituciones 
educativas, ciudades, barrios, parques, albergues. 
En el Capítulo II, se analiza la Historia sobre el Alumbrado Público desde su 
origen y los cambios constantes que se han dado al pasar los años por los 
eficaces avances tecnológicos suscitados. 
En el Capítulo III, se Diseñó la luminaria led, se analiza los módulos 
inteligentes el software de programación, los controladores, los módulos de 
entrenamiento, y los sensores que se acoplan a los módulos para las múltiples 
aplicaciones de la luminaria Led. Se utilizó además un módulo de Telecontrol 
inalámbrico conocido como el Xbee. 
En el Capítulo IV, se desarrolló la interfaz de control inalámbrico que 
trabaja con una tecnología Zigbee, y como se hizo la conexión del 
17 
 
hardware de la PC utilizado para el mismo, se realizó el monitoreo, entre 
otras aplicaciones de control el consumo de la potencia de las luminarias 
Led, lo cual nos dará un ventajoso ahorro de energía en la planilla eléctrica 
para beneficio de la Casa Don Bosco. Además, se hizo un estudio del 
levantamiento eléctrico de los postes, en la Casa Don Bosco, la instalación 
de las Luminarias Led. 
Este antecedente, tiene gran relevancia en el estudio actual, debido a que 
brinda aportes en cuanto a los softwares de programación de 
microcontroladores, y a su vez de los aporta información de los 
microcontroladores y como se acoplan con diversos sensores para múltiples 
aplicaciones. Del mismo modo proporciona información que debe ser 
considerada para efectos de la variable objeto de estudio. 
 
2. BASES TEÓRICAS 
 
2.1. DISCAPACIDAD VISUAL 
 
Según Zorzo (2017, p. 35), la discapacidad visual se puede definir como 
“la pérdida parcial o total de visión que provoca dificultades en el desarrollo 
de actividades que precisan de uso de la visión”, es decir, es la alteración 
permanente en los ojos o en las vías de conducción del impulso visual 
causando una disminución ostensible en la capacidad de la visión, lo que 
provoca un obstáculo para el desarrollo normal de la vida. 
Según la Clasificación Internacional de Enfermedades (CIE-10, 
actualización y revisión de 2006), la función visual se subdivide en cuatro 
18 
 
niveles: visión normal, discapacidad visual moderada, discapacidad visual 
grave y ceguera. La baja visión y la ceguera representan conjuntamente el 
total de los casos de discapacidad visual. 
 
2.1.1. TIPOS DE DISCAPACIDAD VISUAL 
 
 
Existen tipos de discapacidad visual según sea el tipo de alteración que 
presenta el ojo, la función afectada o la gravedad de la perdida. 
Barraga (1992), establece cuatro niveles de discapacidad visual a saber: 
 Ceguera: carencia de visión o solo percepción de luz. Imposibilidad de 
realizar tareas visuales. 
 Discapacidad visual profunda: dificultad para realizar tareas visuales 
gruesas. Imposibilidad de hacer tareas que requieren visión de detalle. 
 Discapacidad visual severa: posibilidad de realizar tareas visuales con 
inexactitudes, requiriendo adecuación de tiempo, ayudas y modificaciones. 
 Discapacidad visual moderada: posibilidad de realizar tareas visuales con 
el empleo de ayudas especiales e iluminación adecuada similares a las que 
realizan las personas de visión normal. 
 
2.1.2. CAUSAS DE LA DISCAPACIDAD VISUAL 
 
 
Según Sendra (2009, p. 146), Las causas de la discapacidad visual “se 
clasifican, según su etiología, en genéticas o adquiridas.” 
Las causas genéticas son las transmitidas de padres a hijos. Ejemplos de 
discapacidades visuales son la miopía degenerativa (progresiva degeneración 
19 
 
de la agudeza visual), el glaucoma (daño del nervio óptico por el aumento de 
la presión ocular) o el albinismo (carencia total del pigmento, entre otras partes, 
de los ojos). 
Las causas adquiridas son aquellas que no son genéticas o hereditarias. Un 
ejemplo de déficits visuales adquiridos son la retinopatía diabética (daño en lo 
vasos sanguíneos de la retina provocada por la enfermedad de diabetes) o la 
neuritis óptica (inflamación del nervio óptico). 
 
2.2. SISTEMA 
 
 
Un sistema es una combinación de componentes que actúan juntos y realizan 
un determinado objetivo. Un sistema no está necesariamente limitado a 
sistemas físicos. El concepto de sistemas se puede aplicar a fenómenos 
abstractos y dinámicos. Por lo tanto, la palabra sistemas puede aplicarse para 
sistemas físicos, biológicos, económicos y similares. (Ogata, 2003). 
 
