Universidad Tecnológica de Querétaro

Universidad Tecnológica de
Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnológica de
Querétaro, o=Universidad Tecnológica de Querétaro, ou,
[email protected], c=MX
Fecha: 2013.09.25 12:15:35 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Nombre del proyecto:
“DESARROLLO DE EQUIPO AUTOMATICO DE MONITOREO DE TIEMPO CON
SENSORES INHALAMBRICOS DE PRESENCIA”
EMPRESA:
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN CIENCIA APLICADA Y TECNOLOGÍA
AVANZADA (CICATA). UNIDAD QUERETARO
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRÓNICA AREA
AUTOMATIZACIÓN
Presenta:
DELGADO RANGEL OMAR
Asesor de la UTEQ
Asesor de la Organización
M. en C. Gustavo Ortiz González
Dr. José Joel González Barbosa
Santiago de Querétaro, Qro. Septiembre del 2013
RESUMEN
En esta memoria de estadía se describe como se realiza el diseño de un sistema
automático de monitoreo de tiempo para ser usado en un maratón. Se empieza
con la investigación de la tecnología que posiblemente pueda emplearse;
principalmente la ZigBee y la RFID; basándose en equipo que utilizan empresas a
nivel mundial. Se realiza un estudio para determinar los costos que implicaría
utilizar estas opciones; posteriormente se realiza una comparación de costos y se
describe la mejor opción. Se muestran los materiales adquiridos para empezar con
el desarrollo de este equipo y se muestran también las pruebas realizadas a esta
adquisición para validar la elección realizada. Además, se describe el desarrollo
de una aplicación basada en LabView y Visual Basic, para lograr el cronometraje
del tiempo que tarda una persona en salir de la línea de meta hasta su regreso. En
el capítulo de resultados obtenidos se muestra el cumplimento de los objetivos de
este proyecto.
DESCRIPTION
This project was conducted at CICATA Querétaro, a research center of advanced
science and technology applied, in the National Polytechnic Institute. This project
was supervised by the researchers José Joel González Barbosa and Juan Hurtado
Ramos, who provided moral, academic, emotional and economic support. These
researchers facilitated and financed the project. The CICATA had adequate
facilities and they provided me computer equipment and the space needed for the
project.
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mis padres Arnoldo y Elena el ser el soporte e impulso de todos mis
proyectos, porque están siempre ahí, dándome siempre más de lo que merezco y
necesito; les agradezco todo lo material que me han dado, pero agradezco sobre
todo el amor y comprensión que me han tenido. Por siempre, gracias.
Agradezco a mis hermanos Jorge Alejandro y Moisés, por ser los más valiosos
ejemplos de vida, apoyo material, moral y sentimental.
Agradezco también a mis profesores, quienes además de darme recursos teóricos
y prácticos, me han dado verdaderas lecciones de vida.
ÍNDICE
Pág.
Resumen………………………………………………..…………….……………………2
Description………………………………………………………….……..……………….3
Agradecimientos……………………………………..……………………………………4
Índice……………………………………………………………….……………………….5
I. Introducción…………………………………………………...…………………………7
II. Antecedentes……………………………………………………………………………8
III. Justificación………………………………………………………...…………………10
IV. Objetivos…………………………………………………………….………………..11
V. Alcance……………………………………………………………….………………..12
VI. Análisis de Riesgos………………………………………………………………….14
