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DeustoFacultad de Ingeniera Universidad de Deusto

Ingeniaritza Fakultatea Deustuko Unibertsitatea

Grado en Ingeniera en Tecnologas de TelecomunicacinTelekomunikazio Teknologien Ingeniaritzako Gradua

Proyecto fin de gradoGradu amaierako proiektua

PROYECTO FIN DE GRADO

iii

Resumen

El proyecto Voice Aided Vision (VAV), en castellano, Visin Asistida por Voz, define el

diseo y la implementacin de un sistema emisor-receptor, que tiene por objeto

transmitir informacin valiosa para usuarios con deficiencias visuales. El objetivo

principal del sistema ser informar al usuario, mediante voz, de la localizacin de un

semforo, su estado y el tiempo que resta para que ste cambie de color. Asimismo,

este sistema permite al usuario identificar puntos de inters como pueden ser

dependencias en el interior de un edificio, accesos a comercios y servicios pblicos... o

lugares que puedan entraar peligro. Adems, el dispositivo receptor dispone de un

sensor de distancia ultrasnico con el fin de detectar obstculos en las proximidades del

usuario.

Una Raspberry Pi (placa computacional) y un adaptador USB Bluetooth son los

elementos hardware principales en los que se basa el proyecto. El adaptador USB

Bluetooth proporciona la comunicacin entre el emisor y el receptor mientras que la

Raspberry Pi es la encargada de la gestin de la informacin y las conexiones.

Ambos elementos son hardware de bajo coste, ya que el proyecto tiene vocacin de ser

accesible a todo tipo de usuarios, lo cual facilita tambin, que las entidades pblicas y

privadas puedan mostrar inters por la implantacin del sistema, dando as un paso ms

hacia la construccin de una Smartcity.

El proyecto VAV mejora la autonoma y la capacidad de identificacin del entorno por el

que se mueve el usuario con deficiencia visual, redundando en su calidad de vida.

Descriptores

Visin Asistida por Voz

Bluetooth

Sensor de distancia

Raspberry Pi

Semforo


v

ndice de Contenido

1. Introduccin ............................................................................................................................ 1

2. Antecedentes ......................................................................................................................... 5

2.1 Hardware y Software personalizable ............................................................................ 5

2.2 Los Smartphones y sus aplicaciones ............................................................................ 5

2.3 Situacin de las personas con problemas visuales ...................................................... 6

2.3.1 Aplicaciones para personas con problemas visuales ............................................... 6

2.4 Sistemas para ayudar a los invidentes a cruzar la calle implantados en ciudades

espaolas. ................................................................................................................................. 7

2.4.1 Bilbao ......................................................................................................................... 7

2.4.2 Vigo ........................................................................................................................... 8

2.4.3 Elche .......................................................................................................................... 8

2.5 Otros sistemas para ayudar a los invidentes a cruzar la calle .................................... 10

2.5.1 Walking Green Android ........................................................................................... 10

2.5.2 Proyecto InMoBS de Siemens ................................................................................ 11

2.6 Estudio de las tecnologas .......................................................................................... 12

2.6.1 Estudio sobre la comunicacin inalmbrica ............................................................ 12

2.6.2 Estudio sobre el Hardware ...................................................................................... 19

2.7 Estudio de la semafrica para el proyecto VAV .......................................................... 26

2.7.1 Componentes principales de un semforo genrico ............................................... 27

2.7.2 Integracin del dispositivo emisor del proyecto VAV en un semforo comn ........ 31

3. Justificacin .......................................................................................................................... 33

3.1 Debilidades .................................................................................................................. 33

3.2 Amenazas ................................................................................................................... 33

vi

3.3 Fortalezas .................................................................................................................... 34

3.4 Oportunidades ............................................................................................................. 34

3.4.1 Aumento de personas con deficiencia visual en Espaa ........................................ 34

3.4.2 Fcil acceso al diseo de aplicaciones mviles: ..................................................... 34

3.4.3 Inversin constante o intermitente por los ayuntamientos en la adaptacin de las

ciudades a los discapacitados: ............................................................................................ 34

3.4.4 Creciente uso de dispositivos mviles por parte de toda la poblacin, incluidos los

ciegos o de visibilidad reducida: .......................................................................................... 35

4. Objetivo y alcance ................................................................................................................ 37

4.1 Objetivos ...................................................................................................................... 37

4.2 Alcance ........................................................................................................................ 37

5. Metodologa .......................................................................................................................... 39

5.1 Fase 0: Elaboracin del Plan de Proyecto .................................................................. 39

5.2 Fase 1: Actividades previas ......................................................................................... 39

5.3 Fase 2: Comienzo general de proyecto ...................................................................... 40

5.4 Fase 3: Desarrollo especfico del proyecto ................................................................. 40

5.5 Fase 4: Experimentacin y depuracin del proyecto .................................................. 40

5.6 Fase 6: Elaboracin del Plan de Negocio ................................................................... 41

6. Diseo y Desarrollo .............................................................................................................. 43

6.1 Diseo del sistema VAV .............................................................................................. 43

6.1.1 El emisor .................................................................................................................. 43

6.1.2 El receptor ............................................................................................................... 45

6.2 Desarrollo .................................................................................................................... 46

6.2.1 Estudio en profundidad de las conexiones Bluetooth ............................................. 46

6.2.2 Configuracin y funcionamiento del dispositivo emisor........................................... 49

6.2.3 Configuracin y funcionamiento del dispositivo receptor ........................................ 80


vii

6.2.4 Configuracin del arranque de los dispositivos emisores y receptores ................ 101

6.2.5 Resultados............................................................................................................. 104

6.2.6 Anlisis de situaciones crticas ............................................................................. 108

6.2.7 Versiones del dispositivo receptor ........................................................................ 110

7. Planificacin ....................................................................................................................... 113

7.1 Diagrama de Gantt del Proyecto ............................................................................... 113

8. Presupuesto ....................................................................................................................... 115

9. Conclusiones y lneas futuras ............................................................................................ 117

9.1 Conclusin ................................................................................................................. 117

9.2 Lneas futuras ............................................................................................................ 118

9.2.1 Redes Mesh ........................................................................................................ 118

9.2.2 Mejora del detector de obstculos ........................................................................ 119

9.2.3 Sustitucin de la Raspberry Pi por una placa computacional exclusiva ............... 120

9.2.4 Dotacin de inteligencia independiente al emisor de los semforos .................... 120

10. Bibliografa .................................................................................................................... 121

10.1 Raspberry Pi .............................................................................................................. 121

10.2 Arduino ...................................................................................................................... 121

10.3 Bluetooth ................................................................................................................... 122

10.4 Wi-Fi .......................................................................................................................... 122

10.5 Python ....................................................................................................................... 123

10.6 Informacin adicional ................................................................................................ 123

10.7 Productos o aplicaciones .......................................................................................... 123

11. Anexos........................................................................................................................... 125

11.1 Cdigo de Emisor tipo Semforo: enviadortimer.py ............................................. 125

11.2 Cdigo de Emisor tipo Ascensor: ascensor.py .................................................... 127

viii

11.3 Cdigo de Emisor tipo Obstculo: obstaculo.py ..................................................... 128

11.4 Cdigo de Emisor del tipo Dependencia: dependencia.py ..................................... 130

11.5 Cdigo de Receptor en modo recepcin de mensajes: clientecompleto.py ............. 131

11.6 Cdigo de Receptor en modo deteccin de obstculos: distancia.py....................... 134

11.7 Cdigo de Pulsador del receptor: pulsador.py .......................................................... 136


ix

ndice de diagramas

Diagrama 1: regulador semafrico genrico ............................................................................... 28

Diagrama 2: interruptores magnetotrmicos y diferencial monobloc .......................................... 29

Diagrama 3: elementos de Sistema VAV e interrelacin de los mismos .................................... 43

Diagrama 4: conexin Bluetooth con el perfil GAVDP ................................................................ 46

Diagrama 5: modelo del perfil GAVDP........................................................................................ 47

Diagrama 6: estados del dispositivo emisor................................................................................ 49

Diagrama 7: visin general del dispositivo emisor de tipo semforo .......................................... 51

Diagrama 8: importacin de libreras para el emisor del tipo "Semforo .................................. 52

Diagrama 9: declaracin de variables en el emisor del tipo "Semforo" .................................... 53

Diagrama 10: bsqueda de dispositivos receptores en el emisor de tipo "Semforo" ............... 54

Diagrama 11: impresin en pantalla del resultado de la bsqueda ............................................ 54

Diagrama 12: apertura y lectura de ficheros en el emisor del tipo "Semforo .......................... 55

Diagrama 13: creacin del socket y espera de recepcin de conexin en el emisor del tipo

"semforo" ................................................................................................................................... 55

Diagrama 14: determinacin de si el receptor est cerca o no en el emisor del tipo "Semforo"

..................................................................................................................................................... 56

Diagrama 15: envo de mensajes dependiendo de la potencia de la conexin en el emisor del

tipo Semforo .............................................................................................................................. 57

Diagrama 16: anlisis del tiempo restante para que el semforo cambie de estado ................. 58

Diagrama 17: espera de recepcin de confirmacin de reproduccin en el dispositivo receptor

..................................................................................................................................................... 59

Diagrama 18: explicacin general del emisor del tipo "Ascensor" .............................................. 60

Diagrama 19: importacin de libreras necesarias en el emisor del tipo "Ascensor" .................. 61

Diagrama 20: declaracin de variables en el emisor del tipo "Ascensor ................................... 62