2.2.1. ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS 
 
 
La estructura en un sistema es un componente que es permanente o 
cambia lenta u ocasionalmente. Es posible encontrar diferentes 
estructuras combinadas en la medida que el sistema sea más complejo. A 
continuación, se analizan diferentes tipos de estructuras: 
 Lineal: Los elementos se encuentran uno después de otro. Para así poder 
referirse a esta estructura se pueden utilizar los términos Cadena o Secuencia. 
20 
 
 Circular: Los elementos se encuentran uno después del otro, pero en este 
caso no existe un principio o fin de la secuencia. De acuerdo con su uso se 
pueden utilizar los términos Ciclo o Anillo. 
 Centralizada: Los elementos se encuentran unidos a uno que se le 
denomina el central. 
 Matricial: Los elementos se disponen en filas y columnas; se asocia a la 
idea de tener varias estructuras lineales unidas. 
 Jerárquica: Los elementos mantienen una relación de dependencia entre 
ellos, hay elementos en niveles superiores y elementos en niveles inferiores. 
 Descentralizada: A diferencia de las estructuras anteriores, en esta no 
existen secuencias, elementos centrales o dependencia entre los elementos. 
Es conocida también como estructura en Red. Ramírez (2002, p. 23). 
 
2.2.2. CLASIFICACION DE LOS SITEMAS 
 
Según Ramírez (2002, p. 32), la clasificación de un sistema al igual que el 
análisis de los aspectos del mismo es un proceso subjetivo; depende del 
individuo que lo hace, del objetivo que se persiguey de las circunstancias 
particulares en las cuales se desarrolla. En este punto se dan lineamientos 
generales sobre las diferentes clases de sistemas: 
Según su relación con el medio ambiente: 
 Sistemas abiertos: Sistema que intercambia materia, energía o alguna 
información con el ambiente. 
 Sistemas cerrados: Sistema que no intercambia, energía o información 
con el ambiente. 
21 
 
Según su naturaleza: 
 Sistemas concretos: Sistema físico o tangible. 
 Sistemas abstractos: Sistema simbólico o conceptual. 
Según su Origen: 
 Sistemas naturales: Sistema generado por la naturaleza. 
 Sistemas artificiales: Sistema producto de la actividad humana; son 
concebidos y construidos por el hombre. 
Según sus relaciones: 
 Sistemas simples: Sistema con pocos elementos y relaciones. 
 Sistemas complejos: Sistema con numerosos elementos, los cuales se 
relacionan entre sí. 
Según el tipo de variables que lo definen: 
 Sistemas discretos: Sistema definido por variables discretas. 
 Sistemas continuos: Sistema definido por variables continuas. 
Con base en lo anterior mente expuesto, al presente proyecto de 
investigación, se le clasificó como un sistema abierto, concreto, artificial, 
simple y continuo, ya que depende de un conjunto de variables continuas que 
son ingresadas en un momento determinado por los sensores dentro del 
sistema para su posterior procesamiento a través del microcontrolador, las 
cuales se caracterizan por ser señales de ultrasonido. 
2.3. SISTEMA AUTOMATICO 
 
Cuando hablamos de sistema automático tenemos que recurrir al concepto 
de “automatización”; esta es la única manera que tenemos de comprender a los 
22 
 
sistemas automáticos actuales; la automatización surge con el objetivo de 
utilizar la capacidad de las máquinas para llevar a cabo determinadas tareas 
que anteriormente eran realizadas por los seres humanos. 
De este concepto surge lo que hoy conocemos como sistema automático, 
el cual efectúa y controla las secuencias de operaciones sin la ayuda de la 
actividad humana; dichos sistemas se encuentran dispersos en varios 
campos: industrias, producción, servicios públicos, electrodomésticos, etc. 
 
2.3.1. PRINCIPIOS DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO 
 
La automatización de una máquina o proceso consiste en la 
incorporación de un dispositivo tecnológico que se encarga de controlar 
su funcionamiento. El sistema que se crea con la incorporación del 
dispositivo, denominado genéricamente automatismo, es capaz de 
reaccionar ante las situaciones que se presentan ejerciendo la función 
de control para la que ha sido concebido. 
En este sentido las principales etapas de un sistema automático son 
las siguientes: 
- Medición: para que un sistema automatizado reaccione ante los 
cambios en su alrededor debe estar apto para medir aquellos cambios 
físicos de las variables a medir. 
- Evaluación: la información obtenida gracias a la medición es evaluada 
para así poder determinar si una acción debe ser llevada a cabo o no. 
- Control: el último paso de la automatización es la acción resultante de 
las operaciones de medición y evaluación. Es aquí donde el control debe 
23 
 
ser el correcto si no todo el estudio del sistema ha fallado y se debe 
volver a realizar desde el comienzo en caso contrario entonces se pone 
en estado automático. 
 