VII. Fundamentación teórica……………………………………………………………15
VII.I Tecnología ZigBee………………………………………………………….15
VII.I.I ¿Qué es ZigBee?.....................................................................15
VII.I.II Principales características de ZigBee……………………….…16
VII.II Tecnología RFID…………………………………………………...18
VII.II.I ¿Qué es RFID?.......................................................................18
VII.II.II Tipos de etiquetas RFID………………………………...………19
VII.II.III ¿Cómo funciona?..................................................................21
VII.II.IV Principales características del RFID………………………….22
VII.II.V La estandarización del RFID: La red EPC………………...….24
VIII. Plan de actividades………………………………………………...………………27
IX. Recursos materiales y humanos…………………………………….……………..28
X. Desarrollo del proyecto………………………………………………...…………….29
X.I Selección de la tecnología aplicable…………………………..……….….29
X.I.I Requerimientos del sistema……………….………………………29
X.I.II Listas de precios de equipos…………….……………………….29
X.I.III Equipo seleccionado……….……………………………………..33
X.II Pruebas de validación……….………………………………...……………34
X.II.I Alcance de lectura de etiquetas……………….…………...…….34
X.II.II Identificación de etiquetas…………………….………….………35
X.III Desarrollo del software……………………………………………….……41
X.III.I Diseño en LabView…………………………………………….....41
X.III.II Diseño en Visual Basic……………………………………….….43
XI. Resultados obtenidos………………………………………………………………..46
XII. Conclusiones y Recomendaciones………………………………………………..47
XIII. Anexos……………………………………………………………………………….48
XIV Bibliografía…………………………………..………………………………………59
I.
INTRODUCCIÓN
El Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA)
Unidad Querétaro es una institución que lleva a cabo diversas investigaciones en
diferentes ámbitos de la ciencia. A lo largo del tiempo se ha buscado hacer los
proceso mejores, y además de mejores, siempre ha buscado hacerlos más fácil; la
automatización de procesos ha permitido mejorar y facilitar muchas actividades de
la vida cotidiana. Un maratón, es un evento en el cual se requiere de gran
precisión para determinar el tiempo en que un participante recorre una distancia
determinada, en este trabajo se diseñará un sistema que permita aumentar la
precisión del cronometraje y que este sea automático; es decir, que no tenga que
estar una persona determinando manualmente el tiempo. Se ha pensado en crear
un valor de salida para todos los competidores y que se determine el tiempo de
llegada a la meta. En este trabajo se desarrolla una investigación de los tipos de
tecnología que pueden aplicarse a este tipo de eventos, se determina cual es la
mejor opción, se consiguen los materiales necesarios, se evalúa el desempeño de
esta tecnología y se diseña un software para
automatizar el proceso.
II.
ANTECEDENTES
El diccionario de la lengua española define la palabra maratón como la carrera de
resistencia en la que se recorre una distancia de 42 Km y 195m. El origen del
Maratón se remonta al año 490 a.c. En Grecia, concretamente en la llanura de
Maratón se produjo una batalla entre Atenas y Persia. Done el soldado Filípides
corrió de Maratón a Atenas, para que diera la noticia de la victoria de Atenas
contra Persia. El soldado, corrió la distancia que separaba Maratón de Atenas, y,
cuando llegó, cayó rendido, falleciendo de fatiga por un ataque al corazón
