Tesis Sistema Monitoreo Control Vehicular

SISTEMA DE ALARMA Y MONITOREO VEHICULAR CONTROLADO POR UN DISPOSITIVO MÓVIL UTILIZANDO LA CONEXIÓN DE REDES CELULARES

OSCAR JULIÁN CASTAÑEDA LINARES CARLOS ALBERTO CARRIÓN SÁNCHEZ

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad Tecnológica

Bogotá, Colombia

2014

SISTEMA DE ALARMA Y MONITOREO VEHICULAR CONTROLADO POR UN DISPOSITIVO MÓVIL UTILIZANDO LA CONEXIÓN DE REDES CELULARES

OSCAR JULIÁN CASTAÑEDA LINARES COD: 20111273003

CARLOS ALBERTO CARRIÓN SÁNCHEZ COD: 20102273018

Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:

Ingeniero en Telecomunicaciones

Director:

Lic. Hermes Javier Eslava Blanco

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad Tecnológica

Bogotá, Colombia

2014

Dedicatoria

El proyecto presentado en este trabajo es resultado del apoyo y ayuda de muchas

personas que se vieron de alguna u otra manera involucradas en su elaboración. A todas

esas personas les quiero dar las gracias por sus contribuciones y apoyo.

Primero que todo a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mi carrera,

por ser mi fortaleza en los momentos de debilidad y por brindarme una vida llena de

aprendizajes, experiencias y sobre todo felicidad.

A mis padres Carlos y Blanca por apoyarme en todo momento, por los valores que me

han inculcado, y por haberme dado la oportunidad de tener una excelente educación en

el transcurso de mi vida. Sobre todo por ser un excelente ejemplo de vida a seguir.

A mis hermanos por ser parte importante de mi vida y representar la unidad familiar. A

Claudia y a Wilson por ser un ejemplo de desarrollo profesional a seguir.

Les agradezco la confianza, apoyo y dedicación de tiempo a mis profesores por haber

compartido conmigo sus conocimientos y sobre todo su amistad.

Carlos Alberto Carrión Sánchez

VI SISTEMA DE ALARMA Y MONITOREO VEHICULAR CONTROLADO POR UN DISPOSITIVO MÓVIL

UTILIZANDO LA CONEXIÓN DE REDES CELULARES

Agradecimientos

Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por haber puesto en

nuestro camino a aquellas personas que han sido soporte y compañía

durante todo el periodo de estudio.

Agradecer hoy y siempre a nuestras familias por el esfuerzo realizado al

apoyar nuestros estudios, de no ser así no hubiese sido posible

culminarlos. A nuestros padres y demás familiares que nos brindaron el

apoyo, la alegría y nos dieron la fortaleza necesaria para seguir

adelante. Un agradecimiento especial al Profesor Hermes Javier Eslava

Blanco, por la colaboración y paciencia.

Resumen y Abstract VII

Resumen

En este trabajo se presentan los datos teóricos y prácticos, así como esquemas y demás

diseños, involucrados en el desarrollo de un dispositivo de un sistema de seguridad de

vehículos que puede ser administrado de manera remota, utilizando un dispositivo móvil

y realizando la interconexión por medio de las redes de telefonía celular. Con esta

propuesta se reducen costos, en comparación con los demás mecanismos de seguridad

de vehículos como son los seguros o sistemas de seguridad.

VIII SISTEMA DE ALARMA Y MONITOREO VEHICULAR CONTROLADO POR UN DISPOSITIVO MÓVIL


Abstract

In this paper we present theoretical and practical data and diagrams and other designs

involved in the development of a device in a vehicle security system that can be managed

remotely, using a mobile device and performing through the interconnection cellular

networks. Thus, be reducing cost compared to other vehicle safety mechanisms such as

insurance or security systems.

Contenido

Introducción .................................................................................................................... 5

Marco de Referencia ..................................................................................................... 11 1.1 Marco de Referencia ........................................................................................ 11

1.1.1 Sistema de seguridad para vehículos ............................................................ 11 1.1.2 Sistemas Embebidos ..................................................................................... 13 1.1.3 Sistemas Embebidos con Arduino ................................................................. 13 1.1.4 Sensores ....................................................................................................... 14 1.1.5 Accionamientos y actuadores eléctricos ........................................................ 15 1.1.6 Telefonía Celular ........................................................................................... 16 1.1.7 Dispositivo Móvil ............................................................................................ 16 1.1.8 App Inventor .................................................................................................. 16 1.1.9 Comandos AT ................................................................................................ 17 1.1.10 Modem GSM ................................................................................................. 18 1.1.11 Sistemas de Geo-referenciación .................................................................... 19

Diseño y Construcción del Sistema de Alarma y Monitoreo ...................................... 21 2.1 Bloque adquisición de datos y actuadores ....................................................... 22

2.1.1 Montaje del Bloque adquisición de datos y actuadores .................................. 24 2.2 Control de alarma ............................................................................................. 34

2.2.1 Arduino Mega 2560 ....................................................................................... 37 2.3 Bloque comunicación ....................................................................................... 40 2.4 Bloque interfaz de usuario ................................................................................ 41

Pruebas Y Ensayos de los Elementos del Sistema de Seguridad y Monitoreo ........ 49 2.1 Prueba 1: Control por medio de Llamadas ....................................................... 49 2.2 Prueba 2: Control por medio de mensajes ....................................................... 54 3.3 Prueba 3: Funcionamiento del GPS ................................................................. 58 2.4 Prueba 4: Encendido de un motor por medio de mensajes .............................. 60 3.5 Prueba 5: Etapa de Potencia ............................................................................ 63 2.6 Prueba 6: Aplicativo que envíe mensajes ......................................................... 66 2.7 Prueba 7: Precisión del Módulo L50 Quectel GPS ........................................... 69 2.8 Resultados de las Pruebas ............................................................................... 71

Conclusiones ................................................................................................................. 79

Bibliografía .................................................................................................................... 82

2 Introducción

Lista de figuras

Figura 1 Hurto Automotor Enero-Julio 2013/Fuente: DIJIN ............................................... 5

Figura 2 Hurto Automotor Enero-Julio 2013 por Modalidad/Fuente: DIJIN ........................ 6

Figura 3 Hurto Automotor Enero-Julio 2013 por Tipo de Vehículo/Fuente: DIJIN .............. 7

Figura 4 Histórico Hurto Automotor 1992 - 2013/Fuente: DIJIN ........................................ 7

Figura 1-1 Sistema de Geo-referenciación ..................................................................... 20

Figura 2-1 Diagrama de Bloques del Sistema ................................................................. 21

Figura 2-2 Esquema Módulo Control Central de Alarma Ultra Premium/FUENTE: Manual

ULTRA Alarma ................................................................................................................ 23

Figura 2-3 Localización de la alarma Anterior ................................................................. 24

Figura 2-4 Cableado Nuevo de la Alarma ....................................................................... 25

Figura 2-5 Esquema Acople De intervención .................................................................. 26

Figura 2-6 Cálculos Esquema de intervención ................................................................ 27

Figura 2-7 Polarización fija de un BJT ............................................................................. 28

Figura 2-8 Diagrama de Bloques Etapa de Control ......................................................... 29

Figura 2-9 Esquema Pines de Control Módulo Central de Alarma .................................. 30

Figura 2-10 Diseño Circuito Impreso Bloque de Intervención .......................................... 31

Figura 2-11 Esquema y Montaje Módulo L50 Quectel GPS Engine ................................ 34

Figura 2-12 Arduino Mega2560 ....................................................................................... 35

Figura 2-13 Entorno de desarrollo para Arduino .............................................................. 36

Figura 2-14 Módulo GSM M95 ........................................................................................ 41

Figura 2-15 App Inventor Designer ................................................................................. 43

Figura 2-16 App Inventor Blocks Editor ........................................................................... 44

Figura 2-17 Diagrama de bloques del Aplicativo ............................................................. 45

Figura 2-18 Ventanas del Aplicativo ................................................................................ 47

Figura 3-1 Comunicación con comandos AT ................................................................... 50

Figura 3-2 Diagrama de Flujo Algoritmo Prueba 1 .......................................................... 51

Figura 3-3 Esquema y Montaje Prueba 1 ........................................................................ 52

Figura 3-4 Prueba 1 Encendido de Led’s por Número de timbres ................................... 53

Introducción

3

Figura 3-5 Prueba 1 Marcación de Número no Autorizado ............................................. 54

Figura 3-6 Diagrama de Flujo Algoritmo Prueba 2 .......................................................... 55

Figura 3-7 Esquema y Montaje Prueba 2 ....................................................................... 56

Figura 3-8 Prueba 2 mensaje prender ............................................................................ 56

Figura 3-9 Prueba 2 Número no Autorizado .................................................................. 57

Figura 3-10 Datos del GPS............................................................................................. 58

Figura 3-11 Datos del GPS con LINK ............................................................................. 59

Figura 3-12 Ubicación Exacta Entregada Por El GPS .................................................... 59

Figura 3-13 Diagrama de Flujo Algoritmo Programa Prueba 4 ....................................... 60

Figura 3-14 Esquema y Montaje Etapa Potencia Prueba 4 ............................................ 62

Figura 3-15 Mensaje De Texto De Apagado De Motor ................................................... 62

Figura 3-16 Diagrama de Flujo Algoritmo Programa Prueba 5 ....................................... 63

Figura 3-17 Esquema Etapa De Potencia Prueba 5 ....................................................... 64

Figura 3-18 Montaje Físico Prueba 5 .............................................................................. 65

Figura 3-19 Respuesta Del Montaje Al Recibir Un Mensaje Autorizado ......................... 65

Figura 3-20 Aplicativo diseñado en App Inventor ............................................................ 66

Figura 3-21 Bloques de Funcionamiento del Aplicativo .................................................. 67

Figura 3-22 Simulación del Aplicativo ............................................................................ 68

Figura 3-23 GPS Garmin Etrex ....................................................................................... 69

Figura 3-24 Mapa de posición de puntos ........................................................................ 70

4 Introducción

Lista de tablas

Tabla 2-1 Características Arduino Mega2560 ................................................................. 37

Tabla 2-2 características de Módulo GSM M95 de QUECTEL ........................................ 41

Tabla 3-1 Datos de Precisión del GPS ............................................................................ 70

Tabla 3-2 Verificación Prueba 1 ...................................................................................... 71







Introducción

5

Introducción

Según un informe presentado por la DIJIN, durante los últimos años se ha venido

incrementado el hurto de vehículos en toda Colombia. En la siguiente figura se presentan

los datos relacionados con el hurto de automotores durante los primeros siete meses del

año 2013. Esta muestra que, de enero a julio, el hurto de vehículos y motocicletas se

ubica en 13.420 unidades, cifra superior en comparación al año 2012 cuando, en el

mismo periodo, el robo automotor se ubicó en 12.244 unidades.

Figura 1 Hurto Automotor Enero-Julio 2013/Fuente: DIJIN

La ciudad que más presenta robos relacionados a vehículos y motocicletas, durante los

primeros siete meses del año, es la ciudad de Medellín, con un total acumulado de 3.240;

seguida de Cali con 1.954 unidades; Bogotá con 1.686unidades; y Barranquilla con 496

unidades robadas. Se sigue resaltando a la ciudad de Medellín como la ciudad donde

más se presenta el hurto automotor, situación preocupante no solo para las autoridades

sino para los mismos ciudadanos, en donde el hurto de motocicletas se ubica en 2.254

6 Introducción

unidades y el hurto de vehículos en 986 unidades acumuladas hasta el mes de julio de

2013.