2.3.2. ESTRUCTURA DE UN SISTEMA AUTOMATICO 
 
 
 Según Solbes (2014, p.55), la estructura la básica de cualquier instalación 
automatizada incluirá los siguientes elementos: 
- Alimentación: se trata de la fuente de energía utilizada para hacer funcionar 
el sistema. En la mayoría de los casos se trata de energía eléctrica, pero 
también es posible que se trate de aire comprimido, liquido (por ejemplo, 
aceite), o bien una combinación de diferentes fuentes de energía. 
- Cuadro de protecciones y/o de control: el cuadro será una envolvente 
donde se situarán la mayoría de los dispositivos de protección eléctricos, y 
también, mochos de los elementos para controlar el sistema automático. 
- Circuitos de maniobra o circuitos de control: estos circuitos transportan las 
señales (posición, temperatura, entre otras) que permiten controlar el estado 
del sistema automático a través del controlador correspondiente. 
- Circuitos de potencia: los circuitos de potencia transportan la energía que 
permite activar los receptores del sistema automático. En estos circuitos se 
colocan determinados elementos (dispositivos de protección o elementos de 
control) que permiten o restringen el paso de la energía. 
- Sensores: son los dispositivos encargados de captar las señales de control. 
- Actuadores: son los dispositivos encargados de permitir la alimentación a 
los receptores del sistema automático. 
24 
 
- Receptores: son los elementos que ejecutaran las acciones de la 
automatización (abrir, cerrar, mover, entre otras). 
 
2.4. SISTEMA DE SUSTITUCION SENSORIAL 
 
La sustitución sensorial es el uso de un sentido humano para recibir 
información que normalmente es recibida por otro sentido. Si bien estas 
señales pueden parecer distintas e independientes, la realidad es que 
interactúan entre ellas y se integran dentro de la red de neuronas 
sensoriales del cerebro. 
Investigadores del Caltech (Instituto de Tecnología de California) han 
descubierto que las que se denominan conexiones neuronales 
intrínsecas (llamadas también asignaciones de modo cruzado o 
crossmodal mappings) pueden ser usadas por los dispositivos de ayuda 
a los ciegos para detectar su entorno, sin necesidad de una intensa 
concentración o cientos de horas de entrenamiento. 
La perspectiva multisensorial de estos dispositivos de ayuda, 
(llamados dispositivos de sustitución sensorial) podría hacer más fáciles 
tareas que antes requerían mucho tiempo de adaptación, lo que 
permitiría a las personas sin visión o con visión muy reducida, adquirir 
una nueva funcionalidad sensorial similar a la visión. 
 
2.5. SENSORES DE PROXIMIDAD 
 
Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales 
que se encuentran cerca del elemento sensor. Estos dispositivos permiten 
25 
 
medir la distancia de un objeto respecto a un punto o eje de referencia o 
simplemente detectar la presencia de un objeto a una cierta distancia. 
Precisamente, su capacidad de medida o sólo indicación de presencia y a la 
capacidad de medir distancias más o menos grandes permite establecer una 
división en los grupos que se citan a continuación: 
 Detectores de presencia o proximidad: se trata de sensores de posición 
todo o nada que entregan una señal binaria que informa de la existencia o no 
de un objeto ante el detector. El más elemental de estos sensores es quizás 
el conocido interruptor final de carrera por contacto mecánico. 
 Medidores de distancia o posición: entregan una señal analógica o 
digital que permite determinar la posición lineal o angular respecto a un 
punto o eje de referencia. 
 Transductores de pequeñas deformaciones: se trata de sensores de 
posición especialmente diseñados para detectar pequeñas deformaciones o 
movimientos. Muchas veces se emplean adosados a piezas elásticas o con 
palpadores como transductores indirectos de fuerza o de par. 
AUTOMATAS PROGRAMABLES-Josep Balcells, José Luis Romeral, 
José Luis Romeral Martínez. 
 