seguramente, aunque también se dice que influyeron mucho las heridas de guerra.
Los griegos de la Antigüedad organizaron las primeras pruebas atléticas en sus
Juegos pero no recurrieron al dios Cronos para medir sus carreras en las que sólo
contaba la victoria. Se atribuye al inglés George Graham la incorporación en 1721
al reloj de una tercera aguja que marcaba los segundos, aunque fue el suizo
Abraham-Louis Breguet el que concibió en 1822 un “cronógrafo” que medía
mitades de segundo. Un modelo tenía una pluma que depositaba una gota de tinta
en la esfera para marcar el crono final.
Los primeros eventos deportivos cronometrados fueron las carreras de caballos en
Inglaterra desde 1731. En el atletismo fueron las pruebas atléticas de la
universidad de Oxford hacia 1850 (en ½ de segundo) y desde 1862 se
generalizaron los cronómetros manuales al 1/5 de segundo. Los experimentos
fotográficos de Edward J. Muybridge (1879) y Etienne Jules Marey (1885)
permitieron sincronizar las cámaras de fotos o cine y el cronómetro al disparo de
salida.
8
En 1912 Longines sincronizó el crono al disparo de salida y a la ruptura del hilo de
llegada (aunque a nivel oficial primaban los tiempos de los jueces). En 1915
Breitling introdujo cronógrafos en sus relojes de pulsera poniendo los cronómetros
al alcance de atletas y entrenadores.
El sistema de foto-finish, oficial desde 1968, permite evitar errores de los que
abundan en la historia: muchas fotos contradicen clasificaciones oficiales.
En Sydney-2000, el Grupo Swatch (Swatch, Omega, Longines, Tissot) organiza
Swiss Timing: 300 toneladas de material atendidas por 200 empleados y 250
voluntarios). En la línea de llegada las cámaras Scan O'vision Color Swatch eran
capaces de entregar en menos de quince segundos la foto-finish con todos los
tiempos personales, la velocidad del viento y el tiempo de reacción en la salida,
midiendo en todas las calles la velocidad instantánea de los atletas.
Hoy en día alrededor del mundo, adicional a las olimpiadas tradicionales de cada 4
años; se celebran maratones de diferentes distancias, tiempos, edades y tipos de
participantes; todos y cada uno de los eventos requiere de una organización tal
que permita que el evento transcurra con gran éxito y satisfacción para todos los
participantes; por lo cual es necesario innovar la forma en que se cronometran
estos eventos.
9
III.
JUSTIFICACIÓN
MDG es una marca registrada a nombre de IdeSoftware, una empresa española
que presta sus servicios de forma internacional. MDG proporciona servicio de
venta y renta de equipo y software para diferentes procesos; entre ellos, un equipo
de cronometraje RFID con valor en el mercado de 9,850€, el cual incluye cuatro
antenas, 5000 tag, software, lector RFID y router WIFI.
La renta de un equipo para cronometrar una maratón tiene un costo aproximado
de $50,000 MXN para un evento; este servicio incluye la entrega de los chips
desechables y la publicación de los resultados en la web.
El desarrollo del equipo de monitoreo de tiempo pretende proveer al CICATA de
un equipo propio para la elaboración de sus eventos de carreras que lleva a cabo
cada año; logrando un ahorro significativo en los costes y al mismo tiempo
proveyéndole de un nuevo y competitivo sistema que posteriormente pueda
prestar servicios a otras instituciones.
10
IV.