Figura 2 Hurto Automotor Enero-Julio 2013 por Modalidad/Fuente: DIJIN

Dentro de las modalidades que más se presentan dentro del hurto automotor se observa

que el halado es la modalidad que más prevalece, con un total, de enero a julio del año

2013, de 7.565 unidades reportadas, seguida de forma sobresaliente por el atraco, con

un total de 5.494 unidades robadas.

Introducción

7

Figura 3 Hurto Automotor Enero-Julio 2013 por Tipo de Vehículo/Fuente: DIJIN

Las motocicletas, como se observa en la figura 3, son las que más sobresalen dentro del

hurto automotor, con un total acumulado de enero a julio de 2013 de 9.162 unidades, le

siguen los automóviles con un total de 2.529 unidades, las camionetas con 907 unidades

y los camperos con 264 unidades.

Figura 4 Histórico Hurto Automotor 1992 - 2013/Fuente: DIJIN

8 Introducción

Al observar la Figura 4, que muestra el histórico del hurto de vehículos desde 1992 hasta

el 2013, nos damos cuenta cómo, durante los últimos seis años, este número se ha

incrementado, y aunque es menor durante el año 2013 (13420), hay que tener en cuenta

que esta es solo la cantidad de vehículos hurtados durante los primeros siete meses. Por

lo anteriormente expuesto, el incremento en el robo de vehículos en Bogotá genera la

necesidad, por parte de los propietarios de vehículos, de sistemas de seguridad o

seguros para protegerlos. Sin embargo, estos sistemas son muy costosos a la hora de

ser implementados, incluso algunos requieren el pago de mensualidades de elevado

valor.

En este proyecto, en consecuencia, se da solución a este problema con un dispositivo

que funciona como sistema de seguridad utilizando las redes de telefonía celular. Este

sistema permite a los usuarios el bloqueo del auto por corte de corriente, encendido del

motor y aviso de intrusión al vehículo por mensaje de texto o llamada. Los usuarios

tienen acceso a estas funciones de manera remota desde un dispositivo móvil.

La intención principal de realizar el proyecto con dispositivos de comunicación celular y

las redes de telefonía celular fue disminuir considerablemente el costo de

implementación y mensualidad que se pagaría, en comparación los sistemas que ya

están en el mercado en estos momentos.

Introducción

9

OBJETIVOS

Objetivo General

Diseñar e implementar un sistema de alarma y monitoreo vehicular controlado por un

dispositivo móvil utilizando la conexión de redes celulares.

Objetivos Específicos

Diseñar e implementar un sistema de seguridad para vehículo con capacidad de

detectar intrusión y control de alarma.

Desarrollar e implementar una aplicación móvil que contenga las opciones de

control remoto del sistema (desbloqueo, apagado y activación de alarma).

Diseñar e implementar el sistema de comunicación encargado de interconectar el

sistema de seguridad del vehículo con el dispositivo móvil por medio de redes

celulares.

Evaluar el funcionamiento del sistema planteado mediante la implementación de

un prototipo instalado en un vehículo.

Marco de Referencia

La conceptualización de los términos, tecnologías y origen de las técnicas que son parte

del desarrollo, están contenidas en este apartado.

1.1 Marco de Referencia

1.1.1 Sistema de seguridad para vehículos

Existen diferentes tipos de sistemas de seguridad para vehículos: están aquellos que se

encargan de alertar o actuar en caso de un accidente o una avería, a su vez estos se

dividen en dos clases: pasivos y activos.

El sistema de seguridad activo, implica el conjunto de todos aquellos elementos que

contribuyen a proporcionar una mayor eficacia y estabilidad al vehículo en marcha, y en

la medida de lo posible, evitar un accidente. Posee algunas características propias como

son:

Frenado a tiempo

El sistema de dirección

El sistema de suspensión

Los neumáticos y su adherencia al suelo

La iluminación

Sistemas de control de estabilidad

El sistema de seguridad pasivo, implica los elementos que reducen al mínimo los daños

que se pueden producir cuando el accidente es inevitable. Posee algunas características

propias como son:

Los cinturones de seguridad

12 SISTEMA DE ALARMA Y MONITOREO VEHICULAR CONTROLADO POR UN DISPOSITIVO MÓVIL


Los Airbags

El Chasis y Carrocería

Los cristales

El reposacabezas

También existen en el mercado sistemas de seguridad encargados de evitar o alertar al

usuario, el hurto del vehículo.

Los sistemas de seguridad antirrobos que constan de elementos con la capacidad de

bloquearla dirección, la barra de volante o la alarma acústica, que suelen venir de serie

en algunos coches, no siempre son eficaces. Pero existen otros como los llamados

inmovilizadores electrónicos, que al desconectar algún circuito esencial impiden que el

vehículo arranque.

Estos dispositivos son activados cuando se detectan por medio de sensores encargados

de determinar actividades que evidencian que el vehículo está siendo hurtado, por

ejemplo, subir los seguros sin desactivar la alarma, arrastrar el vehículo sin encenderlo,

romper los vidrios, etc.

Los mejores sistemas de seguridad antirrobo son los que cuentan con inmovilizadores

electrónicos encargados de activar o desactivar los circuitos. Estos dispositivos pueden

ser activados automáticamente por el sistema de seguridad desde su procesador central,

al ser detectada la intrusión, o puede también ser activado desde un control remoto.

Actualmente, en el mercado existen diversas empresas encargadas de ofrecer productos

relacionados con la seguridad de vehículos; algunos de ellos ofrecen productos como

alarmas con apagado de motor desde un control, activación automática de la alarma

después de treinta segundos después de haber cerrado puertas, con función de

localización del vehículo mediante sirena, etc. Aunque con un costo cercano a los

$100.000, más un cargo de $60.000 por la instalación, este sistema resulta económico,

el gran problema que tiene es que todas estas funciones se activan desde un control con

tan solo 80 metros de alcance, por lo que hace necesario cierto tipo de vigilancia por

parte del propietario del vehículo.

Marco de Referencia 13

También hay empresas que prestan servicios integrales: Tracker de Colombia SAS o

Barreto S.A. que tienen servicios como DeteKTOR y Orbitsat que son Sistemas de

monitoreo, control y rastreo de vehículos por tecnología GPS. Aunque estas empresas

ofrecen planes que incluyen servicio de rastreo y localización en caso de robo,

dispositivo e instalación del mismo, fuerza de reacción e infraestructura propia, central de

soporte telefónico 24 x 7; por lo general someten a sus usuarios a cláusulas de

permanencia de mínimo un año causando altos costos del producto.

1.1.2 Sistemas Embebidos

Los sistemas embebidos se encuentran en artefactos de uso cotidiano. El horno

microondas, refrigeradores, el auto, el ascensor, el equipo de audio, o el avión, son

controlados por computadoras que normalmente no poseen una pantalla, un teclado o

disco rígido, y no responden a lo que comúnmente se denomina PC. Es decir, es difícil

encontrar algún dispositivo cuyo funcionamiento no esté basado en algún sistema

embebido.

Los sistemas embebidos suelen tener, en alguna de sus partes, una computadora con

características especiales conocida como micro-controlador, que viene a ser el cerebro

del sistema. Este, no es más que un microprocesador que incluye interfaces de

entrada/salida en el mismo chip. Normalmente estos sistemas poseen un interfaz externo

para efectuar un monitoreo del estado y hacer un diagnóstico del sistema. [15]

1.1.3 Sistemas Embebidos con Arduino

Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos, basada

en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores,

aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos.



Arduino puede tomar información del entorno, a través de sus pines de entrada, de toda

una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores,

entre otros actuadores. El micro controlador en la placa Arduino se programa mediante el

lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino

(basado en Processing). Los sistemas embebidos hechos con Arduino pueden ejecutarse

sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y

comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP). [16]

Las placas pueden ser hechas a mano o compradas montadas de fábrica; el software

puede ser descargado de forma gratuita. Esto permite que a la hora de realizar cualquier

tipo de proyecto con esta plataforma, tanto su diseño como su construcción, se logre de

una manera más sencilla y de manera más eficaz que con cualquier otra alternativa que

se encuentre actualmente en el mercado, tomando como campo de comparación los

costos y eficacia a la hora de la implementación.

También se encuentran en internet, y en otros medios, proyectos ya implementados con

esta plataforma que pueden brindar ayuda a la hora de realizar el diseño y montaje de

nuestro proyecto.

1.1.4 Sensores

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas

variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de

instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia,

aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento,

pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica, una capacidad

eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica, una corriente eléctrica

(como en un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que está siempre en contacto con la

variable de instrumentación, con lo que puede decirse también que es un dispositivo que

aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la


pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio, que

aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de

la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una

forma de energía en otra.

Entre las áreas de aplicación de los sensores se cuentan: la industria automotriz, la

robótica, la industria aeroespacial, la medicina, la industria de manufactura, etc. [4-5,8]

1.1.5 Accionamientos y actuadores eléctricos

Accionamiento o actuador es aquel elemento o dispositivo de una máquina encargado de

suministrar energía mecánica para que ésta funcione. Este elemento debe ser capaz de

transformar algún tipo de energía, ya sea eléctrica, neumática o hidráulica, etc., en

energía mecánica, para aplicarla en el eslabón motor de dicha máquina. Si además a

este actuador se le incorpora un sistema de control y un convertidor de señal, decimos

que estamos en presencia de “servo actuador” o un servo accionamiento. Los actuadores

son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos y de energía eléctrica.

El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para

activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.

Los actuadores eléctricos, neumáticos e hidráulicos son usados para manejar aparatos

mecatrónicos. Que son sistemas digitales que recogen señales, las procesa y emite una

respuesta por medio de actuadores, generando movimientos o acciones sobre el sistema

en el que se va a actuar. Por ejemplo los robots, líneas de proceso automático, máquinas

controladas digitalmente o los vehículos guiados automática mente, se deben considerar

como sistemas mecatrónicos. [6]



1.1.6 Telefonía Celular

La telefonía celular es un sistema de comunicación telefónica totalmente inalámbrica, en

este caso los sonidos se convierten en señales electromagnéticas, que viajan a través

del aire, siendo recibidas y transformadas nuevamente en mensaje a través de antenas

repetidoras o vía satélite. El área que cubre una antena es una célula.

Los encargados de diseñar el prototipo final de la telefonía móvil, fueron los científicos

del laboratorio Bell, quienes después de muchos intentos inspirados en los

radioteléfonos, dieron inicio a la telefonía celular en 1983, extendiéndose a nivel mundial.

En Colombia, la telefonía móvil llegó en 1994, dando inicio a la libre competencia en el

sector de las telecomunicaciones, rompiendo con una larga tradición de monopolio y

proteccionismo por parte del Estado. Actualmente son tres las compañías que distribuyen

el servicio en la totalidad del territorio nacional. [3-7, 9, 11]

1.1.7 Dispositivo Móvil

Un dispositivo móvil se puede definir como un aparato de pequeño tamaño, con algunas

capacidades de procesamiento, con conexión permanente o intermitente a una red, con

memoria limitada, que ha sido diseñado específicamente para una función, pero que

puede llevar a cabo otras funciones más generales. De acuerdo con esta definición

existen multitud de dispositivos móviles, desde los reproductores de audio portátiles

hasta los navegadores GPS, pasando por los teléfonos móviles, los PDA o las tabletas.