2.5.1. TIPOS DE SENSORES DE PROXIMIDAD 
 
 
Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que 
utilizan. Los más comunes son los interruptores de posición, los detectores 
capacitivos, los inductivos y los fotoeléctricos, como el de infrarrojos. 
26 
 
 Interruptor de posición 
El interruptor de posición, final de carrera o sensor de contacto son 
dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del 
recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta transportadora, 
con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un 
circuito.Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos 
(NA o NO en inglés), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la 
operación que cumplan al ser accionados, de ahí la gran variedad de finales 
de carrera que existen en mercado. 
Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un 
cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el 
movimiento. Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas 
las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan 
una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido 
fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc. Para el 
proyecto este tipo de sensor no es recomendable puesto que este sensor 
se activa cuando tiene contacto con el obstáculo. 
 Sensor de proximidad capacitivo 
Los sensores capacitivos (KAS), reaccionan ante metales, y no metales 
que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada 
capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado material es 
tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica. 
27 
 
La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de 
estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los 
sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, 
midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante 
dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la 
superficie sensible del detector. 
Los detectores capacitivos están construidos sobre la base de un 
oscilador LC. Debido a la influencia del objeto a detectar, y del cambio 
de capacitancia, la amplificación se incrementa haciendo entrar en 
oscilación el oscilador. El punto exacto de ésta función puede regularse 
mediante un potenciómetro, el cual controla la realimentación del 
oscilador. La distancia de actuación en determinados materiales, pueden 
por ello, regularse mediante el potenciómetro. 
La señal de salida del oscilador alimenta otro amplificador, el cual, a su 
vez, pasa la señal a la etapa de salida. Cuando un objeto conductor se acerca 
a la cara activa del detector, el objeto actúa como un condensador. El cambio 
de la capacitancia es significativo durante una larga distancia. Si se aproxima 
un objeto no conductor, (>1) solamente se produce un cambio pequeño en la 
constante dieléctrica, y el incremento en su capacitancia es muy pequeño 
comparado con los materiales conductores. 
 Sensor de proximidad inductivo 
Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para 
trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de 
28 
 
corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de 
detección férricos y no férricos. 
El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un 
sensor de nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al aproximarse 
un objeto "metálico" o no metálico, se inducen corrientes de histéresis en el 
objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de 
oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de 
amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido o la 
posición "ON" y "OFF". 
El funcionamiento es similar al capacitivo; la bobina detecta el objeto 
cuando se produce un cambio en el campo electromagnético y envía la 
señal al oscilador, luego se activa el disparador y finalmente al circuito 
de salida hace la transición entre abierto o cerrado. 
 Sensor de proximidad fotoeléctrico 
También se denominan fotocélulas. Este tipo de transductor trabaja 
con un emisor y detector de luz, como rayos infrarrojos. Al aproximarse 
un objeto reflector la luz del transmisor es reflejada por el objeto cercano, 
el detector recibe la luz y activa la salida de detección. 
El sistema de detección típico está formado por un transmisor de luz, una 
etapa de control, un receptor de luz y un circuito de salida. Por lo general el 
transmisor está conectado a una etapa de control que decide la activación 
de la transmisión e inclusive puede generar pulsos de frecuencia constante 
que hacen la detección del sensor más robusta. 
29 
 
 Sensor de proximidad infrarrojo 
Los sensores ópticos de infrarrojo constan de un par de sensores de 
proximidad infrarrojos: fotodiodo y fototransistor, estos tienen la ventaja de que 
no necesitan contacto para detectar unos objetos además al trabajar en el 
espectro de luz infrarrojo no se ven tan afectados por la luz ambiente, sin 
embargo, la luz del sol y de las bombillas contienen cierta cantidad de luz 
infrarroja que puede afectar el correcto funcionamiento de los sensores. 
Aunque estos sensores sean muy prácticos no logran captar largas distancias 
y su pequeño haz hace que se disperse al devolverse la señal. 
 Sensores magnéticos de proximidad 
Los sensores de proximidad magnéticos son caracterizados por la 
posibilidad de distancias grandes de la conmutación, disponible de los 
sensores con dimensiones pequeñas. Detectan los objetos magnéticos 
(imanes generalmente permanentes) que se utilizan para accionar el 
proceso de la conmutación. 
Los campos magnéticos pueden pasar a través de muchos materiales 
no magnéticos, el proceso de la conmutación se puede también accionar 
sin la necesidad de la exposición directa al objeto. Usando los conductores 
magnéticos (ej. hierro), el campo magnético se puede transmitir sobre 
mayores distancias para, por ejemplo, poder llevarse la señal de áreas de 
alta temperatura. 
 Sensor de proximidad de ultrasonido 
Los ultrasonidos son una radiación mecánica de frecuencia superior a los 
audibles (20Khz). Toda radiación al incidir sobre un objeto, en parte se refleja, 
30 
 