OBJETIVOS
Investigar y comparar la tecnología aplicable a un sistema de monitoreo de
tiempo para identificar la opción más económica y confiable.

Conseguir los materiales necesarios para armar el equipo de monitoreo de
tiempo con la tecnología seleccionada en el punto anterior.

Realizar pruebas de evaluación del equipo para confirmar que es una
opción viable y determinar los parámetros sobre los que se va a trabajar.

Desarrollar un software que permita leer la señal del equipo, la procese y
determine el tiempo que tarda un individuo en recorrer una distancia
específica para después publicarla en internet.
11
V.
ALCANCES
Se ha calculado que el desarrollo del equipo de monitoreo de tiempo se realice en
un periodo de tiempo de doce semanas; teniendo que separar el proyecto en tres
grandes e interrelacionados bloques que son: Investigación y adquisición de
materiales desarrollo de aplicaciones y documentación. Estos bloques se
subdividen en tareas como a continuación lo muestra la tabla 1.
TABLA 1: Boques de tareas para la elaboración del proyecto
Investigación y
adquisición de
materiales
Investigación
de
tecnología aplicable.
Análisis
de
características técnicas.
Estudio del valor en el
mercado.
Adquisición de equipo
Desarrollo de
aplicaciones
Documentación
Diagnóstico y pruebas
de los materiales.
Desarrollo de la primera
versión del software.
Pruebas del software.
Reporte de investigación de
tecnología aplicable.
Reporte de características
técnicas.
Reporte de estudio de
mercado.
Integración (software y Reporte de pruebas.
hardware).
Análisis de plataformas Pruebas de integración.
Reporte de correcciones.
de programación.
Correcciones.
Descripción general.
Pruebas finales.
Este proyecto inicia con la etapa de investigación para determinar cómo se ha de
trabajar posteriormente. La investigación pretende obtener el tipo de tecnologías
aplicables para el desarrollo del sistema que se desea; se debe de seleccionar la
tecnología más económica, confiable y segura en el mercado. Es importante
también hacer una investigación de los equipos que utilizan las empresas
establecidas internacionalmente en el desarrollo de cronometraje de eventos
deportivos para tener un tipo de análisis de mercado y de competencias.
12
Una vez obtenidos los resultados de la investigación, es necesario adquirir los
materiales necesarios para empezar a realizar pruebas con equipos y pruebas con
el software con el que se cuenta hasta el momento. Realizadas estas pruebas, se
continúa con la etapa de diseño.
Es importante considerar que una vez finalizada a la etapa de diseño, se debe
realizar la integración del equipo adquirido y el software diseñado, para
posteriormente realizar continuamente la etapa de pruebas y correcciones hasta
llegar al cumplimiento de los objetivos planteados.
13
VI.
ANÁLISIS DE RIESGOS
Como en cualquier proyecto, evento o situación de la vida real se pueden
presentar eventos adversos que pudieran dificultar el desarrollo, por ello, es
necesario considerar los principales riesgos que podrían impactar en la creación
de este equipo de cronometraje, que son los siguientes:
Considerar que los tiempos de envío de los materiales seleccionados este dentro
del tiempo dispuesto, ya que si los materiales no están presentes para cuando sea
necesario, esto representará un retraso en el tiempo de entrega final.
Las tecnologías RFID Y ZigBee aún no cuentan con un mercado muy amplio en el
territorio nacional, el material requerido seguramente será de importación, por lo
cual seguramente contará con características inusuales en México como el idioma
y tipo de alimentación eléctrica.
14
VII.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
La idea principal en la que se basa el desarrollo de este proyecto es contar con un
sistema de monitoreo de tiempo para maratones, es decir un sistema automático
que mida y publique el tiempo que tarda una persona en recorrer una distancia
establecida. Se ha determinado que el sistema debe estar basado en tecnología
existente, de fácil acceso y aplicable para un evento con 500 y 1000 personas. Por
lo cual es necesario analizar las tecnologías aplicables; las principales propuestas
son la tecnología ZigBee y la RFID.
VII.I Tecnología ZigBee
VII.I.I ¿Qué es ZigBee?
El primer elemento que se ha tomado en cuenta es un módulo llamado XBee,
basado en la tecnología ZigBee, para lo cual es necesario establecer primero de
que trata esta tecnología.
ZigBee es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto
nivel de comunicación inalámbrica. Esta especificación define una solución para
comunicaciones inalámbricas de bajo coste y consumo. El principal objetivo que
pretende satisfacer una red de comunicación ZigBee es la de comunicar
aplicaciones que requieren comunicaciones seguras, con baja tasa de envío y
maximización de la vida útil de sus baterías.
Las comunicaciones ZigBee se realizan en la banda libre de 2.4GHz. A diferencia
de bluetooth, este protocolo no utiliza FHSS (Frequency hooping), sino que realiza
las comunicaciones a través de una única frecuencia, es decir, de un canal.
15
Normalmente puede escogerse un canal de entre 16 posibles. El alcance depende
de la potencia de transmisión del dispositivo así como también del tipo de antenas
utilizadas (cerámicas, dipolos, etc) El alcance normal con antena dipolo en línea
vista es de aproximadamente (tomando como ejemplo el caso de MaxStream, en
la versión de 1mW de potencia) de 100m y en interiores de unos 30m. La
velocidad de transmisión de datos de una red ZigBee es de hasta 256kbps. Una
red ZigBee la pueden formar, teóricamente, hasta 65535 equipos, es decir, el
protocolo está preparado para poder controlar en la misma red esta cantidad
enorme de dispositivos.
VII.I.II Principales características de ZigBee
Entre las necesidades que satisface el módulo se encuentran:

Bajo costo

Ultra-bajo consumo de potencia

Uso de bandas de radio libres y sin necesidad de licencias

Instalación barata y simple

Redes flexibles y extensibles.
Los módulos XBee proveen 2 formas amigables de comunicación: Transmisión
serial transparente (modo AT) y el modo API que provee muchas ventajas. Los
módulos XBee pueden ser configurados desde el PC utilizando el programa XCTU o bien desde un microcontrolador. Los XBee pueden comunicarse en
arquitecturas punto a punto, punto a multi-punto o en una red mesh. La elección
del módulo XBee correcto pasa por escoger el tipo de antena (chip, alambre o
16
conector SMA) y la potencia de transmisión (2mW para 300 pies o 60mW para
hasta 1 milla). Las tablas 2 y 3 muestran los principales tipos de módulos que
podrían utilizarse y las características a considerar.
TABLA 2: Módulos XBee y sus características principales.
17
TABLA 3: Módulos XBee y sus características principales.
VII.II Tecnología RFID
VII.II.I ¿Qué es RFID?
RFID (Radio Frequency Identification) es una tecnología basada en el uso de radio
frecuencias que permite leer de forma remota la información contenida en un
pequeño dispositivo denominado 'tag' o etiqueta. Estas etiquetas, de tamaño muy
reducido que se colocan en los productos de los cuales se quiere hacer un
seguimiento, se comunican con lectores RFID cuando entran en el campo de
cobertura de radiofrecuencia del lector, pudiendo leer directamente la información
18
que contienen, y esta información es procesada en un software. La figura 1 hace
una representación gráfica de este sistema.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
FIGURA 1: Sistema RFID
Esta tecnología no es nueva. Existe desde la Segunda Guerra Mundial, en donde
se desarrolló para usos militares, siendo razones de coste las que han limitado su
implantación. Es en la actualidad, con unos precios por etiqueta de entre 0,15 y
0,30 USD, cuando está comenzando su despliegue en el mercado (identificación
de recién nacidos en hospitales, pago de peajes en autopista, identificación de
artículos de lujo), existiendo la creencia generalizada de poder llegar hasta 0,05
USD por etiqueta en escenarios de producción masiva.
VII.II.II Tipos de etiquetas RFID
Las etiquetas RFID contienen un chip capaz de almacenar datos (desde un simple
identificador a datos más complejos sobre las procedencia del producto, sus
características, fecha de envasado y caducidad, ...).Todas las etiquetas incluyen
una pequeña antena emisora que puede ser activa o pasiva. Estas últimas son las
más usuales y permanecen inactivas hasta que se les solicita información por un
método denominado 'acoplamiento inductivo'. En este método la antena del lector
19
crea un campo magnético en un área cercana que llega a la etiqueta. La energía
generada por este campo es utilizada por la etiqueta para devolver una señal al
lector conteniendo la información almacenada en la misma.
Otro tipo de etiquetas son las semi-pasivas. Estas son muy similares a las
anteriores salvo que incluyen una pequeña batería que permite que el circuito
integrado esté permanente alimentado y que elimina la necesidad de incorporar la
antena que tome potencia de la señal inductora. Estas etiquetas responden más
rápidamente y su radio de acción es mayor, por el contrario son más caras que las
pasivas.
Finalmente existen etiquetas RFID activas. Su principal característica es que
incorporan una fuente de energía (batería) de mayor capacidad lo que posibilita
rangos de acceso mayores, memorias más grandes y poder almacenar
información adicional enviada por el transmisor. -receptor. En la actualidad, las
etiquetas activas más pequeñas tienen el tamaño aproximado de una moneda,
rangos de acceso de efectivos de hasta 10 metros y la batería puede durar hasta
varios años. También son las más caras. La figura 2 muestra algunas tag
comerciales.
20
FIGURA 2: Ejemplos de tag
VII.II.III ¿Cómo funciona?
El método más común de leer las etiquetas RFID es que se ha denominado
'acoplamiento inductivo' en las etiquetas pasivas. En este método la antena del
lector crea un campo magnético en un área cercana que llega a la etiqueta; la
figura 3 muestra gráficamente como se hace el acoplamiento inductivo. La energía
generada por este campo es utilizada por la etiqueta para devolver una señal al
lector conteniendo la información almacenada en la etiqueta. El lector transmite
esta información a una aplicación que se encarga de asociar el identificador
almacenado en la etiqueta en cuestión con la información referente al producto al
que la etiqueta se encuentra pegada. Una vez procesada, esta información se
21
transmite a los sistemas de gestión que se encargan de actualizar la información
de inventario correspondiente.
FIGURA 3: Acoplamiento inductivo.
VII.II.IV Principales Características de RFID
El sistema RFID maneja diferentes frecuencias de operación y velocidades de
transmisión, las cuales se clasifican de la siguiente manera:

Bajas frecuencias (LF): las frecuencias bajas se consideran en el rango de
120KHz hasta 134KHz, y son utilizados en accesos de edificios.