Diagrama 21: bsqueda de dispositivos receptores en el emisor del tipo "Ascensor ............... 62

x

Diagrama 22: impresin en pantalla del resultado de la bsqueda en el emisor del tipo "Ascensor"

..................................................................................................................................................... 63

Diagrama 23: creacin de socket y establecimiento de la conexin en el emisor del tipo

"Ascensor ................................................................................................................................... 63

Diagrama 24: determinacin de si el receptor est lo suficintemente cerca o no en el el emisor

de tipo "Ascensor" ....................................................................................................................... 64

Diagrama 25: envo de mensaje Bluetooth dependiendo de la posicin del receptor y espera de

confirmacin de reproduccin ..................................................................................................... 65

Diagrama 26: explicacin general del dispositivo emisor del tipo "Dependencia" ...................... 67

Diagrama 27: importacin de libreras en el emisor del tipo "Dependecia" ................................ 68

Diagrama 28: declaracin de variables en el emisor del tipo "Dependencia" ............................. 69

Diagrama 29: declaracin de variables en el emisor del tipo "Dependencia" ............................. 70

Diagrama 30: impresin en pantalla del resultado de la bsqueda en el emisor del tipo

"Dependecia" ............................................................................................................................... 70

Diagrama 31: creacin de socket y peticin de conexin en el emisor del tipo "Dependecia" ... 71

Diagrama 32: determinacin de si el receptor est lo suficientemente cerca o no en el emisor del

tipo "Dependecia" ........................................................................................................................ 72

Diagrama 33: envo de mensajes dependiendo de la distancia del receptor en el emisor del tipo

"Dependecia" ............................................................................................................................... 73

Diagrama 34: explicacin general del emisor del tipo "Obstculo" ............................................. 75

Diagrama 35: importacin de libreras en el emisor del tipo "Obstculo" ................................... 76

Diagrama 36: declaracin de variables en el emisor del tipo "Obstculo" .................................. 77

Diagrama 37: bsqueda de dispositivo receptor en el emisor del tipo "Obstculo" .................... 77

Diagrama 38: impresin en pantalla del resultado de la bsqueda en el emisor del tipo

"Obstculo" .................................................................................................................................. 78

Diagrama 39: creacin de socket y peticin de conexin en el emisor del tipo "Obstculo" ...... 78

Diagrama 40: determinacin de si el receptor est lo suficientemente cerca o no en el emisor del

tipo "Obstculo" ........................................................................................................................... 79


xi

Diagrama 41: envo de mensajes segn la distancia del receptor en el emisor del tipo "Obstculo"

..................................................................................................................................................... 80

Diagrama 42: estados del dispositivo receptor ........................................................................... 81

Diagrama 43: estados del receptor en modo de deteccin de obstculos. ................................ 82

Diagrama 44: explicacin general del dispositivo receptor ......................................................... 83

Diagrama 45: importacin de libreras en el dispositivo receptor ............................................... 84

Diagrama 46: configuracin de los pines GPIO en el dispositivo receptor ................................. 85

Diagrama 47: establecimiento del dispositivo receptor como descubrible ................................. 85

Diagrama 48: definicin de la funcin semaforo () ..................................................................... 86

Diagrama 49: guardado y reproduccin de los mensajes en la funcin semaforo() .................. 87

Diagrama 50: definicin de la funcin ascensor() ....................................................................... 87

Diagrama 51: guardado y reproduccin de los mensajes en la funcin ascensor() ................... 88

Diagrama 52: definicin de la funcin obstaculo() ...................................................................... 89

Diagrama 53: guardado y reproduccin de los mensajes en la funcin obstaculo() .................. 90

Diagrama 54: definicin de la funcin dependecia() ................................................................... 91

Diagrama 55: guardado y reproduccin de los mensajes en la funcin dependecia() ............... 92

Diagrama 56: definicin de identificadores en dispositivo receptor ............................................ 93

Diagrama 57: aceptacin de conexin del emisor y espera de recepcin del identificador de tipo

de dispositivo ............................................................................................................................... 94

Diagrama 58: explicacin general de la funcin de reseteo ....................................................... 95

Diagrama 59: explicacin general de la funcin de deteccin de obstculos del dispositivo

receptor ....................................................................................................................................... 96

Diagrama 60: importacin de libreras en la funcin de deteccin de obstculos en el dispositivo

receptor ....................................................................................................................................... 97

Diagrama 61: establecimiento de la funcin de los pines GPIO del dispositivo receptor ........... 98

Diagrama 62: explicacin de cmo se determina la distancia utilizando un sensor de distancia

ultrasnico ................................................................................................................................... 99

xii

Diagrama 63: envo de un mensaje u otro dependiendo la distancia del objeto detectado ..... 101


xiii

ndice de Tablas

Tabla 1: aspectos destacables y carencias de las ayudas para cruzar la calle en la ciudad de

Bilbao ............................................................................................................................................ 7


Vigo ............................................................................................................................................... 8


Elche.............................................................................................................................................. 9

Tabla 4: aspectos destacables y carencias de Walking Green Android ..................................... 11

Tabla 5: aspectos destacables y carencias del proyecto InMoBS .............................................. 12

Tabla 6: comparativa entre Bluetooth y Wi-Fi ............................................................................. 18

Tabla 7: diagrama de Gantt del Proyecto ................................................................................. 114

Tabla 8: presupuesto de materiales del Proyecto ..................................................................... 116

Tabla 9: gastos de personal del Proyecto ................................................................................. 116


xv

ndice de Ilustraciones

Ilustracin 1: Esquema de red Wi-Fi ........................................................................................... 15

Ilustracin 2: Raspberry Pi 2 Model B ......................................................................................... 21

Ilustracin 3: esquema de la Raspberry Pi 2 Model B ................................................................ 22

Ilustracin 4: Arduino UNO ......................................................................................................... 24

Ilustracin 5: esquema de Arduino UNO..................................................................................... 25

Ilustracin 6: armario donde se encuentra la inteligencia de los semforos .............................. 27

Ilustracin 7: dispositivo emisor del sitema VAV conectado a un simulador de semforo ......... 44

Ilustracin 8: dispositivo emisor VAV .......................................................................................... 44

Ilustracin 9: dispositivo receptor del Sistema VAV .................................................................... 45

Ilustracin 10: detalle del dispositivo receptor del Sistema VAV (botn de reseteo) ................ 45

Ilustracin 11: prueba de campo. Utilizando el simulador de semforo en una escenario real 107

Ilustracin 12: prueba de campo junto a un semforo del Ayuntamiento de Bilbao ................. 107

Ilustracin 13: distancias entre los semforo de la interseccin de Gran Va con Almeda Urquijo

y Alameda Mazarredo ............................................................................................................... 108

Ilustracin 14: Redes "mesh" aplicadas a una Smartcity .......................................................... 119


1

1. INTRODUCCIN

En la presente memoria se detallan los procedimientos y recursos empleados en el

diseo de un sistema de asistencia a personas con deficiencias visuales. Es el trabajo

que cierra un ciclo de formacin universitaria y que pretende demostrar que la formacin

recibida es suficientemente madura como para tener valor profesional y social.

Al sistema creado se le ha dado la denominacin Voice Aided Vision (VAV), que en

castellano significa Visin Asistida por Voz, y que da idea ya desde el comienzo de este

documento sobre la utilidad del mismo.

Se ha creado un logotipo que expresa de una manera

visual la finalidad del proyecto. Por un lado se expresa

mediante unas ondas que el proyecto se basa en

telecomunicacin. Por otro lado, los colores rojo y

verde representan el origen de este proyecto, que tena como referente los semforos

aunque en el desarrollo se ha ampliado a otras funcionalidades.

A lo largo de este documento se detallarn profusamente los diferentes pasos dados,

los muchos esfuerzos, pruebas exitosas algunas y otras no tanto, que se han realizado.

Se aportarn evidencias documentales, grficos y diagramas que explicarn las

diferentes funcionalidades del sistema as como algunas lneas de desarrollo posterior.

Con finalidad fundamentalmente demostrativa se han elaborado recreaciones y

prototipos que facilitarn la comprensin del funcionamiento del proyecto. Los

materiales que se han utilizado para ello han sido elegidos atendiendo no tanto a la

idoneidad en un producto final sino a su utilizacin en el trabajo presente. Por ello una

implementacin definitiva del producto conllevara su adecuacin.

INTRODUCCIN

2

En el proyecto se define el diseo y la implementacin de un sistema emisor-receptor,

que tiene por objeto transmitir informacin valiosa para usuarios con deficiencias

visuales. El objetivo principal del sistema ser informar al usuario, mediante voz, de la

localizacin del semforo, su estado y el tiempo que resta para el cambio de color del

mismo. Asimismo, este sistema permite al usuario identificar puntos de inters como

pueden ser dependencias en el interior de un edificio, accesos a comercios, a servicios

pblicos... o lugares que puedan entraar peligro. Cabe destacar que existe la

posibilidad de dotar al dispositivo receptor de un sensor de distancia ultrasnico con el

fin de detectar obstculos en las proximidades, aumentando as las prestaciones de

utilizacin prctica del mismo.

Tanto el dispositivo emisor como el receptor es una Raspberry Pi. Este dispositivo es

un ordenador de bajo coste que tiene muchas posibilidades de desarrollo. Esta placa

tiene el tamao de una tarjeta de crdito, y esto facilita su integracin en diferentes

elementos sin causar gran impacto.

El dispositivo que permite enlazar emisor con receptor es un adaptador USB Bluetooth.