en parte se transmite y en parte es absorbida. Si además hay un movimiento 
relativo entre la fuente de radiación y el reflector, se produce un cambio de 
frecuencia de la radiación (efecto Doppler). 
Todas estas propiedades de la interacción de una radiación con un objeto 
han sido aplicadas en mayor o menor grado a la medida de diversas 
magnitudes físicas. El poder de penetración de la radiación permite que 
muchas de estas aplicaciones sean totalmente no invasivas, es decir, que no 
acceda al interior del recinto donde se producen los cambios que se desean 
detectar. En función del tiempo que tarda el sonido en rebotar y volver, se 
calcula la distancia a la que se encuentra dicho objeto. 
Para efectos de esta investigación se utilizaron este tipo de sensores debido 
que al no necesitar el contacto físico con el objeto, ofrece la posibilidad de 
detectar objetos frágiles, además detecta cualquier material, 
independientemente del color, al mismo alcance, sin ajuste ni factor de 
corrección. Los mismos poseen un alcance mínimo y máximo de precisión de 
6 mm. Estos dispositivos a su vez son accesibles y de fácil implementación, lo 
que ayudo enormemente al desarrollo de esta investigación. 
 
2.6. TRANSDUCTORES 
 
En general se denomina transductor a todo dispositivo que convierte 
una señal física en un tipo de señal física de otro tipo; es decir, convierte 
un tipo de energía en otro. 
En un sistema de medida electrónico, el transductor es el componente 
que convierte la magnitud física que se desea medir en una señal eléctrica. 
31 
 
En este componente se puede diferenciar entre el sensor, que es el 
elemento sensible primario que responde a las variaciones de la magnitud 
que se mide, y el transductor, que es el que lleva a cabo la conversión 
energética entre la magnitud de entrada y la de salida. 
En general se pueden definir los transductores como dispositivos que 
convierten una señal física de entrada en una salida de tipo eléctrico, 
generalmente intensidad, voltaje o impedancia, de forma que sea una réplica 
lo más perfecta posible a la magnitud física. 
En función de lo anterior mente expuesto, y para efectos deesta 
investigación, se puede afirmar que el sensor ultrasónico utilizado en el 
desarrollo del dispositivo, en este caso el HC-SR04, funciona a su vez como 
transductor, ya que transforma los pulsos ultrasónicos en señales eléctricas, 
para posteriormente ser procesadas y determinar la posición del objeto. 
 
2.7. MICROCONTROLADORES 
 
 
Un microcontrolador es “un circuito integrado, en cuyo interior posee toda la 
arquitectura de un computador, esto es CPU, memorias RAM, EEPROM, y 
circuitos de entrada y salida.” Y agrega que “este necesita ser programado 
para realizar una simple función como el parpadeo de un led, hasta un 
sofisticado sistema de control automatizado de una fábrica”. 
Estos microcontroladores, no ejercen ninguna función en su estado original 
de fábrica, sino que deben ser programados para realizar diversas tareas 
cuyos límites dependen de las capacidades de cada microcontrolador. 
32 
 
2.7.1. ARQUITECTURA DEL ARDUINO 
 
 
Se compone de tres bloques fundamentales: la CPU (central Processing 
Unit), memoria (RAM y ROM) y las entrada y salidas. Los bloques se conectan 
entre sí mediante grupos de líneas eléctricas denominadas buses o pistas. Los 
buses pueden ser de direcciones (si transportan direcciones de memoria o 
entrada y salida), de datos (si transportan datos o instrucciones) o de control 
(si transportan señales de control diversas). 
La CPU es el cerebro central del arduino y actúa bajo control del programa 
almacenado en la memoria. La CPU se ocupa básicamente de traer las 
instrucciones del programa desde la memoria, interpretarlas y hacer que se 
ejecuten. La CPU también incluye los circuitos para realizar operaciones 
aritméticas y lógicas elementales con los datos binarios, en la denominada 
Unidad Aritmética y Lógica (ALU: Aritmetic and Logic Unit). 
 