[1-3]

1.1.8 App Inventor

App Inventor es una aplicación originalmente desarrollada por Google y mantenida ahora

por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Permite que cualquier persona,

incluyendo las no familiarizadas con la programación y SDK de Android, pueda crear


aplicaciones de Software para Android. App Inventor está diseñado para el desarrollo de

aplicativos móviles de manera gráfica. Google puso fin al desarrollo de App Inventor el 31

de diciembre de 2011 cediéndole el código al MIT que por fin lo ha puesto a disposición

del público en general. Consta de una interfaz que permite al usuario crear la parte

gráfica del aplicativo y tiene una segunda que permite al usuario la creación del

funcionamiento del mismo.

En la creación de App Inventor para Android, Google se basó en la investigación de la

informática educativa, y el trabajo realizado en entornos de desarrollo en línea. El editor

de bloques utiliza la biblioteca Open Blocks de Java para la creación de lenguajes de

programación visuales. Open Blocks está distribuida por el Massachusetts Institute of

Technology Program's Scheller para formación de profesorado y deriva de la

investigación de la tesis de Ricarose Roque. El profesor Eric Klopfer y Daniel Wendel, del

Programa Scheller, apoyaron la distribución de bloques abiertos bajo la licencia MIT. La

programación de bloques abiertos y visuales está estrechamente relacionada con el

StarLogo, un proyecto de Klopfer, y Scratch, un proyecto de la MIT. Estos proyectos

están formados por teorías del aprendizaje construccionista, que hace hincapié en que la

programación puede ser un vehículo para conseguir ideas de gran alcance a través del

aprendizaje activo. Como tal, es parte de un movimiento continuo en las computadoras y

la educación que se inició con el trabajo de Seymour Papert y el Grupo de Logo del MIT

en 1960 y también se ha manifestado con el trabajo de Mitchel Resnick, Lego

Mindstorms y Star Logo. El equipo de App Inventor fue dirigido por Hal Abelson y Mark

Friedman.[1-2,19]

Al ser una herramienta de libre distribución permite al usuario obtener información de

diferentes fuentes además de consultar proyectos ya realizados, pues este programa

permite que los proyectos sean compartidos con todos las personas que lo usan.

1.1.9 Comandos AT

Las instrucciones codificadas que conforman un lenguaje de comunicación entre el

usuario y un terminal modem se pueden denominar como comando AT de attention. El



objeto principal de estos comandos es la comunicación con módems, también es

aplicado para la comunicación entre terminales de telefonía móvil GSM, que permite

configurar, desarrollar nuevo software y dar instrucciones a los terminales. En la

documentación técnica de los terminales GSM, se detallan las instrucciones y las

acciones que estas ejecutan. Según sea el terminal GSM, será la implementación del

comando AT. [14]

1.1.10 Modem GSM

Un módem GSM es un módem inalámbrico que funciona a través de una red con las

mismas características de un módem de acceso telefónico. La principal diferencia entre

ellos es que un módem de acceso telefónico envía y recibe datos a través de una línea

telefónica fija, mientras que un módem inalámbrico envía y recibe datos a través de

ondas de radio.

Un módem GSM puede ser un dispositivo externo o una tarjeta PC Card / PCMCIA Card.

Normalmente, un módem GSM externo está conectado a un ordenador mediante un

cable serie o un cable USB. Un módem GSM en la forma de una tarjeta PC Card /

PCMCIA Card está diseñado para su uso con un ordenador portátil.

Al igual que un teléfono móvil GSM, un módem GSM requiere una tarjeta SIM de un

operador móvil, a fin de operar. El Modem GSM utiliza comandos AT estándar y

extendidos, los cuales están definidos en las normas GSM. Con los comandos AT

extendido, el modem puede realizar las siguientes acciones [13]:

• Lectura, escritura y eliminación de mensajes SMS.

• Envío de mensajes SMS.

• Control de la intensidad de la señal.

• Monitorear el estado de carga y de nivel de carga de la batería.

• La lectura, la escritura y búsqueda de entradas en la libreta de teléfonos.


1.1.11 Sistemas de Geo-referenciación

La Geo-referenciación es el uso de coordenadas de mapa para asignar una ubicación

espacial a entidades cartográficas. Todos los elementos de una capa de mapa tienen una

ubicación geográfica y una extensión específicas que permiten situarlos en la superficie

de la Tierra o cerca de ella. La capacidad de localizar de manera precisa las entidades

geográficas es fundamental tanto en la representación cartográfica como en SIG

(Sistema de Información Geo-referenciada).

La correcta descripción de la ubicación y la forma de entidades requiere un marco para

definir ubicaciones del mundo real. Un sistema de coordenadas geográficas se utiliza

para asignar ubicaciones geográficas a los objetos. Un sistema de coordenadas de

latitud-longitud global es uno de esos marcos. Otro marco es un sistema de coordenadas

cartesianas o planas que surge a partir del marco global.

Latitud y longitud

Un método para describir la posición de una ubicación geográfica en la superficie de la

Tierra consiste en utilizar mediciones esféricas de latitud y longitud. Estas son

mediciones de los ángulos (en grados) desde el centro de la Tierra hasta un punto en su

superficie. Este tipo de sistema de referencia de coordenadas generalmente se denomina

sistema de coordenadas geográficas.



Figura 0-1 Sistema de Geo-referenciación

La longitud mide ángulos en una dirección este-oeste. Las mediciones de longitud

comúnmente se basan en el meridiano de Greenwich, que es una línea imaginaria que

realiza un recorrido desde el Polo Norte, a través de Greenwich, Inglaterra, hasta el Polo

Sur. Este ángulo es de longitud 0. El oeste del meridiano de Greenwich por lo general se

registra como longitud negativa y el este, como longitud positiva.

Si bien la longitud y la latitud se pueden ubicar en posiciones exactas de la superficie de

la Tierra, no proporcionan unidades de medición uniformes de longitud y distancia. Sólo a

lo largo del ecuador la distancia que representa un grado de longitud se aproxima a la

distancia que representa un grado de latitud. Esto se debe a que el ecuador es la única

línea paralela que es tan extensa como el meridiano. [17]

Diseño y Construcción del Sistema de Alarma y Monitoreo

El desarrollo del proyecto este dividido en 5 bloques funcionales, cada uno de los cuales

tiene su parte de diseño y posterior aplicación. Se realizaron pruebas para probar cada

dispositivo por aparte y en diferentes ensayos, estos se documentaron en el capítulo tres

de este documento. El diagrama general del proyecto se muestra en la Figura 2.1, en

esta se muestra los bloques que conforman el sistema. En este capítulo se especifica

cada uno de los elementos utilizados en este proyecto y su montaje en el vehículo.

Figura 0-1 Diagrama de Bloques del Sistema



Ahora se detallará el trabajo realizado en cada uno de los bloques.

1.1 Bloque adquisición de datos y actuadores

Debido a que en la industria de la seguridad de Vehículos ya se encuentran productos

que funcionan como actuadores y sensores, se ha decidido utilizar algunos de estos para

estos dos bloques principalmente. También se ha implementado un circuito diseñado por

nosotros, que permite realizar la conexión entre estos dos bloques y el bloque tres

encargado del control general de la alarma.

En el mercado se encuentran actuadores diseñados específicamente para vehículos, en

nuestro caso hemos elegido elementos como: módulos eleva vidrios encargados de

automatizar la elevación de los vidrios eléctricamente. Estos módulos vienen de dos

diferentes clases, los que elevan los vidrios de dos puertas o los que elevan los vidrios de

cuatro puertas. Utilizaremos los que elevan los vidrios de dos puertas a la vez, para tener

un mayor control. De manera general, este dispositivo es alimentado con 12 voltios

positivos y al recibir un pulso específico que varía entre tierra y 12 voltios se encarga de

activar un servomotor que sube los vidrios mediante un sistema mecánico.

El elemento encargado de subir o bajar los seguros es un pistón que de igual manera

que el eleva vidrios funciona con doce voltios. Este elemento funciona como un

interruptor de abierto/cerrado y se activa con un pulso de tierra. A este elemento se le

conoce como bloqueo central. También este elemento se encarga de cerrar el baúl.

Existe también un relé externo encargado de realizar el corte de corriente del motor

necesario para inmovilizar el vehículo.

Además de los actuadores es necesario tener en cuenta todos los sensores para nuestro

sistema de seguridad. En nuestro caso específico se utiliza:

Sensor externo: encargado de verificar que el vehículo no esté en movimiento.

Diseño y Construcción del Sistema 23

Sensor de apertura de puertas: Encargado de comprobar si las puertas se

encuentran cerradas o abiertas.

Sensor de seguros y vidrios: Encargado de identificar si se bajan los seguros o se

bajan los vidrios.

Por último, se utiliza un control básico encargado de disparar la alarma y hacer sonar la

sirena. Además, tiene la capacidad de activarse 30 segundos después que el vehículo se

haya apagado. Este sistema funcionará solamente cuando el Arduino no esté conectado

y los pines utilizados por este vienen ya definidos por el fabricante, ilustrados en la figura

2-2.

Figura 0-2 Esquema Módulo Control Central de Alarma Ultra Premium/FUENTE: Manual ULTRA Alarma



El módulo de control central, la bocina, dos controles de radiofrecuencia y el interruptor

de desactivación manual están incluidos en un solo paquete que se puede encontrar en

el mercado, por un costo relativamente bajo.

1.1.1 Montaje del Bloque adquisición de datos y actuadores

En este subcapítulo detallaremos el cableado y toda la construcción que fue necesaria

instalar dentro del vehículo para el correcto funcionamiento del sistema de seguridad.

Cabe destaca que este montaje se realiza tomando en cuenta todos los elementos

mencionados en el primer bloque.

El vehículo en el cual se realizó la instalación del modelo de seguridad es un Renault

Symbol®. Este vehículo ya contaba con una alarma. La Figura 2-3 muestra los

actuadores encargados de elevar los vidrios y bloqueo central.

Figura 0-3 Localización de la alarma Anterior


El módulo de control de esta alarma está ubicado en la parte del conductor al lado del

volante, los demás módulos están ubicados en el mismo lugar y el cableado se dirige

hacia el lugar donde se encuentran los actuadores y los sensores.

En las puertas se encuentran los motores encargados de subir vidrios y los pistones que

suben y bajan seguros. Hasta allá llegan los cables desde los módulos encargados de

controlar estos elementos.

El cableado llega incluso hasta la parte del baúl donde también se realiza el bloqueo de

la puerta del baúl. En la Figura 2-4 se observa el cableado que se dirige hasta la puerta y

que procede del puesto del conductor.

Figura 0-4 Cableado Nuevo de la Alarma

El cableado encontrado durante el montaje del sistema de seguridad se hallaba en muy

mal estado, por eso fue necesario retirarlo todo e instalar nuevo para evitar posibles

problemas más adelante.

El nuevo cableado se instaló teniendo en cuenta la potencia requerida por cada una de

los elementos a conectar, por ejemplo, las luces consumen mucha más corriente que



cualquier otro elemento. Además se instalaron las líneas que alimentaran los motores y

demás elementos de potencia.

El cableado necesario para llegar a los sensores y actuadores necesarios para cumplir

con los requerimientos del sistema se acomodó teniendo en cuenta la alarma anterior.

El cableado en general va desde los actuadores o sensores hasta el puesto del

conductor donde se conectan los módulos de control y estos al control central. En esta

parte es donde consideramos la etapa de intervención, y se realizará la comunicación

entre el sistema de control (Arduino) y la alarma instalada. Con esta etapa de

intervención se logró manejar las diferentes características de la alarma.