Este dispositivo es adecuado para el proyecto VAV tanto por su sencilla utilizacin y

conexin como por su precio reducido.

Se utiliza hardware de precio asequible debido a que el proyecto tiene vocacin de ser

accesible a todo tipo de usuarios, lo cual facilita tambin, que las entidades pblicas y

privadas puedan mostrar inters por la implantacin del sistema, dando as un paso ms

hacia la construccin de una Smartcity.

A continuacin, se desarrolla a grandes rasgos el funcionamiento del sistema:

El emisor busca un receptor constantemente hasta encontrarlo.

El receptor est a la escucha.

Cuando el receptor es localizado por el emisor, se establece una conexin.


3

El emisor analiza la potencia de la seal Bluetooth para determinar si el

receptor est a la distancia adecuada.

El emisor enva su identificador seguido de mensajes tiles para el usuario

El receptor captura la informacin recibida, la identifica, la guarda y la

reproduce utilizando un sintetizador de voz.

El receptor enva una confirmacin de la reproduccin de los mensajes.

El emisor recibe la confirmacin y repite el proceso desde el punto nmero 3

hasta que el receptor salga del campo de accin del emisor.

El sistema se reinicia.

En conclusin, el sistema VAV mejora la autonoma y la capacidad de identificacin del

entorno por el que se mueve el usuario con deficiencia visual, redundando en su calidad

de vida.

INTRODUCCIN

4


5

2. ANTECEDENTES

El crecimiento desmesurado de las tecnologas ha afectado a nuestra vida de una forma

considerable, en gran medida por la evolucin de las tecnologas mviles. En torno al

ao 2000, las PDA1 y los primeros Smartphones2 se hicieron notar y desde aquel

entonces la usabilidad y utilidad de estas tecnologas ha aumentado exponencialmente.

2.1 HARDWARE Y SOFTWARE PERSONALIZABLE

Tan grande es el aumento de las tecnologas de los dispositivos inteligentes que su uso

se ha convertido en cotidiano. Cada vez son ms los usuarios que no tienen suficiente

con lo ya creado que dedican su tiempo en crear nuevos inventos y aplicaciones.

Es por este motivo que ltimamente se hayan puesto muy de moda las tarjetas Arduino3

y Raspberry Pi, que son ordenadores de bajo costo y permiten desarrollar infinidad de

aplicaciones y sistemas si disponemos de conocimientos bsicos de programacin.

2.2 LOS SMARTPHONES Y SUS APLICACIONES

Los datos revelan que el Smartphone se ha consolidado definitivamente en nuestras

vidas de tal modo que ya se puede hablar del mercado espaol como un mercado

maduro. La penetracin del Smartphone alcanza el 80% del total en 2013, frente al 59%

de 2012 y del 39% del ao anterior.4

Adems, el uso del Smartphone alcanza a todos los tramos de edad, si bien su uso est

ms extendido entre las capas ms jvenes de la poblacin.

1 Del ingls: Personal Digital Assistant. Ordenador de bolsillo. 2 Del ingls: telfonos inteligentes que tienen mltiples funciones a parte de poder realizar y recibir llamadas. 3 Ordenador de bajo costo 4 Estudio. Datos poblacin Espaola.

ANTECEDENTES

6

Adicionalmente, una de las tendencias ms relevantes en el uso de los dispositivos

mviles es el espectacular incremento del uso de las aplicaciones. En 2012, con la

penetracin del Smartphone en un 59%, el 41% de los usuarios se conectaba a Internet

a travs de aplicaciones. En el ao 2013, con una penetracin en el mercado del 80%,

esa cifra alcanzaba ya al 71% de los usuarios.

2.3 SITUACIN DE LAS PERSONAS CON PROBLEMAS VISUALES

Cada da salen nuevas aplicaciones, dispositivos o sistemas que nos facilitan la vida y

se integran con objetos inteligentes. El caso es que, si bien todos estos avances estn

al alcance de la mayora, no es as para algunos. Este es el caso de los ciegos o

personas con deficiencia visual.

Segn los datos de los afiliados a la ONCE (Organizacin Nacional de Ciegos

Espaoles) cada vez hay menos personas con ceguera, es decir, personas que no ven

nada en absoluto o que solo perciben luz. Sin embargo, cada vez hay ms afiliados con

deficiencia visual, que son aquellos que mantienen un resto visual cuantificable.

Los ciegos en Espaa son una minora ya que representan el 0,26% de nuestra

sociedad. Es decir, 1 de cada 400 personas tiene problemas de visin y por lo tanto,

tienen problemas para desenvolverse en la vida cotidiana.

2.3.1 Aplicaciones para personas con problemas visuales

En la actualidad, an con un abanico bastante ms limitado que el resto, los ciegos y

personas con deficiencia visual tambin disponen de aplicaciones tiles para su vida

cotidiana. Un ejemplo de ellas podra ser KNFB Reader, que lee textos escritos en voz

alta, Ariadne GPS, que ubica al usuario en un mapa hablado o LookTel Money Reader,

que es capaz de identificar billetes de todas las divisas.


7

Como hemos citado en la introduccin el presente proyecto va a consistir en desarrollar

una aplicacin para este colectivo.

2.4 SISTEMAS PARA AYUDAR A LOS INVIDENTES A CRUZAR LA CALLE IMPLANTADOS EN CIUDADES ESPAOLAS.

2.4.1 Bilbao

En el caso de Bilbao, todos los pasos de cebra tienen un embaldosado con sobre

relieves, para que al ser pisados, los ciegos sepan que se encuentran ante un paso de

peatones. No obstante, este tipo de baldosas puede resultar molesto cuando la suela

del zapato que se lleva es fina y lo que es mucho ms importante, son potencialmente

peligrosas cuando estn mojadas, ya que debido a los sobre relieves la superficie de

agarre es mucho menor. A todo lo anterior habra que aadir que este sistema de

embaldosado es caro tanto en su implantacin como en su mantenimiento.

Adems algunos de los semforos disponen de un sistema de sonido que advierte

mediante una seal sonora que el semforo se encuentra en verde. Este sistema es

activado por el propio invidente. Sin embargo, el sonido que emite el semforo, pese a

resultar de gran ayuda para la persona con problemas de visin, es molesto para el resto

de viandantes y vecinos de la zona.

Destacable Carencias

Cumple la funcin de ayudar a los

invidentes a cruzar.

Es un sistema ya implantado en la

mayora de ciudades espaolas.

Seal acstica molesta.

Baldosas peligrosas y molestas.

Tabla 1: aspectos destacables y carencias de las ayudas para cruzar la calle en la ciudad de Bilbao

ANTECEDENTES

8

2.4.2 Vigo

En enero del 2014, en Vigo, Trfico adapto los semforos con un sistema Bluetooth con

el objetivo de reducir las quejas de los vecinos por el ruido que emitido por los

semforos.

Una vez adaptados los semforos, un mvil con tecnologa Bluetooth es lo nico

necesario para que el mecanismo funcione. La ONCE tiene adems unos dispositivos

especficos para que sus afiliados puedan portar si carecan de mvil.

Para la coordinacin con los semforos solo es preciso realizar un pequeo cambio en

la configuracin del terminal. El funcionamiento es muy sencillo. Cada vez que el

semforo detecte su presencia, la seal acstica funcionar como de costumbre. Una

vez que el peatn atraviese el paso, el pitido se apagar de inmediato sin ni siquiera

esperar a que la luz vuelva a cambiar de verde a rojo.


Para la coordinacin con los semforos

solo es preciso realizar un pequeo

cambio en la configuracin del terminal.

Bluetooth detecta la presencia sin

necesidad de que el invidente haga nada.

Substituible por el aparato de la ONCE.

La seal acstica contina siendo el

mismo y son todos los vecinos los que

oyen el sonido.

El ruido permite conocer el estado del

semforo pero no el tiempo de cambio de

verde a rojo.

Tabla 2: aspectos destacables y carencias de las ayudas para cruzar la calle en la ciudad de Vigo

2.4.3 Elche

El Ayuntamiento de Elche, en colaboracin con la Fundacin ONCE, ha implantado

dispositivos para que personas con discapacidad visual activen la acstica de los


9

semforos, a travs de un mando a distancia o por el Bluetooth del mvil. Los

dispositivos funcionarn slo cuando el usuario lo requiera para evitar as ruidos

innecesarios.

El proyecto, denominado Pasblue, ha sido desarrollado por una empresa de la

Fundacin ONCE a partir de un procedimiento de aviso acstico para semforos

peatonales que se integra en una ptica de tecnologa LED para que los peatones

puedan cruzar la calzada con seguridad.

La informacin acstica emitida a travs del sistema se basa en tonos de frecuencia y

duracin diferenciadas que permiten al usuario aproximarse y situarse en la zona de

inicio del cruce. El mtodo se activa bien mediante el mando a distancia proporcionado

al usuario por la ONCE o por el Bluetooth del mvil cuando la persona lo precise.

En la actualidad se ha habilitado dicho dispositivo en siete cruces semafricos de Elche,

segn las prioridades de los usuarios con problemas de visin.


Para la coordinacin con los semforos

solo es preciso realizar un pequeo

cambio en la configuracin del terminal.

Bluetooth detecta la presencia sin

necesidad de que el invidente haga nada.

Substituible por el aparato de la ONCE.

La seal acstica contina siendo el

mismo y son todos los vecinos los que

oyen el sonido.

El ruido permite conocer el estado del

semforo pero no el tiempo de cambio de

verde a rojo.