2.7.2. LENGUAJE DE PROGRAMACION 
 
 
Según Enciclopedia Encarta (2006), un lenguaje de programación, en 
informática, es cualquier lenguaje artificial que puede utilizarse para definir una 
secuencia de instrucciones para su procesamiento por un ordenador o 
computadora. Es complicado definir qué es y qué no es un lenguaje de 
programación. Se asume generalmente que la traducción de las instrucciones a 
un código que comprende la computadora debe ser completamente sistemática. 
Normalmente es la computadora la que realiza la traducción. 
33 
 
Según Enciclopedia Encarta (2006), los lenguajes de programación se 
pueden separar en los siguientes tipos: 
 Lenguajes de bajo nivel: los microcontroladores que existen hoy en día 
procesan exclusivamente señales electrónicas binarias. Dar una 
instrucción a un microprocesador supone en realidad enviar series de unos 
y ceros espaciadas en el tiempo de una forma determinada. Esta 
secuencia de señales se denomina código máquina. El código representa 
normalmente datos y números e instrucciones para manipularlos. Un modo 
más fácil de comprender el código máquina es dando a cada instrucción 
un mnemónico, como por ejemplo STORE, ADD o JUMP. Esta abstracción 
da como resultado el ensamblador, un lenguaje de muy bajo nivel que es 
específico de cada microprocesador. 
Los lenguajes de bajo nivel permiten crear programas muy rápidos, pero 
que son a menudo difíciles de aprender. Más importante es el hecho de que 
los programas escritos en un bajo nivel son prácticamente específicos para 
cada procesador. Si se quiere ejecutar el programa en otra máquina con otra 
tecnología, será necesario reescribir el programa desde el principio. 
 Lenguajes de alto nivel: los ordenadores (PC) son las máquinas que 
realizan tareas de cálculos o procesamiento de textos. La descripción anterior 
es sólo una forma muy esquemática de ver una computadora. Hay un alto nivel 
de abstracción entre lo que se pide a la computadora y lo que realmente 
comprende. Existe también una relación compleja entre los lenguajes de alto 
nivel y el código máquina. (Enciclopedia Encarta 2006). 
34 
 
Los lenguajes de alto nivel son normalmente fáciles de aprender porque 
están formados por elementos de lenguajes naturales, como el inglés. En 
BASIC, el lenguaje de alto nivel más conocido, los comandos como "IF 
CONTADOR = 10 THEN STOP" pueden utilizarse para pedir a la 
computadora que pare si CONTADOR es igual a 10. Por desgracia para 
muchas personas esta forma de trabajar es un poco frustrante, dado que a 
pesar de que las computadoras parecen comprender un lenguaje natural, lo 
hacen en realidad de una forma rígida y sistemática. 
 Intérpretes y compiladores: la traducción de vitales instrucciones en lenguaje 
ensamblador (el código fuente) a un código máquina (o código objeto) no es un 
proceso muy complicado y se realiza normalmente por un programa especial 
llamado compilador. La traducción de un código fuente de alto nivel a un código 
máquina también se realiza con un compilador, en este caso más complejo, o 
mediante un intérprete. Un compilador crea una lista de instrucciones de código 
máquina, el código objeto, basándose en un código fuente. El código objeto 
resultante es un programa rápido y listo para funcionar, pero que puede hacer 
que falle el ordenador si no está bien diseñado. Los intérpretes, por otro lado, 
son más lentos que los compiladores ya que no producen un código objeto, sino 
que recorren el código fuente una línea cada vez. Cada línea se traduce a 
código máquina y se ejecuta. Cuando la línea se lee por segunda vez, como en 
el caso de los programas en que se reutilizan partes del código, debe compilarse 
de nuevo. Aunque este proceso es más lento, es menos susceptible de provocar 
fallos en la computadora. 
35 
 
En la presente investigación se implementa el lenguaje de bajo nivel 
para lograr la programación del Arduino, ya que es un lenguaje conocido 
ampliamente por los estudiantes de ingeniería electrónica, además que se 
cuenta con los softwares necesarios para la depuración y codificación del 
conjunto de instrucciones. 
 
2.8. ACTUADORES 
 
Un actuador es un dispositivo con la capacidad de generar una fuerza que 
ejerce un cambio de posición, velocidad o estado de algún tipo sobre un 
elemento mecánico, a partir de la transformación de energía. 
Estos dispositivos tienen la capacidad de transformar energía hidráulica, 
neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar 
un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador 
o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final 
de control, como por ejemplo una válvula. Son los elementos que influyen 
directamente en la señal de salida del automatismo, modificando su magnitud 
según las instrucciones que reciben de la unidad de control. 
Por lo regular los actuadores se clasifican en dos grandes grupos: 
 Por el tipo de energía que generan: actuador neumático, hidráulico y eléctrico. 
 Por el tipo de movimiento que generan: actuador lineal y rotativo. 
 