El bloque de intervención no es más que la interrupción de las líneas que controlan los

diferentes elementos de la alarma. Por ejemplo, para subir los vidrios se interrumpe el

camino que enciende las luces por medio del circuito utilizado durante la prueba 5. Este

circuito corta el camino entre el Módulo que eleva los vidrios y el módulo de control

central de la alarma.

Figura 0-5 Esquema Acople De intervención


En la figura 2-5, se explica el funcionamiento de la etapa de intervención. La entrada está

conectada directamente a la salida digital del Arduino. V1 es el voltaje necesario para

activar la bobina del relevo.V2 es el voltaje necesario para activar el elemento que

queremos. Siguiendo con el ejemplo, elevar los vidrios necesitara que V2 sea la tierra.A1

es la salida normalmente cerrada del relevo. El circuito está conectado de tal manera

que cuando el Arduino no tiene la salida digital en alto el control de alarma controla todo

el sistema de seguridad. A2 se encuentra conectado el Módulo que controla el elemento

y en A1 se encuentra conectado el control de alarma. Cuando el Arduino da su salida en

alto activa el relevo y este conecta A2 donde está el Módulo del elemento, con V2 que es

el voltaje necesario para que el Módulo realice su tarea. De esta manera se activa el

Módulo al enviarle un determinado voltaje sin afectar el módulo de control de alarma,

pues queda desconectado. Para determinar los elementos de la etapa de intervención se

realizó el siguiente cálculo. Lo primero que se hizo fue elegir el opto acoplador 4N25 que

es uno de los más comunes del mercado. Teniendo esto en cuenta se puede dividir el

esquema en dos partes primero una de entrada y después una de salida.

Figura 0-6 Cálculos Esquema de intervención

Para la primera solo se debe calcular la Resistencia de entrada R1 teniendo en cuenta la

corriente que se quiere limitar, está dependiendo de la salida del Arduino y el voltaje

consumido por el diodo emisor de luz para dispararse, este valor los da el fabricante, sin

embargo, se toma un valor un poco menor para realizar estos cálculos. Por tanto:



I1= 4mA = Corriente máxima de la salida del Arduino

VLed = 1V = Voltaje mínimo para encender

Al realizar la malla obtenemos la ecuación

5V= R1*I1-Vled

Al despejar obtenemos que R1= (5V-Vled)/I1

R1=1KΩ

Para la segunda parte, se puede calcular los valores de las corrientes analizando el

circuito como un BJT configurado en polarización fija para operar en corte o saturación.

Por tanto obtendríamos el circuito mostrado en la figura 2-7.

Teniendo en cuenta algunas fórmulas de la

configuración en polarización fija :

Figura 0-7 Polarización fija de un BJT

En este caso específico, Rc no existe sino que solamente colocamos un diodo para que

no se devuelva la corriente y el voltaje del voltaje de la carga, que en nuestro caso sería

nada más que 5V, que es lo que consume la bobina del relevo. Por tanto: Vcc = VRc -

VCE; VCE = 5V-4.7V=0.3V

Además: Vcc=VRb-VBE=5V=VRb-0.7V

Por tanto VRb=5V-0.7V=0.3V

También sabemos IB=VBE/RB al asumir una resistencia de base de 2.7KΩ obtenemos

IB= 111uA. Al realizar las medida del β obtenemos uno de 152 por tanto IC= βIB =

(152)(111uA)= 16.8mA. Al terminar, también se instala una resistencia en la salida del

opto acoplador y tierra para que la salida limite la corriente. En este caso del mismo valor

de RB es decir 2.7KΩ


Figura 0-8 Diagrama de Bloques Etapa de Control

Con el diagrama de bloques de la figura 2-8, se puede ver que los acoples de

intervención se conectan con el Arduino por un lado, y por otro intervienen las líneas de

comunicación entre el módulo de control de alarma y los módulos de los elementos.

Además, es necesario tener un bloque de regulación de voltaje aunque los módulos, en

general, tienen una alimentación que varía entre 12Vdc y 14Vdc. Asimismo el Arduino se

encuentra conectado directamente con el módulo GSM quien se encarga de la

comunicación y que se explica en un subcapítulo más adelante.

Conociendo la función de cada pin y el voltaje necesario para la activación del elemento,

dada por el fabricante, mostrada en la figura 2-9, se muestran los pines de control de

módulo para decidir los caminos de alimentación.

En consecuencia, se decide intervenir los caminos 1 y 2 para alimentación dirigida hacia

nuestro bloque de regulación de voltaje. Los caminos 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11 y 12 para realizar

el control de estos elementos por medio del Arduino. Por tanto, se diseñó y construyó el

circuito, figura 2-10, que cumple con el diagrama de bloques.



Figura 0-9 Esquema Pines de Control Módulo Central de Alarma


Figura 0-10 Diseño Circuito Impreso Bloque de Intervención

Además, como un actuador más tenemos un módulo GPS que se encarga de dar la

posición de nuestro vehículo. En primer lugar elegimos el módulo L50 Quectel GPS

Engine, el cual es un modelo económico, ya que tan solo utiliza el protocolo NMEA

(National Marine Electronics Association) con los datos recibidos en GPRMC para

transmitir los datos de posición. Las conexiones son muy simples, tan solo tenemos la

alimentación, y la conexión serie Rx (Recepción) y Tx (Transmisión) por la que circularán

los datos.

En este caso solo se usará el Tx que transmitirá los datos hacia nuestro Arduino, pero

podríamos usar el Rx para enviarle una trama al GPS y “dormirlo” mientras no lo

utilicemos, algo fundamental si usamos o también pre-establecer nuestra posición,

altitud, fecha, para que el posicionamiento sea aún más rápido.

La tramada recibida en el Arduino es parecida a la siguiente, una vez ubicado:

$GPGGA,142651.000,4138.39329,N,00053.28085,W,1,05,3.5,272.35,M,51.6,M,,*76

$GPVTG,0.0,T,,M,0.1,N,0.3,K*62



$GPGSA,A,3,10,08,07,02,04,,,,,,,,9.8,3.5,9.2*36

$GPGSV,3,1,10,13,49,047,,10,80,000,30,23,21,061,,16,07,043,*7E

$GPGSV,3,2,10,08,42,174,37,07,65,121,39,05,24,303,,02,51,277,35*7C

$GPGSV,3,3,10,04,52,213,41,120,71,269,,,,,,,,,*46

$GPGLL,4138.393,N,00053.281,W,142651.000,A*29

$GPGSV,3,1,11,12,60,232,37,15,58,167,36,18,26,255,32,09,70,357,*74

$GPGSV,3,2,11,27,64,057,,17,24,051,,25,19,232,21,22,18,299,*7D

$GPGSV,3,3,11,26,16,143,,14,05,317,,28,00,048,*4F

$GPRMC,183324.466,V,4138.0755,N,00055.5164,W,,,210312,,,N*63

$GPGGA,183325.466,4138.0818,N,00055.5159,W,0,03,,-51.6,M,51.6,M,,0000*72

$GPGSA,A,1,12,15,18,,,,,,,,,,,,*10

Son muchos los datos que este módulo nos puede brindar, sin embargo solo se utilizan

algunos. Los datos que se pueden considerar necesarios son los siguientes:

Hora UTC (Tiempo Universal Coordinado) en formato: hhmmss

Latitud en formato: ggmm.ssss

Orientación en latitud: N (norte) o S (sur)

Longitud en formato: gggmm.ssss

Orientación en longitud: E (este) o W (oeste)

Indicación de calidad GPS: 0=nula; 1=GPS fija

Número de satélites visibles por el receptor: nn

Dilución horizontal de posición: xx.x

Altitud de la antena por encima / por debajo del nivel del mar (geoidal): xxxxx.x

Unidades de altitud: M (metros)

Separación geoidal: xxx.x

Unidades de separación: M (metros)


Tiempo en segundos desde la última actualización: xx

ID de referencia de la estación

El más importante para el proyecto es un vínculo Web el cual nos conduce directamente

a un mapa el cual nos muestra la posición exacta de nuestro Módulo GPS. Este vínculo

será transmitido por el Módulo GPS hacia el Arduino y este lo enviará por medio de un

mensaje de texto hacia nuestro dispositivo móvil el cual será procesado por nuestro

aplicativo y enseñado al usuario.



Figura 0-11 Esquema y Montaje Módulo L50 Quectel GPS Engine

En la Figura 2-11 se muestra el el esquema y el montaje del Módulo L50 Quectel GPS

Engine. El esquema de montaje es bastante sencillo, sin embargo, se utiliza un

convertidor de voltajes y un regulador, puesto que este módulo GPS utiliza un voltaje de

alimentación de 1.8Vdc. Por tanto, el regulador estará encargado de alimentar al GPS y

el convertidor convertirá los voltajes de salida en datos válidos para ser reconocidos por

nuestro Arduino.

1.2 Control de alarma

En este bloque se decidió utilizar un dispositivo Arduino que permitió realizar, tanto el

control de la alarma así como de nuestro bloque de comunicación.

Teniendo en cuenta que Arduino es un proyecto que tiene como objetivo facilitar el

desarrollo de proyectos relacionados con la electrónica, conseguir este sistema es cada

vez más sencillo y existen un buen número de tiendas en Internet en las que conseguir

una placa de Arduino y un buen número de complementos, sensores y ampliaciones con

los que desarrollar.


Se trata de unas placas open hardware, figura 2-12, por lo que su diseño es de libre

distribución y utilización, que incluso podría ser construida de manera propia.

Figura 0-12 Arduino Mega2560

El programa se implementará haciendo uso del entorno de programación propio de

Arduino y se transferirá empleando un cable USB. Si bien en el caso de la placa USB no

es preciso utilizar una fuente de alimentación externa, ya que el propio cable USB la

proporciona, para la realización de algunos de los experimentos prácticos sí que será

necesario disponer de una fuente de alimentación externa ya que la alimentación

proporcionada por el cable USB puede no ser suficiente. El voltaje de la fuente puede

estar entre 6 y 25 Voltios.

Entorno de desarrollo

Para programar la placa es necesario descargar de la página web de Arduino el entorno

de desarrollo (IDE), figura 2-13. Se dispone de versiones para Windows y para MAC, así

como las fuentes para compilarlas en LINUX. En la Figura 5se muestra el aspecto del

entorno de programación. En el caso de disponer de una placa USB es necesario instalar

los drivers FTDI. Estos drivers vienen incluidos en el paquete de Arduino mencionado

anteriormente. Existen en las web versiones para distintos sistemas operativos.



Figura 0-13 Entorno de desarrollo para Arduino

Estructura básica del programa

La estructura básica de programación de Arduino es bastante simple y divide la ejecución

en dos partes: setup y loop. Setup () constituye la preparación del programa y loop() es la

ejecución.

En la función Setup() se incluye la declaración de variables y se trata de la primera

función que se ejecuta en el programa. Esta función se ejecuta una única vez y es

empleada para configurar el pinMode (por ejemplo si un determinado pin digital es de

entrada o salida) e inicializar la comunicación serie. La función loop() incluye el código a

ser ejecutado continuamente (leyendo las entradas de la placa, salidas, etc.).

Como se observa en este bloque de código cada instrucción acaba con ; y los

comentarios se indican con //. Al igual que en C se pueden introducir bloques de

comentarios con /* ... */.


A la hora de realizar un programa debemos tener en cuenta muchos parámetros como

funciones, variables posibles para los diferentes tipos de datos, operadores aritméticos,

sentencias condiciónales y además características físicas como entradas y salidas

digitales y análogas, puertos serie y demás. Características que son propias del Arduino

seleccionado.