Alta frecuencia (HF): se consideran altas en el rango de 13.56MHz y es
llamada banda industrial, médica y científica (ISM) por sus siglas en ingles,
tiene alcance de lectura baja, a 30 cm, es generalmente plana de 50 a
100mm. Es de lectura fácil y son resistentes a perturbaciones y ruido.
Trabajan para el control de apertura y cierre de puertas automáticas por
medio de un control remoto, útil también para los monederos electrónicos.
22

Ultra Alta Frecuencia (UHF): funciona en el rango de 868MHz hasta
956MHz, casualmente es la misma frecuencia de los teléfonos inalámbricos
y algunos teléfonos celulares, en cuanto a su aplicación en RFID, se
emplean en suministros y aplicaciones detalladas, la principal ventaja es
que puede ser leída hasta 3m y puede leer varias etiquetas de forma
simultánea. En este rango de frecuencia también entra el RFID pasivo
(entre 902 MHz y 920 MHz), debido a que se requiere una fuente de
alimentación para que el chip integrado se active, enviando o almacenando
la información necesaria.
El precio de un sistema se debe a que a mayor frecuencia, mayor es la velocidad
en transmisión de datos, con esto el primer paso para el diseño de un sistema
RFID es importante seleccionar el rango de frecuencia en el que se desea
trabajar, tomando en cuenta el precio. La tabla 4 muestra los rangos de frecuencia
utilizados para RFID, en sus diversas aplicaciones.
23
TABLA 4: Sistema RFID
VII.II.V La estandarización del RFID: La red EPC
La mayor parte de las aplicaciones de RFID para etiquetado y seguimiento se han
mantenido dentro del ámbito de la propia empresa. Para globalizar el uso del RFID
fuera de la empresa y crear valor en para toda la cadena de procesos se necesita
una manera estandarizada de identificar los productos de forma única y, además,
debe haber una forma estándar de descubrir y compartir la información que
describe cada elemento identificado. El primer requerimiento (identificación única)
se consigue a través de los EPC (ElectronicProduct Codes). Los EPCs son la
versión digital de los UPC (Universal Product Codes), utilizados en los códigos de
barras, con el beneficio añadido de ser capaz de identificar los productos a nivel
de elemento individual. El EPC es la matricula virtual de un producto que identifica
24
el fabricante, el tipo de producto y el número de serie del elemento, como lo
muestra el ejemplo de la figura 4.
FIGURA 4: Ejemplo de código EPC.
Dependiendo del tipo de etiqueta, EPC puede identificar hasta 268 millones de
fabricantes, cada uno con 16 millones de tipos de productos. Cada producto puede
incluir hasta 68 billones de elementos individuales, lo que significa que este
formato puede utilizarse para identificar cientos de trillones de elementos únicos.
El segundo requerimiento para extender el valor RFID entre los distintos
participantes en la cadena de suministro es disponer de estándares para descubrir
y compartir información acerca de estos EPCs. Para llevarlo a cabo, la red EPC se
apoya en una estructura similar a los servidores DNS (Domain Name Services) de
Internet para crear un grupo de servicios de bajo coste, basados en estándares
para descubrir información asociada a cada producto. Los elementos principales
de esta estructura se muestran en la tabla 5.
25
TABLA 5: Elementos principales de la red EPC.
26
VIII. PLAN DE ACTIVIDADES
La tabla 6 muestra la lista de tareas a realizar para el desarrollo de este proyecto,
se muestra la división de cada mes en semanas, y el tiempo que debe durar la
realización de cada tarea para lograr concluir el proyecto en el tiempo establecido
de 12 semanas.
TABLA 6: Lista de tareas a desarrollar en el tiempo indicado.
Mes
Actividad
Mayo
Investigación de tecnología aplicable
Comparativo de costos
Comparativo de características
Adquisición de materiales
Diagnóstico del material adquirido
Pruebas de los materiales
Desarrollo de la primera versión del software
Integración
Pruebas
Correcciones
Desarrollo del sitio web
Presentación de resultados
Documentación
27
Junio
Julio
Agosto
IX.
RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
Para la correcta elaboración de este proyecto se requieren distintos tipos de
materiales, según la etapa que se esté elaborando. A continuación se muestra una
lista de los materiales y recursos necesarios en general.