2.9. CIRCUITO DE DETECCION DE OBSTACULOS POR ULTRASONIDO 
 
El funcionamiento del circuito presentado en la figura 10 es el siguiente; 
El receptor de ultrasonidos RX está conectado a la entrada de un 
36 
 
amplificador de alta ganancia constituida por los transistores T1 y T2. La 
ganancia de esta etapa es tan importante, que se ha previsto el poder 
dosificarla por medio del potenciómetro P1, con el fin de que el circuito no 
entre en oscilación por sí solo. 
La salida de este amplificador está conectada al emisor de ultrasonidos 
TX, e igualmente, a los diodos D1 y D2. En presencia de un obstáculo, por lo 
tanto, debido a la entrada en oscilación del circuito, se dispondrá en los 
bornes de TX, de una señal pseudo senoidal de 40 Khz. Esta señal será re-
conformada por D1 y D2, y si es de amplitud suficiente, producirá sobre R6 
una corriente apta para hacer que T3 sea conductor. Este proceso no 
funciona en el modo "todo o nada", según la naturalezade la distancia al 
objeto. 
Las puertas lógicas CMOS trigger Schmitt IC1a e IC1b se encargan de 
producir, en la salida, una correcta señal rectangular. En presencia de un 
obstáculo, se obtendrá sobre S1 un nivel bajo y sobre S2 un nivel alto. La 
alimentación puede estar comprendida entre 5 y 12 voltios, entendiendo que 
la ganancia, y por lo tanto la sensibilidad de detección del montaje, aumenta y 
disminuye en función de la tensión de alimentación. 
 
2.10. FUNCIONAMIENTO DE LOS SENSORES ULTRASÓNICOS 
 
El ultrasonido es sonido exactamente igual al que escucha el ser 
humano normalmente, pero con una frecuencia mayor a la máxima audible 
37 
 
por el oído humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite 
superior de aproximadamente 20 KHz, mientras que se va a utilizar sonido 
con una frecuencia de 40 KHz. A este tipo de sonidos es a lo que se 
denomina Ultrasonidos. 
El funcionamiento básico de los sensores ultrasónicos como medidores de 
distancia se muestra en la figura 11, donde se tiene un receptor que emite un 
pulso de ultrasonido, el cual rebota sobre un determinado objeto y la reflexión 
de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos. 
El funcionamiento básico de los sensores ultrasónicos como medidores de 
distancia está basado en un sistema, donde se tiene un receptor que emite un 
pulso de ultrasonido, el cual rebota sobre un determinado objeto y la reflexión 
de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos. 
La mayoría de los sensores de ultrasonido de bajo costo se basan en la 
emisión de un pulso de ultrasonido cuyo lóbulo, o campo de acción, es de 
forma cónica. Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del 
sonido y la percepción del eco se puede establecer la distancia a la que 
se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda sonora, 
mediante la fórmula: 
 
 
 
 
Donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido 
entre la emisión y recepción del pulso. 
38 
 
2.11. PROBLEMAS CON LOS SENSORES ULTRASONICOS 
 
 
A pesar de que su funcionamiento parece muy sencillo, existen factores 
inherentes tanto a los ultrasonidos como al mundo real, que influyen de 
una forma determinante en las medidas realizadas. Por tanto, es necesario 
un conocimiento de las diversas fuentes de incertidumbre que afectan a 
las medidas para poder tratarlas de forma adecuada, minimizando su 
efecto en el conocimiento del entorno que se desea adquirir. Entre los 
diversos factores que alteran las lecturas que se realizan con los sensores 
de ultrasonido cabe destacar: 
 El campo de actuación del pulso que se emite desde un transductor de 
ultrasonido tiene forma cónica. El eco que se recibe como respuesta a la 
reflexión del sonido indica la presencia del objeto más cercano que se 
encuentra dentro del cono acústico y no especifica en ningún momento la 
localización angular del mismo. Aunque la opción de que el objeto 
detectado esté sobre el eje central del cono acústico, la posibilidad que el 
eco se haya producido por un objeto presente en la periferia del eje central 
no es en absoluto despreciable y ha de ser tenida en cuenta y tratada 
convenientemente. 
 La cantidad de energía acústica reflejada por el obstáculo depende en 
gran medida de la estructura de su superficie. Para obtener una reflexión 
altamente difusa del obstáculo, el tamaño de las irregularidades sobre la 
superficie reflectora debe ser comparable a la longitud de onda de la onda 
de ultrasonido incidente. 
39 
 