1.2.1 Arduino Mega 2560

El Arduino Mega es una placa micro controlador basada ATmeg2560. Tiene 54

entradas/salidas digitales, 16 entradas digitales, 4 UARTS, un cristal oscilador de 16MHz,

conexión USB, entrada de corriente, conector ICSP y botón de reset. Contiene todo lo

necesario para hacer funcionar el micro controlador; simplemente se conecta al

ordenador con el cable USB o se alimenta con un trasformador o batería para empezar.

El Mega es compatible con la mayoría de “shields” diseñados para el Arduino

Duemilanove o Diecimila

Características Valor

Micro controlador ATmega2560

Voltaje de funcionamiento 5V

Voltaje de entrada (recomendado)

7-12V

Voltaje de entrada (limite) 6-20V

Pines E/S digitales 54 (15 proporcionan salida PWM)

Pines de entrada analógica 16

Intensidad por pin 40 mA

Intensidad en pin 3.3V 50 mA

Memoria Flash 256 KB de las cuales 8 KB las usa el gestor de arranque(bootloader)

SRAM 8 KB

EEPROM 4 KB

Velocidad de reloj 16 MHz

Tabla 0-1 Características Arduino Mega2560

Alimentación

El Arduino Mega 2560 puede ser alimentado vía la conexión USB o con una fuente de

alimentación externa. El origen de la alimentación se selecciona automáticamente.



Las fuentes de alimentación externas (no-USB) pueden ser tanto un transformador o una

batería. El transformador se puede conectar usando un conector macho de 2.1mm con

centro positivo en el conector hembra de la placa. Los cables de la batería pueden

conectarse a los pines Gnd y Vin en los conectores de alimentación (POWER)

La placa puede trabajar con una alimentación externa de entre 6 a 20 voltios. Si el voltaje

suministrado es inferior a 7V el pin de 5V puede proporcionar menos de 5 Voltios y la

placa puede volverse inestable, si se usan más de 12V los reguladores de voltaje se

pueden sobrecalentar y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios.

Los pines de alimentación son los siguientes:

VIN. La entrada de voltaje a la placa Arduino cando se está usando una fuente externa

de alimentación. Se puede proporcionar voltaje a través de este pin, o, si se está

alimentado a través de la conexión de 2.1mm, acceder a ella a través de este pin.

5V. La fuente de voltaje estabilizado usado para alimentar el micro controlador y otros

componentes de la placa. Esta puede provenir de VIN a través de un regulador integrado

en la placa, o proporcionada directamente por el USB o otra fuente estabilizada de 5V.

3V3. Una fuente de voltaje a 3.3 voltios generada en el chip FTDI integrado en la placa.

La corriente máxima soportada 50mA.

GND. Pines de toma de tierra.

Memoria

El ATmega2560 tiene 256KB de memoria flash para almacenar código (4KB son usados

para el arranque del sistema (bootloader).El ATmega1280 tiene 8 KB de memoria SRAM.

El ATmega2560 tiene 4KB de EEPROM y 8KB de SRAM.

Entradas y Salidas

Cada uno de los 54 pines digitales en el Mega2560 pueden utilizarse como entradas o

como salidas usando las funciones pinMode(), digitalWrite(), y digitalRead() . Las E/S

operan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir una intensidad máxima de


40mA y tiene una resistencia interna (desconectada por defecto)de 20-50kOhms.

Además, algunos pines tienen funciones especializadas:

Serie: 0 (RX) y 1 (TX), Serie 1: 19 (RX) y 18 (TX); Serie 2: 17 (RX) y 16 (TX); Serie 3: 15

(RX) y 14 (TX). Usado para recibir (RX) transmitir (TX) datos a través de puerto serie

TTL. Los pines Serie: 0 (RX) y 1 (TX) están conectados a los pines correspondientes del

chip FTDI USB-to-TTL.

Interrupciones Externas: 2 (interrupción 0), 3 (interrupción 1), 18 (interrupción 5), 19

(interrupción 4), 20 (interrupción 3), y 21 (interrupción 2). Estos pines se pueden

configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de subida o

bajada (cambio de LOW a HIGH(5V) o viceversa), o en cambios de valor.

PWM: de 0 a 13. Proporciona una salida PWM (Pulse Wave Modulation, modulación de

onda por pulsos) de 8 bits de resolución (valores de 0 a 255) a través de la función

analogWrite().

SPI: 50 (SS), 51 (MOSI), 52 (MISO), 53 (SCK). Estos pines proporcionan comunicación

SPI, que a pesar de que el hardware la proporcione actualmente no está incluido en el

lenguaje Arduino.

LED: 13. Hay un LED integrado en la placa conectado al pin digital 13, cuando este pin

tiene un valor HIGH(5V) el LED se enciende y cuando este tiene un valor LOW(0V) este

se apaga.

El Mega2560 tiene 16 entradas analógicas, y cada una de ellas proporciona una

resolución de 10bits (1024 valores). Por defecto se mide de tierra a 5 voltios, aunque es

posible cambiar la cota superior de este rango usando el pin AREF y la función

analogReference ().

I2C: 20 (SDA) y 21 (SCL). Soporte del protocolo de comunicaciones I2C (TWI) usando la

librería Wire.

Hay unos otros pines en la placa:

AREF. Voltaje de referencia para las entradas analógicas.UsadoporanalogReference().



Reset. Suministrar un valor LOW(0V) para reiniciar el micro controlador. Típicamente

usado para añadir un botón de reset a los shields que no dejan acceso a este botón en la

placa.

Programación

El Arduino Mega2560 se puede programar con el software Arduino.

El ATmega2560 en el Arduino Mega viene pre cargado con un gestor de arranque

(bootloader) que permite cargar nuevo código sin necesidad de un programador por

hardware externo. Se comunica utilizando el protocolo STK500 original.[18]

1.3 Bloque comunicación

En este bloque optamos por un módulo GSM que nos permite comunicarnos por medio

de la red de telefonía Celular con un dispositivo móvil, debido a su costo y eficiencia a la

hora de entablar comunicación.

El módulo GSM es una terminal pequeña de tarjeta SIM (tarjeta de telefonía móvil). De

hecho su función es muy similar a la de un teléfono móvil, y consiste básicamente en

realizar llamadas y enviar mensajes de texto, además de recibir. Para realizar el envió el

Módulo tiene una antena GSM que comunica con las antenas base del operador móvil.

El módulo GSM que se ha escogido para este bloque esta en una placa que nos permite

conectarlo directamente con el Arduino que seleccionamos. Este módulo es el M95 de la

empresa QUECTEL. Este es un módulo GSM de banda cuádruple. Adopta la

tecnología de paquete LCC y ofrece la máxima fiabilidad y robustez. Gracias a su diseño

de pequeñas dimensiones 19.9x23.6x2.65mm y su fácil proceso de soldadura, es capaz

de ser incorporado en casi todas las aplicaciones. Además tiene la antena de GSM

incorporada.

M95 ofrece un rendimiento GSM / GPRS de SMS, datos y voz con muy bajo consumo de

energía. Tamaño extraordinariamente compacto y protocolos integrados aseguran que el


M95 puede llegar a ser muy eficaz a la hora de cumplir con los requisitos de todas las

aplicaciones M2M.

Figura 0-14 Módulo GSM M95

Feature value

Quad Band 850/900/1800/1900 MHz

GPRS Multi - slot Class 12, 1~12 configurable

GPRS Mobile Station Class B

Compliant with GSM Phase 2/2+ Class 4 (2W @850/900 MHz) Class 1 (1W @1800/1900 MHz)

Supply Voltage Range 3.3~4.6 V 4.0V nominal

Low Power 0.9mA @DRX=5

Consumption 0.7mA @DRX=9

Operation Temperature -40 °C ~ +85 °C

Dimensions 19.9mm × 23.6mm × 2.65m

Weight Approx. 3g Tabla 0-2 características de Módulo GSM M95 de QUECTEL

Este módulo permite ser controlado por medio de comandos AT directamente desde un

computador.

1.4 Bloque interfaz de usuario



La interfaz de usuario es un dispositivo móvil que cuente con una versión del SO Android.

Android es un sistema operativo basado en Linux, desarrollado principalmente para

dispositivos móviles con pantalla táctil. Este dispositivo necesitaba tener un aplicativo

móvil con la capacidad de integrar todas las funciones que nuestro sistema de seguridad

tenia. Para el desarrollo de este aplicativo se decidió tener utilizar una herramienta que

nos brindara estabilidad y eficiencia a la hora de ejecutarse y que su programación no

fuese muy compleja. Esta herramienta debía tener una licencia de uso libre. Por eso se

eligió App Inventor.

App Inventor es un entorno de desarrollo de aplicaciones para los teléfonos Android.

Para desarrollar aplicaciones con App Inventor sólo se necesita un navegador web y un

teléfono Android. App Inventor se basa en un servicio web que permite almacenar el

trabajo y ayudará a realizar un seguimiento del proyecto.

Se trata de una herramienta de desarrollo visual muy fácil de usar, con lo que incluso los

no programadores podrán desarrollar aplicaciones.

Al construir las aplicaciones para Android se trabaja con dos herramientas: App Inventor

Designer y App Inventor Blocks Editor. En Designer se construye la Interfaz de Usuario,

eligiendo y situando los elementos con los que interactuará el usuario y con el Blocks

Editor definirás el comportamiento de los componentes de tu aplicación.

App Inventor Designer es la herramienta que nos permite diseñar la parte grafica de

nuestro aplicativo. Esta herramienta nos entrega una pantalla en blanco donde

empezamos a insertar los objetos que necesitamos en el aplicativo, como botones,

cuadros de texto, etc. Incluso objetos que aunque el usuario no logra ver son obligatorios,

como los son mensajes de texto o llamadas. También permite crear nuevas ventanas.


Figura 0-15 App Inventor Designer

Una vez tenemos los elementos y el diseño de nuestro aplicativo abrimos App Inventor

Blocks Editor. Por medio de esta herramienta podemos configurar el funcionamiento de

nuestro aplicativo. Esta herramienta funciona por medio de bloques. Se tienen dos

clases. Los primeros hacen referencia al objeto que hemos insertado en App Inventor

Designer. Los segundos denotan la función o acción que queremos asignar a un objeto,

estos pueden sor lógicos, matemático. La forma de unirlos es encajarlos uno dentro de

otro. Los bloques tienen formas que no permiten que sean encajados con otros que no

funcionen correctamente. Esto nos permite que el algoritmo creado para el aplicativo se

pueda ejecutar de manera más confiable en App Inventor.



Figura 0-16 App Inventor Blocks Editor

Para la simulación del aplicativo App Inventor nos permite conectar directamente con un

dispositivo móvil que funcione con el sistema operativo Android o también tiene la opción

de un emulador para verificar el correcto funcionamiento del proyecto en el cual se

trabaja.


Figura 0-17 Diagrama de bloques del Aplicativo

El aplicativo desarrollado para el proyecto realiza una verificación identidad por

seguridad cuando inicia. Este aplicativo cumple dos tipos de tareas. Las primeras las

llamamos opciones del aplicativo que son las que ejecuta cuando el usuario las solicita.

Es decir, cuando presiona un botón dentro del aplicativo. Para esto el aplicativo se

encarga de enviar un mensaje de texto a través de la red de telefonía celular al Arduino

con la respectiva orden. Lógicamente esta orden tendrá que ser confirmada antes de ser

enviada. Las opciones que el aplicativo brinda al usuario son:

Solicitar Posición: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la

Arduino que pregunte al Módulo GPS la posición geográfica. El Arduino por medio

de un mensaje de texto.