Tabla 3: aspectos destacables y carencias de las ayudas para cruzar la calle en la ciudad de Elche

ANTECEDENTES

10

2.5 OTROS SISTEMAS PARA AYUDAR A LOS INVIDENTES A CRUZAR LA CALLE

2.5.1 Walking Green Android

La Fundacin I+D del Software Libre (Fidesol) ha firmado un convenio con Fundacin

La Caixa para el desarrollo de Walking Green Android, una aplicacin para ayuda a

invidentes, pensada para convertirse en el 'semforo mvil'

Esta aplicacin, diseada para dispositivos mviles con el sistema operativo Android,

permitir a las personas invidentes o con visin reducida detectar si un semforo est

en verde o en rojo. Para ello la cmara del mvil realizar un barrido orientando hacia

el lugar aproximado donde debe encontrarse el semforo. Para ello analizar una serie

de parmetros, como patrones, colores o luminosidad. En caso de que los parmetros

coincidan con los necesarios para saber si el semforo est en verde o en rojo, se

indicar con una locucin o vibracin, pero si no se dan esos parmetros, continuar

con el reconocimiento de la escena.

Los investigadores han utilizado algoritmos establecidos previamente en una biblioteca

de Software Libre de visin artificial (OpenCV) con los cuales van a trabajar para la

mejora del reconocimiento de los colores en tiempo real, pues, por ejemplo, el verde

puede pasar desapercibido para el dispositivo si el semforo est en sombra o en una

zona excesivamente iluminada. Otras partes que mejorar son la adaptacin de la

aplicacin segn la memoria y la capacidad del mvil.


11


La locucin o vibracin se emite

directamente al usuario de la aplicacin.

Al usar la cmara y ser esta la que hace el

barrido, no requiere una instalacin

adicional en los semforos.

Posibles fallos en la deteccin de los

colores ya que funciona a travs de la

cmara del mvil.

Necesaria la cmara que implica un

consumo alto de batera.

La aplicacin depende de la memoria y la

capacidad del mvil.

Tabla 4: aspectos destacables y carencias de Walking Green Android

Extrado de Tendencias21, http://www.tendencias21.net/Una-app-ayuda-a-los-ciegos-

a-moverse-por-la-ciudad_a39494.html

2.5.2 Proyecto InMoBS de Siemens

La multinacional alemana Siemens est desarrollando un sistema que ayuda a las

personas ciegas y deficientes visuales a andar de forma segura a travs de las ciudades.

En colaboracin con la Universidad Tcnica de Braunschweig y varios socios, Siemens

est trabajando en un sistema de asistencia integral a las personas con discapacidad

visual, en el marco de un proyecto de investigacin titulado InMoBS (Inner-city mobility

support for the blind and visually impaired).

La solucin se basa en los datos transmitidos entre la infraestructura de trfico y los

dispositivos mviles de las personas ciegas. Las situaciones crticas se producen en las

intersecciones, por ejemplo. Aunque las seales de los semforos por lo general emiten

un pitido para informar a las personas con discapacidad visual, stas no saben cunto

tiempo va a estar la luz en verde o por dnde exactamente es seguro caminar. Para

ANTECEDENTES

12

proporcionar dicha informacin, Siemens integra en los Smartphones su tecnologa

car2x, que se utiliza para transmitir datos entre los coches y las infraestructuras de

trfico. De esta manera proporciona a sus usuarios un planificador de rutas en lnea que

pueden utilizar en casa para encontrar la ruta con menos barreras a sus destinos. La

aplicacin de Smartphone emite seales de vibracin o gua verbalmente a los usuarios

a lo largo de esta ruta.


Es una aplicacin completsima, con

muchsima informacin tanto para

conductores como viandantes.

Necesario un sistema especfico tanto en

los coches, como los semforos y por lo

tanto muy caro.

Sistema poco maduro debido a la

complejidad y el tiempo necesario para

llevarlo a cabo.

Proyecto a largo plazo.

Tabla 5: aspectos destacables y carencias del proyecto InMoBS

2.6 ESTUDIO DE LAS TECNOLOGAS

2.6.1 Estudio sobre la comunicacin inalmbrica

Este proyecto trata de dar solucin a un problema de accesibilidad y movilidad de las

personas con deficiencia visual, por eso, la comunicacin entre dispositivos tiene que

ser wireless5 para tener libertad de movimiento. Para ello se estudiarn los dos tipos

de tecnologas de conexin wireless por excelencia: la tecnologa Bluetooth y la

tecnologa Wi-Fi.

5 Inalmbrico


13

2.6.1.1 Tecnologa Bluetooth

2.6.1.1.1 Qu es la tecnologa Bluetooth?

La tecnologa Bluetooth es un estndar inalmbrico que permite conectar dispositivos

y servicios de forma segura. Fue creado por Ericsson en 1994, y la idea principal de

esta tecnologa era ser una alternativa a los cables de datos RS-232. Sin embargo, hoy

en da, esta tecnologa se utiliza para muchos ms tipos de conexiones inalmbricas.

El ncleo del sistema Bluetooth consta de un transceptor de RF, de banda base, y la

pila de protocolo. El sistema ofrece servicios que permiten la conexin de varios

dispositivos y el intercambio de una gran variedad de clases de datos.

2.6.1.1.2 Alcance de la tecnologa Bluetooth

Los dispositivos Bluetooth funcionan en la banda de 2.4 GHz que es una banda libre

que no requiere de licencia para usarla. Se aplica un transceptor salto de frecuencias

para combatir la interferencia y la decoloracin de la seal.

Se definen dos modos de modulacin. El modo obligatorio, denominado Tasa Bsica

(Basic Rate), utiliza una modulacin FM binaria para minimizar la complejidad

transceptor. El modo opcional, que se llama Velocidad de Datos Mejora (Enchanced

Data Rate) utiliza una modulacin PSK y tiene dos variantes: / 4-QPSK y 8PSK. La

velocidad de smbolo para todos los esquemas de modulacin es 1 Mbps. La velocidad

de datos en bruto es de 1 Mbps para la velocidad bsica, 2 Mbps para la velocidad de

datos mejorada utilizando / 4-DQPSK y 3 Mbps para la velocidad de datos mejorada

utilizando 8DPSK.

En la transmisin, que es full-duplex, se usa el esquema de transmisin por divisin del

tiempo (TDD).

ANTECEDENTES

14

2.6.1.1.3 Capa de enlace Bluetooth

El Protocolo de Gestin de Enlaces (LMP, Link Manager Protocol) controla y negocia

todos los aspectos de la operacin de la conexin Bluetooth entre dos dispositivos.

Esto incluye la puesta a punto y el control de las comunicaciones lgicas y enlaces

lgicos, y tambin de los enlaces fsicos. El Protocolo de Gestin de Enlaces se utiliza

para la comunicacin entre los gestores de enlace (LM, Link Managers) en los dos

dispositivos conectados por la comunicacin lgica ACL.

Los dispositivos que estn activos dentro de una piconet (red de comunicacin que

crean dos o ms equipos Bluetooth, puede estar compuesta hasta un mximo de siete

unidades) tienen una comunicacin lgica asncrona predeterminada para el transporte

de la sealizacin del protocolo LMP. Es lo que se conoce como comunicacin lgica

ACL. Esta comunicacin es la que se establece cuando un dispositivo se une a una

piconet. Se pueden crear comunicaciones lgicas adicionales si resulta necesario para

transportar el flujo de datos sncronos.

2.6.1.2 Tecnologa Wi-Fi

2.6.1.2.1 Qu es la tecnologa Wi-Fi?

Wi-Fi es el nombre de la popular tecnologa de red inalmbrica que utiliza ondas de radio

para proporcionar conexiones inalmbricas de Internet y de la red de alta velocidad. Un

error comn es que el trmino Wi-Fi es la abreviatura de "Wireless Fidelity", sin embargo

este no es as. Wi-Fi es simplemente una frase de marca registrada que significa IEEE

802.11x.

2.6.1.2.2 Cmo funciona la tecnologa Wi-Fi?

Wi-Fi funciona sin conexin cableada fsica entre el emisor y el receptor mediante el uso

de tecnologa de radio frecuencia (RF), una frecuencia dentro del espectro


15

electromagntico asociado con la propagacin de ondas de radio. Cuando una corriente

de RF se suministra a una antena, se crea un campo electromagntico a continuacin

que es capaz de propagarse a travs del espacio.

La pieza clave de cualquier red inalmbrica es un punto de acceso (AP, Access Point).

El trabajo principal de un punto de acceso es transmitir una seal inalmbrica que los

ordenadores pueden detectar y a la que se pueden conectar. Para conectarse a un

punto de acceso y unirse a una red inalmbrica, las computadoras y los dispositivos

deben estar equipados con adaptadores de red inalmbrica.

2.6.1.2.3 Servicios de la tecnologa Wi-Fi

2.6.1.2.3.1 Autenticacin

Antes de que un nodo pueda unirse a la red, debe establecer su identidad, para ello

debe superar una serie de tests que permitan saber que quien se quiere conectar es

quien dice ser. 802.11ofrece 2 tipos de servicios de autenticacin:

Autenticacin Abierta (Open System Authentication), significa que cualquiera

que solicite autenticarse ser aceptado.

Autenticacin de llave compartida (Shared Key Authentication), significa que

para poder autenticarse en la red, el nodo debe conocer la frase de paso.