 En los sensores de ultrasónicos de bajo coste se utiliza el mismo transductor 
como emisor y receptor. Tras la emisión del ultrasonido se espera un 
determinado tiempo a que las vibraciones en el sensor desaparezcan y esté 
preparado para recibir el eco producido por el obstáculo. 
Esto implica que existe una distancia mínima d (proporcional al tiempo de 
relajación del transductor) a partir de la cual el sensor mide con precisión. Por 
lo general, todos los objetos que se encuentren por debajo de esta distancia, 
d, serán interpretados por el sistema como que están a una distancia igual a 
la distancia mínima. 
Los factores ambientales tienen una gran repercusión sobre las medidas ya 
que las ondas de ultrasonido se mueven por un medio material que es el aire. 
La densidad del aire depende de la temperatura, influyendo este factor sobre 
la velocidad de propagación de la onda según la expresión: 
 
 
 
 
Siendo Vso la velocidad de propagación de la onda sonora a 0 ºC, y T la 
temperatura absoluta (grados Kelvin). 
Un factor de error muy común es el conocido como falsos ecos. Estos falsos 
ecos se pueden producir por razones diferentes: Puede darse el caso en que 
la onda emitida por el transductor se refleje varias veces en diversas 
superficies antes de que vuelva a incidir en el transductor (si es que incide). 
Este fenómeno, conocido como reflexiones múltiples, implica que la lectura 
del sensor evidencia la presencia de un obstáculo a una distancia proporcional 
40 
 
al tiempo transcurrido en el viaje de la onda; es decir, una distancia mucho 
mayor que a la que está en realidad el obstáculo más cercano, que pudo 
producir la primera reflexión de la onda. 
De igual manera, otra fuente común de falsos ecos, conocida como 
crosstalk, se produce cuando se emplea un cinturón de ultrasonidos donde 
una serie de sensores están trabajando al mismo tiempo. En este caso 
puede ocurrir (y ocurre con una frecuencia relativamente alta) que un 
sensor emita un pulso y sea recibido por otro sensor que estuviese 
esperando el eco del pulso que él había enviado con anterioridad (o 
viceversa), lo cual se muestra en la figura 15. 
Las ondas de ultrasonido obedecen a las leyes de reflexión de las 
ondas, por lo que una onda de ultrasonido tiene el mismo ángulo de 
incidencia y reflexión respecto a la normal a la superficie. Esto implica que, 
si la orientación relativa de la superficie reflectora con respecto al eje del 
sensor de ultrasonido es mayor que un cierto umbral, el sensor nunca 
reciba el pulso de sonido que emitió. 
 
3. DEFINICION DE LAS VARIABLES 
 
Las variables objeto de estudio, son las siguientes: 
 Sistema Automático. 
 Sensores de Proximidad. 
Para los efectos de estudio se definirán se definirán en tres estratos: 
nominal, conceptual y operacional. 
41 
 
3.1. DEFINICIÓN NOMINAL 
 
 Sistema automático 
 Sensores de proximidad 
 
3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL 
 
 Sistema automático: 
Sistema: 
El concepto de sistema en general está sustentado sobre el hecho de que 
ningún sistema puede existir aislado completamente y siempre tendrá factores 
externos que lo rodean y pueden afectarlo, por lo tanto se puede referir a Muir 
citado en Puleo (1985), que dijo: "Cuando tratamos de tomar algo, siempre lo 
encontramos unido a algo más en el Universo". 
Puleo define sistema como "un conjunto de entidades caracterizadas por 
ciertos atributos, que tienen relaciones entre sí y están localizadas en un cierto 
ambiente, de acuerdo con un cierto objetivo". 
Automático: 
Es aquello perteneciente o relativo al autómata. Este término proviene del 
griego automatos que significa “con movimiento propio” o “espontáneo”. Por lo 
tanto, la noción de automático puede hacer referencia a distintas cuestiones. 
(Julián Pérez Porto y María Merino, 2009). 
 Sensor de proximidad: 
Dispositivo que proporciona una señal binaria de que un objeto está cerca 
(en la proximidad) de una cierta superficie, que con frecuencia es una pinza 
de robot (Timothy J. Maloney, 1979). 
42 
 
3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL 
 
 
Sistema automático: 
Los sistemas automáticos son aquellos que tienen la capacidad de realizar 
o supervisar una o más tareas sin la necesidad de algún tipo de ayuda o 
intervención externa. 
Sensor de proximidad: 
Los sensores de proximidad son transductores que tienen la capacidad de 
detectarobjetos circundantes al mismo sin la necesidad de hacer contacto con 
el objeto en cuestión.