Apagado Eléctrico Del Motor: esta opción solicita al Arduino por medio de un

mensaje de texto que active el relevo que realiza la interrupción de corriente que

alimenta el motor.

Desactivar Alarma: Con esta opción el Arduino recibe el mensaje de texto que le

ordena desactivar la alarma. Sin embargo, el módulo de control central de la

alarma la vuelve a activar 30 segundos después de haber sido desactivada.

Disparar Alarma: Esta opción permite al usuario disparar la alarma causando que

el control de alarma realice todas las tareas que normalmente hace cuando esto

ocurre. Por medio de un mensaje de texto el aplicativo se comunica con el

Arduino.

Elevar Vidrios: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la Arduino

que active el módulo de elevación de vidrios.

Subir Seguros: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la Arduino

que active el pistón que sube seguros.

Bajar Seguros: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la Arduino

que active el pistón que baja seguros.

Seguro Baúl Eléctrico: Es la opción que envía un mensaje de texto que solicita la

Arduino active el pistón que pone seguro al baúl.

Todas estas tareas las comunica el aplicativo al Arduino por medio de mensajes de texto.

Debido a que el costo de una llamada es mayor.

También el aplicativo debe ejecutar tareas que no son visibles para el usuario pero que

son importantes para el sistema de seguridad. Estas tareas son:

Informar Disparo De La Alarma: reproduce un archivo de audio y muestra un

mensaje advertencia.

Mostrar Posición En Mapa: muestra en un mapa la posición geográfica del

vehículo.

Esto implica que el programa del Arduino debe tener la capacidad de enviar mensajes de

texto cuando detecte intrusión o cuando se le solicite la posición geográfica. Además el

aplicativo debe ser capaz de reconocer estos mensajes y ejecutar acciones según sea el

caso.


Figura 0-18 Ventanas del Aplicativo

La figura 2-18 muestra las ventanas principales de nuestro aplicativo. La primera ventana

que tenemos es la solicitud de una contraseña. La segunda aparece si la contraseña

digitada fuese incorrecta. La tercera nos presenta las funciones de la alarma por medio

de botones y la cuarta es la confirmación de la función a realizar.

Pruebas Y Ensayos de los Elementos del Sistema de Seguridad y Monitoreo

Para conocer el comportamiento de los elementos a utilizar en el sistema se realizaron

diferentes pruebas. Como es lógico antes de realizar todos estos ensayos se ejecutó un

proceso de investigación que nos permitió conocer fundamentos que son necesarios a la

hora de elaborar programación y esquemas de diseño. A continuación narramos cada

una de estas pruebas y sus resultados.

1.1 Prueba 1: Control por medio de Llamadas

En esta prueba se integró directamente el Módulo GSM M95 con un Arduino. El objetivo

principal de esta era verificar que tan efectivo resultaba realizar una llamada hacia el

módulo GSM y que dependiendo de quién realizara la llamada, es decir, solo un número

autorizado y el número de timbres efectuados se ejecutara una acción por parte del

Arduino. Dicha acción en este caso específico es encender o apagar un determinado

LED.

Lo que se hizo en primer lugar fue una pre prueba de comunicación entre nuestro

Arduino y el Módulo GSM M95. Esta pre prueba nos permitiría conocer cuales eran los

comandos AT necesarios para recibir una llamada e identificar el Número del cual es

realizada. Como resultado de esta se obtuvo que para la configuración del Módulo GSM

M95 son necesarios los siguientes comandos configuración del dispositivo:

AT+CLIP=1 → Que se encarga de habilitar el identificador de llamadas

AT+CMGF=1 → Que habilita el modo texto MSM

AT&W → Guarda el perfil configurado en el GSM (permite guardar la configuración en

memoria.)



Para realizar tareas con llamadas son necesarios los siguientes comandos AT:

ATD → Genera llamada de voz

ATH → Cuelga llamada

AT+CLIP → Habilita el identificador de llamadas

En el caso especifico de esta pre prueba se conecto el Módulo GSM al PC de modo que

se pudiera visualizar la respuesta de este Módulo a los diferentes comandos.

Figura 0-1 Comunicación con comandos AT

Una vez teniendo estos datos empezamos a elaborar el programa para esta prueba, el

cual toma solo dos parámetros en cuenta. El número telefónica del cual se marca la

llamada y el número de timbres que ocurren durante esta. El diagrama de flujo que

describe el algoritmo del programa se encuentra en la siguiente figura:

Pruebas Y Ensayos 51

Figura 0-2 Diagrama de Flujo Algoritmo Prueba 1

El diagrama de Flujo de la Figura 3-2 inicia definiendo dos variables el número de timbres

y el número telefónico del cual se está marcando. En primer lugar el programa realiza

una operación lógica donde pregunta si el número del cual se realiza la llamada está

autorizado. Si la respuesta es negativa encenderá un Led específico y terminara el

programa. Si al contrario la respuesta es positiva se encenderá otro Led y se realiza otra

pregunta. Esta preguntara se encargara de contar el Número de timbres que hay y

almacena el dato dentro de la variable Tim. Lógicamente para esta operación se realiza

un bucle hasta que no detecte mas timbres. Una vez contados el número de timbres el

programa se encargara de preguntar cuál es el número almacenado dentro de Tim por



medio de decisionales. Primero preguntara si Tim es igual a 1. Después preguntara si

Tim es igual 2 y así sucesivamente. Cuando una de estas preguntas resulte positiva se

encenderá un Led dependiendo de a pregunta y terminará el programa.

Después de haber elaborado el programa realizamos el montaje que nos permitió realizar

la prueba. Primero el montaje de los Led’s en la ProtoBoard con resistencias para limitar

el paso de corriente. El siguiente paso fue enlazar los puentes o conexiones entre

nuestro Arduino y nuestra ProtoBoard de la siguiente:

Figura 0-3 Esquema y Montaje Prueba 1

Esta imagen nos muestra el montaje realizado en ProtoBoard acoplando directamente el

módulo GSM M95 y el Arduino. Este montaje consta de un LED Blanco que nos indica

cuando el módulo GSM ha recibido una llamada y se encuentra timbrando. Este LED

tiene un cambio de estado cada vez que hay timbre. También tenemos un LED verde

que indica cuando el número que realiza la llamada no está autorizado y un LED amarillo

que nos indica que el número que está marcando se encuentra autorizado. Además, en

el montaje hay tres Led’s rojos que indican el número de veces que se timbro.

Al efectuar una llamada desde el número autorizado notamos como el LED blanco

encargado de mostrar el timbre funciona y el Led amarillo que nos indica si el número

está autorizado también funciona.


Figura 0-4 Prueba 1 Encendido de Led’s por Número de timbres

Los Led rojos nos indican el número de timbres que sucedieron durante la llamada. Se

encienden de derecha a izquierda dependiendo del número de timbres, es decir, cuando

timbra una vez el Arduino espera cuatro segundos a que no haya más timbres y si es así

encenderá el primer LED rojo de derecha a Izquierda. Si al contrario suena un a

segunda vez el timbre, después de esperar cuatro segundos a que no hayan más timbres

encenderá el segundo LED rojo de derecha a Izquierda y los demás estarán apagados.

Si esto no sucede y hay un tercer timbre, después de esperar cuatro segundos

encenderá el tercer LED rojo de derecha a izquierda y los demás estarán apagados. Si

el número de timbres es superior a tres entonces el Arduino encenderá los tres Led’s

rojos.



Figura 0-5 Prueba 1 Marcación de Número no Autorizado

Al realizar el llamado de un Número desde un número no autorizado el sistema

terminara la llamada y encenderá el LED verde.

1.2 Prueba 2: Control por medio de mensajes

En esta prueba se integró directamente el Módulo GSM M95 con el Arduino. Esta prueba

nos permite verificar el funcionamiento del Arduino integrado con el Módulo GSM M95 a

la hora de recibir mensajes de texto y actuar según el número desde el cual el mensaje

fue enviado y el contenido de cada mensaje. En este caso también realizamos una pre

prueba que nos permitiese conocer los comandos AT necesarios para la comunicación

entre el Arduino y el Módulo GSM. De la cual se consiguió que los comandos necesarios

para realizar operaciones con mensajes de texto son:

AT+QMGDA="DEL ALL"→ Borra todos los mensajes

AT Ej AT+CMGS="NÚMERO" → Comando para enviar mensajes se finaliza con CR

AT+CMGR + dm → Comando AT para leer el mensaje con dirección dm

AT+CMTI → Indicador de mensaje nuevo y dirección asignada


El programa realizado para el Arduino en esta prueba funciona cumpliendo el siguiente

algoritmo:

Figura 0-6 Diagrama de Flujo Algoritmo Prueba 2

El diagrama de Flujo de la Figura 3-6 inicia definiendo dos variables el mensaje y el

número telefónico del cual se está marcando. En primer lugar el programa realiza una

operación lógica donde pregunta si el número del cual se recibe el mensaje está



pregunta. Primero preguntara si el mensaje es igual a prender. Después preguntara si

Men es igual inicial y así sucesivamente. Cuando una de estas preguntas resulte

positiva se encenderá un Led dependiendo de a pregunta y terminara el programa.

Aunque el funcionamiento interno de la prueba es diferente el montaje como tal es el

mismo que en la Prueba 1.



Figura 0-7 Esquema y Montaje Prueba 2

Figura 0-8 Prueba 2 mensaje prender

Al enviar un mensaje de texto con la palabra de prender el Arduino encender un LED

rojo, solo si el mensaje de texto fue enviado desde un número autorizado. Al enviar la

palabra Iniciar en un mensaje de texto desde un número autorizado el Arduino lo

reconocerá y encenderá el LED verde.


Al enviar la palabra prueba en un mensaje de texto desde un número autorizado el

Arduino realizara el encendido del tercer LED rojo. Al enviar la palabra arrancar en un

mensaje de texto desde un número autorizado el Arduino encenderá el LED amarillo.

Cuando la palabra iluminar sea enviada a través de un mensaje de texto desde un

Número autorizado el Arduino encenderá todos los Led’s.

Figura 0-9 Prueba 2 Número no Autorizado



3.3 Prueba 3: Funcionamiento del GPS

Esta prueba consiste en un programa encargado de controlar un GPS qué momento que

el usuario lo solicite. Para la realización de esta se conectó el Arduino directamente con

el computador por medio del cable USB y el GPS desde un montaje dada por el

fabricante del mismo, conectado con el Arduino. Al iniciar la prueba utilizando un

programa que nos muestre estrictamente los datos que el GPS va obteniendo al

momento que se va calibrando, observamos los datos separados por una coma. Estos

datos los observamos en la figura.

Figura 0-10 Datos del GPS

Al realizar otro programa, entendiendo un poco mejor los datos que nos entregaba el

GPS, se obtuvo incluso un LINK que permite, por medio de internet, conocer la

localización exacta que marca el GPS de manera más gráfica por medio de un mapa,

figuras 3-11 y 3-12.


Figura 0-11 Datos del GPS con LINK

Figura 0-12 Ubicación Exacta Entregada Por El GPS



1.4 Prueba 4: Encendido de un motor por medio de mensajes

En esta prueba realizamos el montaje con una etapa de potencia para encender o apagar

un motor por medio de mensajes de texto. El programa en el Arduino cumple con el

siguiente algoritmo:

Figura 0-13 Diagrama de Flujo Algoritmo Programa Prueba 4






pregunta. Se preguntara si el mensaje es igual a encender, si la respuesta es afirmativa

la salida que va al acople de potencia será un uno lógico y terminara el programa. Si el


mensaje no es encender entonces hará otra pregunta. Si el mensaje es apagar entonces

hará que la salida que va al acople de potencia se un cero lógico.