Ilustracin 1: Esquema de red Wi-Fi

ANTECEDENTES

16

2.6.1.2.3.2 Deautenticacin

Ocurre cuando el AP o el nodo inalmbrico desea terminar la autenticacin. Implica una

desasociacin.

2.6.1.2.3.3 Privacidad

Est satisfecha en 802.11 con un sistema de encriptacin llamado WEP (Wired

Equivalent Privacy). Cabe destacar que es opcional y que existen otros sistemas de

encriptacin.

2.6.1.2.3.4 Transporte de unidad de Servicios de capa MAC (MSDU: MAC Service

Data Unit Delivery)

Se ocupa de que la informacin necesaria para operacin de la subcapa MAC sea

transportada entre los distintos AP.

2.6.1.2.4 Capa de enlace Wi-Fi

La capa de enlace de Wi-Fi se divide en dos subcapas: La subcapa LLC (Logical Link

Control) y la subcapa MAC (Media Access Control).

2.6.1.2.4.1 Sucapa LLC

Esta capa es exactamente igual a la capa LLC utilizada por las redes cableadas del

tipo 802.3 con un sistema de direccionamiento de 48 bits idntico (MAC Address). Esto

permite simplificar al extremo los puentes (bridges) entre los dos tipos de red.

2.6.1.2.4.2 Subcapa MAC

El mtodo de acceso mltiple en IEEE 802.11 es la llamada Funcin de Distribucin

Coordinada (Distributed Cordination Function, DCF) que utiliza el conocido mtodo de

Acceso Mltiple por Censado de Portadora con Prevencin de Colisiones, (Carrier

Sense Multiple Access/ Collision Avoidance, CSMA/CA). Este mtodo requiere que cada

nodo inalmbrico escuche el medio compartido para saber si otros nodos se encuentran


17

transmitiendo. Si el canal est desocupado, el nodo puede transmitir, caso contrario, el

nodo escucha hasta que la transmisin finalice, y entra en un perodo de espera

aleatorio para luego volver a ejecutar el procedimiento. Esto previene que algunas

estaciones monopolicen el canal al comenzar a transmitir inmediatamente despus que

termine la otra. La recepcin de los paquetes en el DCF requiere de confirmaciones por

parte del destino. Hay un corto perodo de tiempo entre el envo del ACK por parte del

destinatario llamado Short Inter Frame Space, SIFS. En 802.11, los paquetes de

confirmacin ACK tiene prioridad frente a cualquier otro trfico, logrando una de las

caractersticas sobresalientes que es la gran velocidad de las confirmaciones. Cualquier

transmisin distinta a un ACK deber esperar por lo menos un DIFS (DCF Inter Frame

Space) antes de transmitir algn dato. Si el transmisor detecta un medio ocupado

nuevamente, vuelve al tiempo de BackOff pero reduciendo el tiempo de espera. As se

repetir hasta que el tiempo de espera llegue a CERO donde se habilita al nodo a

transmitir, luego de que termine la prxima transmisin.

2.6.1.3 Comparativa entre Bluetooth y Wi-Fi

Ambas tecnologas tienen grandes posibilidades y pueden servir prcticamente para lo

que queramos. Sin embargo, atendiendo a las necesidades de este proyecto, la

tecnologa Bluetooth es la ms adecuada. Apoyndose en la tabla de abajo, se

desarrollan los motivos por los que Bluetooth es la tecnologa elegida.

Caractersticas Bluetooth Wi-Fi

Frecuencia 2.4 GHz 2.4 / 3.6 / 5 GHz

Ancho de Banda 24 Mbps 1 Gbps

Seguridad Baja Moderada

ANTECEDENTES

18

Rango 30 metros 300 metros

Consumo Reducido Elevado

Tabla 6: comparativa entre Bluetooth y Wi-Fi

Si bien es cierto que la frecuencia de transmisin es importante, ambas se encuentran

en el rango de 2.4 GHz, aunque Wi-Fi tenga la posibilidad de usar otros rangos tambin.

Por lo tanto, a nivel de frecuencia no hay grandes diferencias entre las tecnologas.

Sin embargo, el ancho de banda del Bluetooth es bastante ms reducido que el de Wi-

Fi. A pesar de que el estndar IEEE 807.11 tenga cuatro veces ms ancho de banda

que el Bluetooth, como la informacin que se transmitir ser poco pesada, es suficiente

con 24 Mbps.

A lo que a seguridad se refiere, esta vez tambin, es la tecnologa Wi-Fi la que ms

avanzada est. Los mensajes que se mandarn contendrn la informacin del color del

semforo y de la calle en la que se encuentra el usuario, por lo que no se necesitar

seguridad en el canal de transmisin. Adems, como se quiere que la conexin se haga

lo ms instantnea posible, el hecho de que haya menos seguridad agilizar bastante

el proceso de conexin.

La tecnologa Bluetooth requiere que los dispositivos que se van a comunicar estn

cerca. Sin embargo Wi-Fi tiene un rango mucho mayor. En el caso de este proyecto,

nos interesa que el usuario est muy cerca del semforo para que la conexin se realice

cuando se est al lado del semforo. La tecnologa Wi-Fi podra acarrear confusiones

ya que podra sincronizar el dispositivo del usuario con un semforo de una calle en la

que el usuario no se encuentra.

Por ltimo, el consumo de las tecnologas es algo muy a tener en cuenta. El proyecto

plantea la utilizacin de dispositivos mviles que no pueden ser conectados a la


19

corriente elctrica cuando se usan. Por este motivo es conveniente utilizar una

tecnologa que consuma poco, como es el caso del Bluetooth.

2.6.1.4 Conclusin

La tecnologa Wi-Fi tiene mejores caractersticas y por lo tanto ms posibilidades en

materia de Telecomunicaciones de propsito general. Sin embargo, el proyecto no

requiere de grandes recursos ni prestaciones, an ms, la limitacin de recursos puede

considerarse una mejora en ciertos aspectos, tales como el alcance y la autonoma.

Como en muchos otros rdenes la disponibilidad de recursos no es una ventaja en s

misma, sino la optimizacin del uso de dichos recursos. Por ello se entiende como

preferente el uso de la tecnologa Bluetooth que tiene los recursos idneos para este

proyecto.

2.6.2 Estudio sobre el Hardware

Para desarrollar este proyecto es necesario el uso de unos aparatos que puedan ser

utilizados como emisores y receptores y que adems puedan programarse y

personalizarse. Este es el caso de los ordenadores de bajo costo como Arduino y

Raspberry Pi. No obstante, el Smartphone podra resultar ser una alternativa interesante

como dispositivo receptor.

2.6.2.1 Smartphone

Una de las opciones que ha sido objeto de estudio fue la utilizacin de un Smartphone

como dispositivo receptor. En primera instancia, este tipo de dispositivo pareca ser el

candidato perfecto para cumplir las funciones de receptor ya que est implantado en

gran parte de la sociedad moderna. Adems, los telfonos mviles inteligentes llevan

incorporado un mdulo Bluetooth que facilitara la comunicacin con el emisor. Los

Smartphones destacan por ser dispositivos inalmbricos que disponen de su propia

fuente de alimentacin autnoma.

ANTECEDENTES

20

No obstante, se ha desechado esta opcin debido a que la versatilidad de las funciones

de un Smartphone van en detrimento de las horas de autonoma de la batera, lo cual

es un serio inconveniente si no se puede recargar el telfono. Adems, el sistema del

proyecto VAV utiliza una batera de 10.000 mAh frente a los 2600 mAh que suelen

disponer los Smartphones de gama media. Asimismo, el dispositivo receptor VAV hace

un uso exclusivo de la batera para realizar las funcionalidades para las que ha sido

programado, mientras que un Smartphone est dedicado a mltiples funcionalidades, y

por lo tanto, un conlleva gasto energtico mayor. A todo lo anterior, cabra aadir que la

mayora de usuarios de Smartphone utilizan el mismo sin apagarlo en ningn momento,

haciendo un consumo constante de batera. Por el contrario, el usuario del sistema VAV

enciende el dispositivo nica y exclusivamente durante los tiempos que considera

precisos.

Abundando en la idea de la preferencia de otros dispositivos distintos al Smartphone, el

sistema VAV tiene la posibilidad de aadirle opcionalmente un sensor de distancia

ultrasnico que le confiere la capacidad de detectar obstculos, posibilidad no presente

en un telfono inteligente.

Un aspecto a analizar a la hora de elegir el tipo de dispositivos es el lenguaje de

programacin que utilizan, siendo la opcin ms deseable que el dispositivo emisor y

receptor coincidan. Debido a que no se contempla utilizar un dispositivo Android como

emisor, utilizar un dispositivo Android como receptor dificultara las tareas de

programacin y deteccin de errores, lo cual sita al Smartphone en desventaja con

otras opciones.


21

2.6.2.2 Raspberry Pi

2.6.2.2.1 Qu es la Raspberry Pi?

La Raspberry Pi es una placa de desarrollo que, desde su aparicin en 2012, no ha

dejado de ganar usuarios y posibilidades.

La Raspberry Pi Foundation es una organizacin sin nimo de lucro que dio sus

primeros pasos como fundacin en 2008, pero que en realidad llevaba gestndose

desde mucho tiempo atrs. En 2011 desarroll la Raspberry Pi como ordenador de bajo

coste para facilitar la enseanza de la informtica en los colegios, pero hasta 2012 no

comenz a fabricarse. La fundacin recibe apoyos del laboratorio de informtica de la

Universidad de Cambridge y de Broadcom.