Computadora que tenga instalada los siguientes programas:
o Microsoft office (Word, Excel, Project)
o Microsoft Visual Studio 2010
o LabView
o Adobe Reader
o Google Chrome (o cualquier explorador de internet)

Antena RFID UHF de largo alcance (con adaptador de corriente y terminal
RS232)

Tag RFID de largo alcance

Flexómetro

Cable Manhattan (RS232 a USB).
28
X.
DESARROLLO DEL PROYECTO
X.I Selección de la tecnología aplicable.
X.I.I Requerimientos del sistema
El equipo de monitoreo de tiempo será utilizado para cronometrar maratones de
diferentes distancias, en un ambiente abierto, en condiciones climáticas
inesperadas, será utilizado en las siguientes condiciones.

500 a 1000 participantes

Ancho de la meta de 5 metros

Cada participante debe estar debidamente identificado y contar con un
chip que al momento que cruce la meta indique que tiempo tardó en
realizar el recorrido.

Ser un equipo de rápida colocación y fácil transportación
 Tener un software intuitivo de fácil acceso
X.I.II Lista de precios de equipos
Además de las características ya mostradas en las imágenes anteriores, siempre
es necesario considerar el costo del equipo que se va a implementar. A
continuación, en
la tabla 7 se muestra una lista de los mejores precios
encontrados de los módulos XBee que se pueden utilizar (actualizados a
septiembre de 2013).
29
TABLA 7: Lista de precios de módulos XBee.
Módulo XBee
Precio (USD)
XBee Pro 900 X SC RPSMA
$69.2
XBee Pro 900 RPSMA
$65.8
XBee Pro 60mW Wire Antenna
$59.9
XBee Pro 60mW serie 1 PCB Antenna
$59.8
XBee Pro50mW serie 2.5 Wire Antenna
$54.43
XBee Pro 50mW serie 2 (mesh)
$55.9
En el caso de la tecnología RFID se ha decidido utilizar una de UHF, es decir que
tenga largo alcance tanto en el lector como para los tag, ya que como se planteó
se requiere que el ancho de la lectura sea de 5m en la meta. Las siguientes tablas
muestran cotizaciones realizadas de paquetes que incluyen un lector y un tipo de
tag compatible de los mejores precios encontrados (actualizados a septiembre de
2013); la tabla 8 muestra un equipo seleccionado de tipo RFID activo, mientras
que las tablas 9 y 10 muestran equipos RFID pasivos.
30
TABLA 8: Características del equipo RFID activo.
TABLA 9: Características del equipo RFID pasivo.
31
TABLA 10: Características del equipo RFID pasivo.
32
X.I.III Equipo seleccionado
Utilizar la tecnología ZigBee implica comprar 500 módulos como mínimo, para
que cada corredor utilice uno de ellos, es decir si se selecciona el módulo XBee
Pro50mW serie 2.5 Wire Antenna, que es el más económico con un valor de
$54.43 USD, se tendrá que realizar una inversión de $27,215 USD, es decir
$353,795 MXN (considerando a $13.00 pesos el tipo de cambio por dólar).
Utilizar la tecnología RFID activa implica comprar el paquete que se muestra en la
tabla 4.1, es decir una inversión de $52,156.00 MXN; mientras que utilizar el
paquete de la tabla 4.2 requiere una inversión de $5,849.87 MXN. Como
cualquiera de ellos funciona de la misma manera y entregaría los mismos
resultados, se ha optado por utilizar el paquete propuesto en la tabla 4.2 ya que
representa una inversión inicial menor.
Se ha decidido proceder con la adquisición de la antena JT-8290A, que es una
antena de RFID pasivo con un intervalo de lectura de 0 a 15m, con comunicación
RS232; esta antena incluye un adaptador de corriente, ya que la antena se
alimenta a 9V y 3.5A; el paquete incluye también un software demo que permite
leer etiquetas pasivas de alcance distinto que ya vienen incluidas también.
33
X.II Pruebas de validación
El tiempo de entrega de la antena es de 2 semanas, una vez obtenida la antena,
se procedió a realizar las pruebas pertinentes. Se alimentó la antena con el
adaptador de corriente a 9V y 3.5A de corriente directa, la antena emite un “bip” al
ser conectada y al momento de pasar una etiqueta por enfrente de ella emite
varios bip, lo que significa que la está reconociendo.
X.II.I Alcance de lectura de las etiquetas