El montaje para esta prueba tiene una etapa de potencia encargada de realizar el acople

con el Arduino que a su vez está conectado con el módulo M95 GSM. La etapa de

potencia consta de un relevo que se activa con 5v dc y utilizamos el circuito normalmente

abierto para encender el motor. También hacen parte del montaje un transistor en

configuración de conmutador y resistencias.

R1=1kΩ R2=2.7kΩ R3=2.7KΩ D=1N4001Ω T=2N2222



Figura 0-14 Esquema y Montaje Etapa Potencia Prueba 4

Figura 0-15 Mensaje De Texto De Apagado De Motor


3.5 Prueba 5: Etapa de Potencia

En esta prueba realizamos el montaje con una etapa de potencia para encender o apagar

unos bombillos de 110V por medio de mensajes de texto. Los relevos utilizados tienen

una salida normalmente cerrada y una normalmente abierta, esto nos permitió tener unos

bombillos encendidos durante las salidas en bajo del Arduino y otros durante las salidas

en alto. El programa en el Arduino cumple con el siguiente algoritmo.

Figura 0-16 Diagrama de Flujo Algoritmo Programa Prueba 5






pregunta. Primero preguntara si el mensaje es igual a prender. Después preguntara si



Men es igual inicial y así sucesivamente. Cuando una de estas preguntas resulte

positiva se encenderá un bombillo dependiendo de a pregunta y terminara el programa.

El montaje implementado para el desarrollo de esta prueba es una etapa de acople de

potencia el cual se muestra en la siguiente figura 3-17.

Figura 0-17 Esquema Etapa De Potencia Prueba 5

En la prueba se utilizaron cuatro relevos y por tanto se realizó el montaje de cuatro

etapas de potencia conectadas directamente al Arduino. En el esquema se observan el

integrado 4N25 que es un opto acoplador encargado de separar nuestro circuito lógico de

la parte de potencia. También tenemos un transistor 2N2222 en corte y saturación para

realizar la conmutación y un diodo 1N4001 para evitar que la corriente se devuelva. En la

siguiente figura se muestra montaje con los ocho bombillos en la ProtoBoard.


Figura 0-18 Montaje Físico Prueba 5

Al poner en ejecución la prueba, se observa cómo los bombillos de 110v rojos encienden

inmediatamente puesto que, se colocaron en la salida del relevo normalmente cerrada.

Al enviar un mensaje de texto con la palabra de prender el Arduino encenderá el primer

bombillo verde y apagara el primero rojo, solo si el mensaje de texto fue enviado desde

un número autorizado. Al enviar la palabra Iniciar en un mensaje de texto desde un

número autorizado el Arduino lo reconocerá y encenderá el segundo bombillo verde y

apagara el segundo rojo, figura 3-19.

Figura 0-19 Respuesta Del Montaje Al Recibir Un Mensaje Autorizado



Al enviar la palabra prueba en un mensaje de texto desde un número autorizado el

Arduino realizara el encendido del tercer bombillo verde y apagara el tercero rojo. Al

enviar la palabra arrancar en un mensaje de texto desde un número autorizado el

Arduino encenderá todos los Bombillos verdes y apagaran todos los rojos.

1.6 Prueba 6: Aplicativo que envié mensajes

Esta prueba consiste en desarrollar un aplicativo que tenga la capacidad de enviar

mensajes de texto a un número con tan solo presionar un botón. Para tal fin utilizaremos

la el programa App Inventor. Esta herramienta nos permitirá hacer la interfaz configurar

nuestro algoritmo y realizar la simulación y posterior prueba en el dispositivo móvil.

El primer paso que debemos realizar es crear una de Google, puesto que App Inventor

tiene la herramienta App Inventor en línea lo que nos ahorra la necesidad de descargar e

instalar alguna clase de software. Una vez habiendo ingresado en la cuenta nos

dirigimos a la página Web http://beta.appinventor.mit.edu/ esta nos permitirá crear la

interfaz con el usuario con una gran variedad de herramientas.

Figura 0-20 Aplicativo diseñado en App Inventor

Como en esta prueba lo que queremos hacer es enviar un mensaje de texto con una

palabra al oprimir un botón utilizamos las herramientas que se encuentran incluidas en

http://beta.appinventor.mit.edu/


este programa como los Button’s y los Texting. Estos últimos hacen referencia a

mensajes de texto en sí y además cuentan con propiedades como Message y

PhonedNumber., las cuales utilizamos para nuestra prueba. Posteriormente realizamos la

parte de funcionamiento de nuestra aplicación para la cual utilizamos la herramienta App

Inventor Blocks Editor, la cual solo pide como requerimiento tener Java en nuestro

equipo.

Figura 0-21 Bloques de Funcionamiento del Aplicativo

Esta herramienta nos muestra los objetos que tenemos en nuestra interfaz y nos enseña

las propiedades de los mismos. Además, nos ofrece la posibilidad de realizar

operaciones lógicas, matemáticas, de control, etc. Todo esto se realiza de manera

gráfica, más específicamente interconectando bloques. Para esta prueba solo utilizamos

la propiedad de los Button’s cuando son oprimidos y la operación que debe realizar es

enviar el mensaje. Al realizar la simulación los resultados son los esperados.



Figura 0-22 Simulación del Aplicativo

Posteriormente al realizar pruebas en un dispositivo móvil el resultado es el mismo.


1.7 Prueba 7: Precisión del Módulo L50 Quectel GPS

Esta prueba se realizó con el fin de verificar la precisión de nuestro módulo L50 Quectel

GPS. Para tal prueba se utilizó un GPS Real. Para esto se realizó la medición de 10

puntos con el GPS y con nuestro Módulo GPS y se compararon los resultados obtenidos.

GARMIN ETREX VISTA HCX

Características físicas

Tamaño de la pantalla

(Ancho/Alto):

3,3 x 4,3 cm

Peso 156 g con baterías

Resistente al agua Sí (IPX7)

Receptor de alta sensibilidad

Sí

Interfaz del equipo USB

Mapa base Sí

Posibilidad de agregar mapas

Sí

Waypoints 1000

Rutas 50

Brújula electrónica Sí

Altímetro barométrico

Sí

Información astronómica

Sí

Cálculo de áreas Sí

Visor de imágenes No

Figura 0-23 GPS Garmin Etrex

Los puntos fueron ubicados en un mapa que nos permitiera conocer su posición dentro

de una zona específica.



Figura 0-24 Mapa de posición de puntos

Con el equipo mencionado en la figura se realizaron las mediciones para confrontarlas

con Módulo GPS de Quectel. Los puntos se organizaron en la siguiente tabla 3-1.

Medición GARMIN ETREX VISTA HCX MÓDULO L50 QUECTEL GPS

Diferencia Latitud Longitud Latitud Longitud

1 4°43'26.90"N 74° 2'53.60"E 4°43'26.87"N 74° 2'53.58"E 106.62 cm

2 4°43'30.84"N 74° 2'53.13"E 4°43'30.81"N 74° 2'53.08"E 119.95 cm

3 4°43'28.68"N 74° 2'53.56"E 4°43'28.67"N 74° 2'53.61"E 274.35 cm

4 4°43'31.19"N 74° 2'55.00"E 4°43'31.13"N 74° 2'54.98"E 158.51 cm

5 4°43'29.31"N 74° 2'55.48"E 4°43'29.28"N 74° 2'55.45"E 177.38 cm

6 4°43'30.42"N 74° 2'54.13"E 4°43'30.47"N 74° 2'54.17"E 236.68 cm

7 4°43'32.41"N 74° 2'54.61"E 4°43'32.48"N 74° 2'54.64"E 205.09 cm

8 4°43'32.97"N 74° 2'53.02"E 4°43'32.95"N 74° 2'53.08"E 204.66 cm

9 4°43'31.55"N 74° 2'53.28"E 4°43'31.48"N 74° 2'53.26"E 217.00 cm

10 4°43'29.38"N 74° 2'54.57"E 4°43'29.38"N 74° 2'54.64"E 197.24 cm Tabla 0-1 Datos de Precisión del GPS


Como resultado de esta prueba podemos concluir que aunque en las mediciones el

mayor valor de diferencia es de 274.35 cm. Estos resultados se obtuvieron bajo

condiciones climáticas muy favorables, por eso podemos decir que este módulo cumple

con la resolución que da su fabricante de un error máximo de tan solo 6 m.

1.8 Resultados de las Pruebas

Tabla 0-2 Verificación Prueba 1

TABLA DE VERIFICACIÓN DE PRUEBAS 1

Prueba # 1

Titulo Control por medio de Llamadas

Objetivo Verificar el control remoto dependiendo del Número de timbres por medio del encendido de Led’s en un orden especifico.

Elementos utilizados

Elemento Utilizado

Si No

Arduino Mega 2560

X

Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50

X

Acople de Potencia

X

Motor 5V

X

Bombillos 110V

X

Garmin Etrex Vista Hcx

X

Prototipo Completo

X

Vehículo

X

# Descripción

Tiempo de respuesta Resultado

Min Seg

1 Número autorizado - 1 Timbre 0 2 Fallido

2 Número autorizado - 1 Timbre 0 4 Correcto









9 Número autorizado - 4 o más Timbres 0 4 Correcto




13 Número no autorizado 0 5 Correcto



Observación: Esta prueba se realizó tomando en cuenta que el módulo GSM se

encontrara con acceso a la red



Prueba # 2

Titulo Control por medio de Mensajes de Texto

Objetivo Verificar el control remoto dependiendo de una palabra enviada por medio de un mensaje de texto y que da como resultado el encendido de Led’s en un orden especifico.


Elemento Utilizado

Si No

Arduino Mega 2560

X

Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores X PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50

X

Acople de Potencia

X

Motor 5V

X

Bombillos 110V

X


X

Prototipo Completo

X

Vehículo

X

# Descripción


Min Seg

1 Número autorizado - Palabra Encender 1 45 Correcto




4 Número autorizado - Palabra Arrancar 1 46 Correcto



7 Número autorizado - Palabra Prender 1 57 Correcto



10 Número autorizado - Palabra Iluminar 1 48 Correcto










Prueba # 3

Titulo Funcionamiento del GPS

Objetivo Verificar funcionamiento del módulo GPS L50 y observar los datos que arroja en un PC


Elemento Utilizado

Si No

Arduino Mega 2560

X

Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95

X

Led’s Indicadores

X

PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil

X

Módulo GPS L50 X Acople de Potencia

X

Motor 5V

X

Bombillos 110V

X


X

Prototipo Completo

X

Vehículo

X



# Descripción


Min Seg

1 Latitud - Longitud - Link 1 0 Correcto

















Prueba # 4

Titulo Encendido de un motor por medio de mensajes

Objetivo Verificar el encendido y apagado de un motor dependiendo de una palabra enviada por medio de un mensaje de texto.