2.6.2.2.2 Caracteristicas de la Raspberry Pi

La Raspberry Pi 2 (Model B) tiene en su corazn una CPU ARM Cortex-A7 de 4 ncleos

a 900 MHz acompaada de 1 GB de memoria RAM LPDDR2. Muchos mviles son ms

potentes que este miniordenador y tienen hasta tres veces ms memoria RAM, sin

embargo, este nuevo modelo obtiene una puntuacin 6 veces mayor que su antecesora

en los principales test de rendimiento.

En lo referente a puertos, cuenta con 4 USB 2.0 y una ranura MicroSD. La Raspberry Pi

no tiene disco duro propio, por lo que el usuario deber conectarle un Pendrive o un

Ilustracin 2: Raspberry Pi 2 Model B

ANTECEDENTES

22

disco duro externo para almacenar los archivos y una tarjeta MicroSD para dotar a este

pequeo ordenador de un sistema operativo.

Para conectarse a pantallas cuenta con un HDMI 1.4 con una resolucin de hasta

1920x1200 pxeles. Su GPU Broadcom VideoCore IV 250 MHz. OpenGL ES 2.0 es muy

capaz de reproducir contenido Full HD sin saltos ni cortes.

Para conectarse a Internet o a una red local cuenta tambin con un puerto Ethernet de

10/100 Mbps, aunque tambin se le puede aadir conexin Wi-Fi o incluso 3G a travs

de un mdem USB que tambin habra que comprar por separado.

2.6.2.2.3 Sistemas Operativos

Raspberry Pi oferta oficialmente varios sistemas operativos. Adems, para que su

instalacin resulte ms fcil, la fundacin tambin ofrece instaladores que hacen el

trabajo de instalacin automticamente.

2.6.2.2.3.1 Instalador NOOBS

NOOBS es una buena opcin para los que estn empezando y quieren probar varios

Sistemas Operativos. Este instalador ofrece, en el primer arranque, un men de

instalacin de Raspbian, Pidora, varias opciones con XBMC, entre otros, para que, de

Ilustracin 3: esquema de la Raspberry Pi 2 Model B


23

esta forma, tengamos muy fcil probar la distribucin que mejor se ajuste a nuestras

necesidades.

2.6.2.2.3.2 Sistema operativo Raspbian

Con todas las ventajas de una de las distribuciones Linux ms veteranas y utilizadas,

Raspbian se convirti desde los das de la primera Pi en una de las distros6 ms

populares para Raspberry Pi. Sus virtudes son las mismas que tiene Debian7: una

enorme comunidad de usuarios, miles de paquetes preparados desde el primer

momento para ser utilizados -ms de 35.000 en el caso de Raspbian y optimizados para

la Pi.

2.6.2.2.3.3 Sistema operativo Pidora

Pidora es una mezcla con Fedora, una versin personalizada del sistema Fedora tipo

Unix, que se ejecuta en el ordenador Raspberry Pi. Adems es bastante rpido en su

ejecucin. Lanzado por primera vez en 2003, Fedora tiene una larga historia y se

caracteriza por su estabilidad. Teniendo en cuenta que existen miles de paquetes

disponibles en el repositorio para Pidora, se podr encontrar casi cualquier funcionalidad

o servicio que se pueda necesitar para cualquier proyecto.

2.6.2.2.3.4 Sistema operativo Windows 10 Pi 2

El centro de desarrolladores de Microsoft anunci la compatibilidad de Windows 10 con

la Raspberry Pi 2. Se podr instalar una versin de Windows 10 que est diseada para

instalar pequeas aplicaciones que conecten dispositivos. Esta edicin es gratuita y no

ser tan completa como la edicin que puedes aadir a un PC. Windows 10 para

Raspberry Pi est disponible desde finales del 2015.

6 Sistemas operativos 7 Sistema operativo en base Linux

ANTECEDENTES

24

2.6.2.3 Arduino

2.6.2.3.1 Qu es Arduino?

Arduino es una plataforma de electrnica, en la que tanto el Software como el Hardware

son de cdigo abierto. Esto significa que en su pgina oficial puedes encontrar desde

esquemas para montar tu propio dispositivo, hasta ejemplos de funcionamiento de lo

ms complejos, los cuales puedes modificar a tu antojo bien sea por comodidad, mejora

o simple gusto.

Los dispositivos Arduino estn basados en un microcontrolador Atmel, que vara en

funcin del modelo que se adquiera. Este microcontrolador viene ensamblado (o bien lo

ensamblamos nosotros si adquirimos los componentes sueltos) en una placa junto a

otros componentes, tales como resistencias, condensadores, osciladores, pulsadores,

etc y una serie de pines o conectores, a travs de los cuales conectaremos otros

componentes para comunicarnos con el Arduino.

Ilustracin 4: Arduino UNO


25

Casi la totalidad de dispositivos Arduino se conectan por usb al ordenador, y se emplea

su propio entorno de desarrollo para escribir el cdigo de nuestro programa y cargarlo

al dispositivo.

2.6.2.3.2 Caractersticas de Arduino

Arduino cuenta con 14 entradas/salidas digitales, de las cuales 6 se pueden utilizar

como salidas PWM (Modulacin por ancho de pulsos) y otras 6 son entradas analgicas.

Adems, incluye un resonador cermico de 16 MHz, un conector USB, un conector de

alimentacin, una cabecera ICSP y un botn de reseteado. La placa incluye todo lo

necesario para que el microcontrolador haga su trabajo, basta conectarla a un ordenador

con un cable USB o a la corriente elctrica a travs de un transformador.

2.6.2.4 Comparativa entre Raspberry Pi y Arduino

Arduino es un microcontrolador programable. Es decir, lo conectamos a nuestro

ordenador y le programamos una funcin a sus sensores. Por ejemplo, podemos

programar que una luz parpadee o aadirle un servomotor y crear un robot que se

mueva en crculos o se mueva evitando chocarse gracias a sensores ultrasnicos. La

capacidad de Arduino est limitada a tu imaginacin s, pero los proyectos llevados a

cabo por medio de esta gama de microcontroladores estn enfocados a la electrnica y

Ilustracin 5: esquema de Arduino UNO

ANTECEDENTES

26

la robtica bsica. Arduino no piensa, no cuenta con un sistema operativo, no toma

decisiones y no se conecta a internet salvo que compremos un escudo con Ethernet.

Por otro lado, Raspberry Pi no es ni ms ni menos que un micro ordenador que corre

con Linux. Cuenta con 512 MB o 1 GB de RAM y dispone de entradas y salidas para

teclado, monitor, ratn y un cable Ethernet. Cierto es que Raspberry Pi se ha utilizado

en numerosas ocasiones en combinacin con Arduino para crear proyectos de robtica

pero esta no es su funcin principal.

2.6.2.5 Conclusin

Tras analizar las tres alternativas a lo que a hardware se refiere, se ha optado por

seleccionar la Raspberry Pi como mejor opcin por las siguientes razones:

1. Es un ordenador con capacidades tcnicas para soportar el proyecto que se

quiere llevar a cabo, as como cualquier ampliacin o mejora.

2. Es un dispositivo de bajo coste.

3. Tanto el dispositivo emisor como el receptor usaran un mismo lenguaje de

programacin.

4. Tiene muchas posibilidades de personalizacin y adicin de complementos.

5. Se puede conectar a un batera independiente de alta capacidad.

6. Tiene un tamao reducido que facilita tanto la integracin en otros elementos

como la comodidad que va a proporcionar al usuario a la hora de portarla.

2.7 ESTUDIO DE LA SEMAFRICA PARA EL PROYECTO VAV

Se considera oportuno estudiar el funcionamiento y los componentes de los semforos,

ya que se pretende integrar el sistema VAV en ellos. Cierto es que existen en el mercado

diferentes modelos e incluso diferentes tecnologas de control semafrico, pero para

este estudio tomaremos como referencia un modelo genrico.


27

2.7.1 Componentes principales de un semforo genrico

En el presente apartado se detallan los principales componentes de un semforo

genrico. Se debe tener en cuenta que la informacin que se detalla en los siguientes

subapartados puede no ser del todo exacta dependiendo del modelo de semforo.

2.7.1.1 Armario

El armario contiene el conjunto de elementos necesarios para hacer funcionar un grupo

de semforos. Este armario es resistente a la corrosin y protege los elementos de las

adversidades climatolgicas.

Ilustracin 6: armario donde se encuentra la inteligencia de los semforos

2.7.1.2 Regulador semafrico

El regulador semafrico presenta la arquitectura que se muestra en la siguiente figura:

ANTECEDENTES

28

A continuacin se describen las caractersticas y funciones de los elementos principales

del regulador semafrico genrico:

2.7.1.2.1 Unidad central (CPU)

La unidad central del regulador tiene un sistema de vigilancia "watch-dog timer" de modo

que efecte un Reset del equipo si pasa un tiempo sin ser activado por el programa.

Adems, el regulador almacenar los parmetros en memoria no voltil (por ejemplo,

memoria Flash) y no fcilmente extrable. La integridad de los parmetros est

garantizada mediante un cdigo CRC.

2.7.1.2.2 Alimentacin

El regulador se alimentar a la tensin nominal de 230 VAC (directamente de la

acometida elctrica) y debe funcionar correctamente dentro del rango de tensiones de

Diagrama 1: regulador semafrico genrico


29

entrada de 184 VAC a 265 VAC (230 VAC, +15% -20%). La fuente de alimentacin del

regulador ser la encargada de suministrar las tensiones necesarias para el

funcionamiento de la electrnica y los 42 VAC para la alimentacin de los semforos

2.7.1.2.3 Acometida elctrica

Se dispone de interruptores magnetotrmico y diferencial monobloc con rearme

automtico entre el SAI y el regulador, y entre la acometida elctrica y el SAI, con el

objetivo de garantizar la seguridad en cada etapa del circuito de alimentacin.

SAI (Sistema de alimentacin ininterrumpida): garantiza el funcionamento del sistema

en caso de corte de suministro elctrico.

El SAI deber ser capaz de alimentar en plenas condiciones de funcionamiento y

constantemente al conjunto regulador-semforos, y opcionalmente a los detectores, a

lo largo de toda la vida del SAI, durante: 2 horas en luminosidad plena 3 horas en

luminosidad atenuada

2.7.1.2.4 Entradas digitales

Entradas para detectores y pulsadores: El regulador dispone al menos de 8

entradas digitales para detectores y pulsadores, activadas mediante contactos

libres de tensin.

Entradas auxiliares: El regulador dispone al menos de 8 entradas auxiliares,

activadas mediante contactos libres de tensin.

Diagrama 2: interruptores magnetotrmicos y diferencial monobloc

ANTECEDENTES

30

2.7.1.2.5 Salidas para control de grupos

El regulador dispondr de un interruptor general de 2 posiciones con la siguiente

funcionalidad:

Posicin normal. Cuando el interruptor est en posicin normal, el estado de

las seales de salida a semforos corresponder a las rdenes dadas por el

regulador.

Posicin de test. Cuando el interruptor pase a la posicin de test, el regulador

entrar en estado de prueba.

2.7.1.2.6 Circuitos de gobierno de las salidas

Cada grupo tiene circuitos independientes para cada uno de los 3 colores (rojo, mbar

y verde) y cada uno de ellos soporta hasta 5 unidades pticas en paralelo. Cada color

puede gobernar una carga de 100W y est protegido por un fusible en caso de

cortocircuito.

Cada grupo puede tener 2 colores activos. El estado de cada color ser Encendido o

Apagado, donde el estado Encendido para el conjunto del regulador fsico, podr tener

2 niveles: luminosidad plena o luminosidad atenuada

2.7.1.2.7 Circuitos de comprobacin de las salidas

El regulador dispone de un mecanismo para detectar si las salidas de grupos de circuito

reciben la tensin que les corresponde. En caso de percibir una anomala, enva un

aviso al centro de control.

2.7.1.2.8 Sincronismo (Coordinacin por cable)

Receptor de sincronismo: el regulador tiene una entrada para sincronizacin.

Emisor de sincronismo: el regulador dispone de una salida para sincronizar con

otros equipos. Esta salida permitir la creacin de reas coordinadas mediante

la conexin de equipos en cascada.


31

2.7.1.3 Llave de guardia

El regulador tiene instalada una llave para control manual. Generalmente el uso de esta

llave est reservado a la Polica Municipal. La llave tiene 2 posiciones:

Reposo: la llave no acta sobre el regulador

Intermitente: el cruce se mantiene en intermitente,

2.7.1.4 Comunicaciones

El regulador dispone de 4 puertos de comunicacin:

Un puerto Ethernet 10/100Mb.

Un puerto RS232 para la conexin de un terminal porttil de mantenimiento.

Un puerto RS232 de reserva para otros usos.

Un puerto USB de reserva.

2.7.2 Integracin del dispositivo emisor del proyecto VAV en un

semforo comn

El proyecto VAV pretende implementar un sistema genrico que pueda ser integrado en

la mayora de los semforos. No obstante, se considera que cada semforo puede ser

distinto y que previo a la implantacin del sistema habr que hacer un estudio de

integracin en el tipo de semforo que se requiera.

2.7.2.1 Colocacin del dispositivo emisor

El dispositivo emisor se colocar sobre las lmparas del semforo de peatones. Deber

estar protegido por una cobertura similar a la que protege las lmparas. Adems, el

adaptador Bluetooth que llevar incorporado el dispositivo emisor deber estar

orientado hacia la acera, procurando as establecer una conexin con mayor facilidad

para los usuarios que caminen por la misma. Asimismo, la pared que protege el lado del

dispositivo el adaptador Bluetooth tiene que permitir un envo de seal sin atenuaciones.

En caso de notar atenuaciones en la seal, esta pared deber incluir un pequeo orificio

para permitir el envo de una seal de calidad.

ANTECEDENTES

32

2.7.2.2 Conexin del dispositivo emisor al semforo

Despus del estudio de los componentes y las funciones de un semforo, se puede

determinar que en la mayora de los modelo, el regulador del cruce tendr una salida

por cada color del semforo.

Para que el dispositivo emisor pueda recoger la informacin de los colores, se conectar

cada salida del regulador a un pin de la Raspberry Pi. Esta salida deber antes ser

adaptada a 3.3V ya que ste es el voltaje que pueden soportar los pines de la Raspberry

Pi. Por otro lado, el dispositivo emisor estar alimentado elctricamente por la misma

fuente que alimenta el semforo, pero nuevamente, adaptando esa alimentacin a 5V,

que es el consumo que tiene la Raspberry Pi.

En caso de que el semforo disponga de un temporizador, que muestra a los peatones

el tiempo que queda para que el semforo cambie de color, se puede conectar una o

varias salidas del regulador (las necesarias para poder obtener el dato del temporizador)

que transmitan esa informacin a la Raspberry Pi. Cabe destacar, que esta salida (o

salidas) tambin deber estar adaptadas a 3.3V.


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3. JUSTIFICACIN

Los sistemas implantados actualmente en las ciudades tratan de dar solucin al

problema al que se enfrentan los ciegos o personas con visin reducida al cruzar los

semforos. Sin embargo todos estos sistemas tienen carencias de algn tipo.

Los semforos sonoros implantados en la mayora de las ciudades espaolas ayudan a

los ciegos a cruzar las calzadas. Sin embargo, el sonido que emiten estos semforos

resulta molesto para los vecinos de la zona.

Es conveniente analizar las debilidades, amenazas, fortalezas y oportunidades de este

proyecto para demostrar por qu es un proyecto viable y que cubre una necesidad social

muy importante.

3.1 DEBILIDADES

Es necesario un acuerdo con el ayuntamiento de la ciudad elegida para la

implantacin del sistema.

La implantacin final del sistema requiere de una inversin econmica

adicional.

Dependencia de un dispositivo mvil y otro fijo para que el sistema funcione.

3.2 AMENAZAS

Existencia de aplicaciones que tratan de resolver la misma necesidad.

Existencia de otros sistemas o mecanismos, ya implantados, que dan

respuesta a esa necesidad.

Disminucin del nmero de personas con deficiencia visual severas debido al

avance de la medicina.

JUSTIFICACIN

34

3.3 FORTALEZAS

El desarrollo del sistema no requiere de mucha inversin econmica.

El sistema propuesto responde a debilidades de sistemas similares existentes

en el mercado.

El sistema puede ser actualizado y mejorado sin tener que cambiarlo por

completo.

Flexibilidad de la aplicacin del proyecto en diferentes sistemas semafricos.

Da la respuesta a la necesidad de disminucin de contaminacin acsticas en

las ciudades.

Sistema verstil con aplicaciones en mbitos muy diversos.

3.4 OPORTUNIDADES

3.4.1 Aumento de personas con deficiencia visual en Espaa

Segn datos proporcionados por la ONCE el nmero de afectados por deficiencias

visuales va aumentando da a da, y esta tendencia se mantendr durante los prximos

aos. Por ello, el alto nmero de beneficiarios de este proyecto le confieren valor al

mismo.

3.4.2 Fcil acceso al diseo de aplicaciones mviles:

La tecnologa utilizada es hoy en da muy accesible y observando la evolucin de los

ltimos aos se prev que su accesibilidad sea an mayor. Por tanto, este proyecto

podr ser mejorado y depurado en el futuro con tecnologas cada vez ms cercanas a

usuarios y desarrolladores.

3.4.3 Inversin constante o intermitente por los ayuntamientos en la adaptacin de las ciudades a los discapacitados:

En los ltimos tiempos es creciente la sensibilizacin de las instituciones por dar

respuestas a todos los ciudadanos evitando discriminaciones de aquellos grupos que


35

tengan algn tipo de minusvala. Por ello, las partidas presupuestarias que se dedican

a este fin son cada vez mayores. Con este proyecto se podra dar una solucin ms

eficiente que las que se utilizan en la actualidad ya que conseguira resultados a un

coste mucho menor que el actual.

3.4.4 Creciente uso de dispositivos mviles por parte de toda la poblacin, incluidos los ciegos o de visibilidad reducida:

Dado el alto nmero de usuarios de tecnologa mvil, las empresas han visto rentable

ofertar sistemas adaptados para dar respuesta a diferentes problemticas que puedan

tener dichos usuarios. Aprovechando, por tanto, el uso generalizado y cotidiano de estas

tecnologas se puede implementar la propuesta del presente proyecto sin ser necesaria

una formacin especfica de los usuarios.

JUSTIFICACIN

36


37

4. OBJETIVO Y ALCANCE

4.1 OBJETIVOS

Los objetivos perseguidos en la realizacin del presente proyecto son los siguientes:

Construir un prototipo de semforo emisor.

Construir un prototipo de emisor polivalente (emisor de obstculo,

dependencia...)

Construir un prototipo de dispositivo receptor del sistema VAV.

Comunicar una Raspberry Pi con la otra.