Elemento Utilizado

Si No

Arduino Mega 2560

X

Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores

X

PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50

X

Acople de Potencia X Motor 5V X Bombillos 110V

X

Garmin Etrex Vista Hcx (GPS)

X


Prototipo Completo

X

Vehículo

X

# Descripción


Min Seg


2 Número autorizado - Palabra Apagar 1 56 Correcto


















Prueba # 5

Titulo Etapa de Potencia

Objetivo Verificar el control por medio de mensajes de texto de unos bombillos de 110V acoplados por una etapa de potencia


Elemento Utilizado

Si No

Arduino Mega 2560

X

Arduino Duemilanove X Módulo GSM M95 X Led’s Indicadores

X

PC X Fuente de Alimentación X Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50

X

Acople de Potencia X



Motor 5V

X

Bombillos 110V X Garmin Etrex Vista Hcx (GPS)

X

Prototipo Completo

X

Vehículo

X

# Descripción


Min Seg




















Prueba # 6

Titulo Aplicativo que envié mensajes

Objetivo Verificar que un aplicativo diseñado para un dispositivo móvil con Android envié mensajes de texto al presionar un boton


Elemento Utilizado

Si No

Arduino Mega 2560

X

Arduino Duemilanove

X

Módulo GSM M95

X

Led’s Indicadores

X

PC

X

Fuente de Alimentación

X


Dispositivo Móvil X Módulo GPS L50

X

Acople de Potencia

X

Motor 5V

X

Bombillos 110V

X


X

Prototipo Completo

X

Vehículo

X

# Descripción


Min Seg

1 Botón Empezar 0 2 Correcto



4 Botón Iniciar 0 2 Correcto



7 Botón Iluminar 0 3 Correcto



10 Botón GPS 0 3 Correcto





Prueba # 8

Titulo Prueba de todo el sistema

Objetivo Verificar el funcionamiento del sistema por medio de un prototipo implementado en un vehículo.


Elemento Utilizado

Si No

Arduino Mega 2560

X

Arduino Duemilanove

X

Módulo GSM M95

X

Led’s Indicadores

X

PC

X

Fuente de Alimentación

X

Dispositivo Móvil

X



Módulo GPS L50

X

Acople de Potencia

X

Motor 5V

X

Bombillos 110V

X


X

Prototipo Completo X Vehículo X

# Descripción


Min Seg

1 Subir vidrios 1 56 Correcto

2 Subir Seguros 1 55 Correcto

3 Bajar Seguros 1 56 Correcto

4 Apagar Motor 1 58 Correcto

5 Subir vidrios (5 Horas Después) 2 05 Correcto

6 Subir Seguros (5 Horas Después) 2 02 Correcto

7 Bajar Seguros (5 Horas Después) 1 59 Correcto

8 Apagar Motor (5 Horas Después) 1 52 Correcto

9 Subir vidrios (10 Horas Después) 2 05 Correcto

10 Subir Seguros (10 Horas Después) 2 12 Correcto

11 Bajar Seguros (10 Horas Después) 2 08 Correcto

12 Apagar Motor (10 Horas Después) 2 15 Correcto

Observación: Esta prueba se realizó tomando en cuenta que el Módulo GSM se


Conclusiones

Teniendo en cuenta los parámetros que se requerían para este sistema de seguridad

para vehículo se diseñó, desarrolló e implementó un control completo por medio del

Arduino mega 2560. Para alcanzar el funcionamiento planteado se tomó como base un

producto de seguridad contra el hurto de vehículos ofrecido por el mercado. La referencia

del producto es Alarma Ultra Premiun 4b v3.0. Estos dos elementos cuentan con voltajes

de alimentación y de operación diferentes por lo cual se hizo un acople de potencia para

la comunicación. Esta etapa de potencia cuenta con opto acopladores, regulador de

voltaje, relevos y elementos discretos que nos ayudan con la función de aislamiento. Esto

permitió que nuestro sistema contara con la capacidad de sensar indicadores como

apertura de puertas, shock, apertura del baúl. Además permite realizar tareas como

cortar el flujo de corriente eléctrica hacia el motor, elevar los vidrios, subir los seguros de

las puertas.

Para lograr el control indicado anteriormente, se ha realizado el programa de control del

Arduino en C y C++ aunque también acepta processing. Al Arduino se ha acoplado un

shield GSM M95 de QUECTEL el cual funciona con comandos AT (Attention) y que se

comunica con el Arduino por un puerto serial a 9600 bps en una comunicación full-

dúplex. A este shield se le adaptó una sim card que puede ser de cualquier operador,

permitiendo así la comunicación por medio de las redes celulares y el funcionamiento de

nuestro sistema de seguridad por medio de llamadas o mensajes. Adicionalmente se ha

implementado un módulo GPS L50 de QUECTEL que funciona con el protocolo NMEA

(National Marine ElectronicsAssociation) y que trabaja específicamente con los datos

obtenidos de la trama GPRMC. Este dispositivo también se comunica con el Arduino por

un puerto serial a 4800 bps permitiendo obtener la ubicación del vehículo por medio de

un mensaje de texto en forma de un link o URL que lleva directamente a la posición en

un mapa, usando Google maps.



Se desarrolló un aplicativo para dispositivos móviles que tiene como sistema operativo

Android, realizado con el programa App Inventor, que permite crear aplicaciones

eficientes y estables. Este ejecutable inicia con la solicitud de la contraseña al usuario

para darle seguridad de ingreso al sistema, y ofrece un menú donde nos permite

controlar por medio de botones táctiles las funciones de nuestro sistema(elevar vidrios,

subir seguros, bajar seguros, apagado de motor, disparo de alarma y control de luces).

Este programa se comunica por medio de mensajes de texto con el Arduino. Además

cuenta con una alerta sonora cuando el vehículo informa de alguna anomalía y muestra

la posición del vehículo por medio de un mapa en Google maps.

Una vez logrado el funcionamiento del sistema, se realizó la evaluación de su

desempeño en un prototipo implementado en un vehículo Renault Symbol® 2007.

Obteniendo datos como: retardo en respuesta bajo condiciones ideales menor o igual a 2

segundos, retardo en respuesta en condiciones adversas (climatología, geografía, hora

pico en una red celular) hasta 2 minutos en el uso de SMS. No obstante, es importante

aclarar que estos tiempos pueden aumentar en caso que el vehículo este en una zona

en la cual no haya cobertura celular.

Sin embargo, este sistema también tiene limitaciones. Algunas son propias del medio por

el cual se decidió transmitir la información. Es decir, la red de telefonía celular. Las redes

de telefonía celular permitieron ampliar la distancia desde la cual el usuario del sistema

puede controlar el sistema de seguridad de su vehículo, pero estas redes presentan

problemas en algunas ocasiones. Problemas como cobertura, propagación, etc. Estos

problemas sumados a otros propios de los dispositivos utilizados para la realización física

del sistema, como por ejemplo, la limitación del Módulo GSM al tener la antena GSM

integrada dentro del circuito impreso que limita su alcance o el hecho de que el Módulo

GPS es propenso a sufrir perturbaciones electromagnéticas o que necesita tener vista

directa con los satélites para conocer su posición. Serán un inconveniente. A pesar de

estas limitaciones el sistema estará a la par o incluso en una mejor posición de los que

son ofrecidos actualmente por el mercado. Este sistema tendrá un impacto positivo

dentro del mercado de seguridad para vehículos puesto que su bajo costo y su eficiente

modelo de respuesta le brindará a los usuarios una alternativa real frente otros sistemas

mucho más costosos con funciones semejantes.

Conclusiones 81

Este sistema puede ser mejorado tanto en la parte del sistema que se encuentra

instalado en el vehículo como en la interfaz del usuario. En el vehículo se podrían instalar

dispositivos que tuvieran requerimientos de antenas externas obteniendo un mayor

alcance en la conexión con la red de telefonía celular, sin duda sería una mejora pero

elevaría los costos en buena medida. También se pondrían instalar elementos que

permitieran al usuario conocer detalles más específicos de lo que sucede en el momento

de una intrusión en su vehículo. Como por ejemplo, cámaras fotográficas o de video y

que transmitieran en tiempo real. Lo cual también elevaría los costos pero sería una

función muy atractiva para el usuario.

También se podría cambiar el método de comunicación SMS por GPRS causando un

amento en la velocidad tanto de repuesta como de ejecución de tareas pues el tiempo de

demora seria el tiempo que toma en establecer una llamada mientras que en el sistema

actual se realiza un tiempo de espera puesto que se envía y recibe mensajes de texto

para cada acción.



Bibliografía

[1] J. E. A. Soriano, Android: Programación de dispositivos móviles a través de

ejemplos. Marcombo, 2011.

[2] L. M. Soria, J. A. Ortega, y L. González, Aplicaciones contextuales en

dispositivos móviles: Arquitectura para la mejora de la eficiencia energética.

EAE, 2012.

[3] E. H. Perez, Introducción a las telecomunicaciones modernas / Introduction to

Modern Telecommunications. Editorial Limusa, 1998.

[4] INTRODUCCIÓN A LOS SENSORES - CSIC, CDTI. Editorial CSIC - CSIC

Press, 1987.

[5] Los sensores en el automóvil. Reverte, 2002.

[6] S. A. KALPAKJIAN, S. R. A. SCHMID, y U. revtéc F. López, Manufactura,

ingeniería y technología. Pearson Educación, 2002.

[7] J. [et al ] S. Herrera, Nuevas tendencias en comunicación. ESIC Editorial,

2012.

[8] M. Concepcion, Sensores Automotrices y Analisis de Ondas.

MandyConcepcion.

[9] J. M. H. Moya y R. C. Pastor, Sistemas de telefonía. Editorial Paraninfo, 2006.

[10] J. D. C. Pozo, Sistemas de telefonía. Editorial Paraninfo, 2007.

[11] M. S.A, Telecomunicaciones móviles. Marcombo, 1998.

[12] C. A., Llorenç, Íñigo Griera, Jordi, Martín Peña, Francisco y Soler

Carrascosa Antonia, Transmisión de datos. Editorial UOC.

[13] HarmoniousTech Limited, “SMS Tutorial: Introduction to wireless modems,

GSM Modems and GPRS Modems. Comparison of Mobile Phones with

GSM/GPRS Modems,”2004-2010[en Linea].Disponible

enhttp://www.developershome.com/sms/GSMModemIntro.asp.

[14] “Bluehack - Proyectos / Comandos AT” 2005 [en Línea]. Disponible

en:http://bluehack.elhacker.net/proyectos/comandosat/comandosat.html.

http://www.developershome.com/sms/GSMModemIntro.asp

http://bluehack.elhacker.net/proyectos/comandosat/comandosat.html

Conclusiones 83

[15] “Sistemas Embebidos” 2006 [en Línea]. Disponible en:http://server-

die.alc.upv.es/asignaturas/PAEEES/2005-06/A07%20-

%20Sistemas%20Embebidos.pdf

[16] “Arduino” 2011[en Línea]. Disponible en:http://www.arduino.cc/es/

[17] “Georreferenciación y sistemas de coordenadas”2013 [en Línea].

Disponible en:http://resources.arcgis.com/es/help/getting-

started/articles/026n0000000s000000.htm

[18] “Arduino Mega2560” 2011 [en Línea]. Disponible en:

http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560

[19] “Proyecto App Inventor” 2013 [En Linea]. Disponible en :

https://sites.google.com/site/appinventorspain/project-definition

http://server-die.alc.upv.es/asignaturas/PAEEES/2005-06/A07%20-%20Sistemas%20Embebidos.pdf



http://www.arduino.cc/es/

http://resources.arcgis.com/es/help/getting-started/articles/026n0000000s000000.htm

http://resources.arcgis.com/es/help/getting-started/articles/026n0000000s000000.htm

Documents

Tesis Sistema Monitoreo Control Vehicular