Conseguir que en una Raspberry Pi se reproduzcan mensajes utilizando un

sintetizador de voz.

Conseguir una conexin automtica entre Raspberry Pi.

Enviar automtica y constantemente de mensajes Bluetooth.

Detectar obstculos mediante un sensor de distancia ultrasnico

Conseguir determinar si el usuario est a la distancia adecuada del emisor.

4.2 ALCANCE

El alcance directo de este proyecto es la creacin de un prototipo que sea funcional a

nivel de laboratorio. Posteriormente, dedicndole ms tiempo y con un equipo se podra

alcanzar las siguientes metas.

Implantacin del sistema en un semforo real de una calle del municipio de

Bilbao.

Reduccin del tamao del dispositivo receptor (Raspberry Pi).

Diseo e implementacin de una aplicacin mvil para poder prescindir de un

dispositivo receptor del sistema.

Comercializacin y venta del sistema.

OBJETIVO Y ALCANCE

38

Implantacin en los semforos de una localidad concreta.

Fusin con algn proyecto de SmartCity8.

8 Ciudad inteligente y conectada.


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5. METODOLOGA

5.1 FASE 0: ELABORACIN DEL PLAN DE PROYECTO

5.1.1 Objetivos

Analizar las soluciones actuales del problema que afronta este proyecto.

Determinar las tareas a llevar a cabo en la realizacin de este proyecto.

Determinar de las duraciones de las tareas

5.1.2 Resultados

Listado de las caractersticas de los productos existentes en el mercado a la

hora de elaborar este proyecto.

Diagrama de Gantt donde se especifican las fechas y duraciones de las tareas

de este proyecto.

5.2 FASE 1: ACTIVIDADES PREVIAS

5.2.1 Objetivos

Analizar el funcionamiento de un semforo genrico.

Comparar las caractersticas de Bluetooth y Wi-Fi.

Comparar las caractersticas de Arduino y Raspberry Pi

5.2.2 Resultados

Diagrama del funcionamineto de un semforo genrico.

Tabla comparativa de las caractersitcas de conectividad entre Bluetooth y Wi-

Fi.

Tabla comparativa a nivel econmico, de hardware y de software entre Arduino

y Raspberry Pi.

METODOLOGA

40

5.3 FASE 2: COMIENZO GENERAL DE PROYECTO

5.3.1 Objetivos

Construir un prototipo de semforo.

Configurar de la Raspberry Pi.

5.3.2 Resultados

Prototipo de semforo con leds sobre una protoboard.

Raspberry configurada con el sistema operativo Raspbian y sistema Bluetooth

de comunicacin.

5.4 FASE 3: DESARROLLO ESPECFICO DEL PROYECTO

5.4.1 Objetivos

Enviar y recibir mensajes escritos interpretables mediante Bluetooth.

Relacionar el mensaje Bluetooth recibido con el archivo de sonido a reproducir.

Detectar distancia del usuario mediante el valor de la potencia de recepcin del

Bluetooth.

5.4.2 Resultados

Recepcin coherente con el mensaje enviado.

Tabla de asignacin que relacione los identificadores con los sonidos.

Comportamiento condicional del sistema en funcin de la distancia a la que se

encuentre el usuario.

5.5 FASE 4: EXPERIMENTACIN Y DEPURACIN DEL PROYECTO

5.5.1 Objetivos

Analizar el alcance real del Bluetooth en las condiciones del proyecto.

Analizar la velocidad de conexin entre emisor y receptor.

Experimentar el sistema en condiciones habituales.


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Experimentar el sistema en condiciones excepcionales.

5.5.2 Resultados

Documento de Especificaciones Tcnicas del sistema.

Documento de propuestas de mejora a tener en cuenta en las versiones

posteriores del sistema.

5.6 FASE 6: ELABORACIN DEL PLAN DE NEGOCIO

5.6.1 Objetivos

Calcular el gasto total del prototipo.

Analizar los gastos de implantacin en un semforo.

Contactar con empresas y organismos susceptibles de estar interesadas en el

proyecto.

5.6.2 Resultados

Memoria econmica del presente proyecto.

Presupuesto de implantacin del sistema en un semforo real.

Listado de empresas y organismos con intereses afines al contenido del

proyecto y una toma de contacto con los mismos.

METODOLOGA

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43

6. DISEO Y DESARROLLO

En el presente apartado se plasman los elementos de diseo y las lneas de desarrollo

que proporcionan consistencia al proyecto.

6.1 DISEO DEL SISTEMA VAV

El proyecto VAV define un sistema emisor-receptor que utiliza la tecnologa Bluetooth

para transmitir mensajes de texto que posteriormente son convertidos en mensajes de

voz mediante el sintetizador de voz Festival.

Como puede verse en el Diagrama 3 el sistema est diseado para que el dispositivo

emisor utilice mensajes de diversos mbitos (semforos, dependencias...) y el

dispositivo receptor los reciba mediante tecnologa Bluetooth y los interprete. Al mismo

tiempo, el usuario, interacta con el sistema eligiendo entre dos modos de operacin y

uno de reseteo.

6.1.1 El emisor

El emisor enviar informacin a los dispositivos receptores. Esta informacin hace

referencia a la localizacin de lugares, dependencias, obstculos y semforos. Estos

Diagrama 3: elementos de Sistema VAV e interrelacin de los mismos

DISEO Y DESARROLLO

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ltimos, tambin proveern al usuario de informacin sobre el color y el tiempo que

queda para que ste cambie.

Ilustracin 7: dispositivo emisor del sitema VAV conectado a un simulador de semforo

Ilustracin 8: dispositivo emisor VAV


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6.1.2 El receptor

El receptor ser el dispositivo encargado de recibir los mensajes que envan los

emisores. Sin embargo, este dispositivo tendr otra modalidad en la que el usuario podr

saber a qu distancia estn los objetos y obstculos a los que apunta con el mismo.

Cabe destacar, que el receptor tambin dispone de un pulsador de reseteo del servicio

Bluetooth que le permite asegurarse de que el sistema funciona correctamente.

Ilustracin 9: dispositivo receptor del Sistema VAV

Ilustracin 10: detalle del dispositivo receptor del Sistema VAV (botn de reseteo)

DISEO Y DESARROLLO

46

6.2 DESARROLLO

En este apartado se explican los diferentes pasos que ha servido para desarrollar el

proyecto en sus diferente fases, as como los resultados que en cada una de ellas se

han obtenido.

6.2.1 Estudio en profundidad de las conexiones Bluetooth

En el presente apartado se hace referencia al estudio que ha sido necesario realizar

para determinar cul es la mejor forma de comunicar dos dispositivos mediante una

conexin Bluetooth. En dicho estudio se realizaron tres fases:

6.2.1.1 Fase 1: Conexin de dispositivos con perfil GAVDP

El perfil GAVDP (General Audio/Video Distribution Profile) es un perfil de Bluetooth que

establece una conexin preparada para el streaming de audio y vdeo.

Este perfil pareca atractivo ya que toda la programacin estara concentrada en el

dispositivo emisor, quedando para el receptor la nica funcin de establecer la conexin.

De este modo los mensajes se reproduciran en el dispositivo emisor y el dispositivo

receptor hara de altavoz. Como se puede apreciar en la figura de arriba el dispositivo

emisor adoptara el papel de iniciador mientras que el otro dispositivo adoptara el

papel de aceptador. Baseband, LMP, L2CAP y SDP son protocolos de Bluetooth

Diagrama 4: conexin Bluetooth con el perfil GAVDP


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necesarios para establecer la conexin. AVDTP es el protocolo de negociacin donde

se definen las caractersticas del streaming.

Esta opcin se desestim debido a que resultaba complicado llevar un control

exhaustivo de la conexin establecida. Debido a esto, no se saba cundo haba

finalizado la reproduccin de un mensaje, o si se haba reproducido este correctamente,

para poder iniciar una nueva emisin del mensaje.

6.2.1.2 Fase 2: Creacin de un socket mediante el protocolo

L2CAP y envo de archivo de audio.

El protocolo L2CAP, Logical Link Control and Adaptation Protocol (Protocolo de control

y adaptacin del enlace lgico) es utilizado dentro de la pila de protocolos de Bluetooth,

para pasar paquetes con y sin orientacin a la conexin.

Las funciones de L2CAP son:

Segmentacin y reensamblado de paquetes. Acepta paquetes de hasta 64KB

de sus capas superiores.

Diagrama 5: modelo del perfil GAVDP

DISEO Y DESARROLLO

48

Multiplexacin de varias fuentes de paquetes, comprobando el protocolo de las

capas superiores para as adaptarlo antes del reensamblaje.

Proporcionar una buena gestin para la transmisin unidireccional a otros

dispositivos Bluetooth.

Gestin de la calidad de servicio (QoS), del ingls Quality of Service; para los

protocolos de las capas superiores. En esta fase negocia el tamao mximo del

campo de datos de las tramas. Con ello, evita que algn dispositivo enve

paquetes tan grandes que puedan desbordar al receptor.

L2CAP se utiliza para comunicarse sobre el acoplamiento ACL del anfitrin, y su

conexin se establece despus de que el enlace ACL haya sido configurado.

Se pretenda enviar archivos de audio a travs de este protocolo, pero como bien se ha

detallado arriba, este protocolo slo permite paquetes de un tamao mximo de 64 KB,

tamao que se supera con facilidad a la hora de hablar de archivos de audio. Esta

limitacin implicara tener que segmentar todos aquellos paquetes que superasen este

lmite lo que suceder

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