Se procedió a identificar las etiquetas colocándoles un nombre con plumón de tinta
indeleble en un lugar que no dañara su funcionamiento, como se muestra en la
figura 5.
FIGURA 5: Identificación de etiquetas.
34
Una vez identificadas las etiquetas se procedió a comprobar la distancia de lectura
de cada una de ellas. Se colocó la antena al ras del piso en un lugar seguro de tal
manera que no hubiera movimiento, después se colocó en el piso una cinta
métrica que permaneció fija durante todas las pruebas y se procedió a pasar las
etiquetas frente a la antena para verificar si alcanzaba a identificarla, esta prueba
se realizó a cada metro de distancia de la antena empezando en uno y terminando
a 5m de ella. Las pruebas se realizaron 20 veces con cada etiqueta pasando
siempre a una velocidad constante. Las tablas con los datos tomados en estas
pruebas se encuentran en la sección de anexos de este documento.
X.II.II Identificación de las etiquetas
Posteriormente de las pruebas de distancia, se procedió a realizar pruebas con el
software demo, este se instaló en una PC proporcionada por CICATA según las
instrucciones del fabricante. Cabe mencionar que durante la investigación toda la
información proporcionada por el fabricante se encontraba en idioma inglés, pero
al momento de abrir los archivos de la antena, muchos de estos se encontraban
en chino tradicional, lo cual dificultó la realización óptima de la instalación y se
procedió a realizarla usando el método de ensayo y error, hasta logra que el
software demo funcionara de la siguiente manera:
1) Correr la aplicación Project 1 contenida en la carpeta de tools del CD de
instalación, seleccionar la opción Activex, presionar el botón del lado
derecho del textbox, al abrirse una ventana nueva se selecciona el archivo
MSCOMM32.OCX y luego se presiona el botón debajo del textbox. Como lo
muestra la figura 6. Después, se minimiza la aplicación (no cerrarla).
35
……………………………………………………………………………………………………………
FIGURA 6: Identificación de etiquetas por software demo
2) Se abre el software demo que se encuentra en la carpeta “demo” del CD de
la antena y se visualiza la ventana de la figura 7, donde se pueden
configurar las propiedades sobre las que trabajará la antena como la
dirección, el puerto al que se conectará y la frecuencia de trabajo; además
se observa el botón Connect que debe ser presionado una vez conectada la
antena al puerto serie de la PC y cuando los parámetros ya mencionados
se hayan establecido.
36
……………………
FIGURA 7: Ventana de inicio del software demo
3) Cuando ya está conectada la antena se observa una pantalla como en la
figura 8, donde sí se presiona el botón Read Tag y se presenta una etiqueta
frente a la antena, se podrá obtener la ID del tag en formato hexadecimal;
en la sección Operation Records se muestra el estatus de la instrucción
realizada y la hora en que se realizó. Es importante mencionar que cuando
la antena se encuentra bajo las órdenes del software demo, ya no es capaz
de leer ni identificar una tag hasta que se da la orden de hacerlo y solo se
obtiene una lectura si la etiqueta se encuentra dentro del alcance de la
antena. Si existen varias tag cerca se obtiene el ID de la etiqueta que
presente un mejor acoplamiento inductivo y no necesariamente la que se
encuentre más cerca de la antena.
37
………………………………………………………………………………………….
FIGURA 8: Pantalla de identificación de etiquetas
4) En la pestaña denominada Tag Operation se encuentran muchas opciones,
de las cuales se destacan Write Tag y Read Tag. Como esta antena
también tiene la capacidad de leer y escribir sobre las tag, la sección Write
tag permite escribir sobre el chip de la tag según el código EPC (Protocolo
de comunicación de tag en RFID); permite escribir un numero de cuatro
dígitos en formato hexadecimal en la dirección indicada del ID de la tag;
esta función puede ser de gran utilidad al momento de crear los números de
corredor del maratón y poder identificar más fácilmente a cada participante.
La sección Read Tag permite leer el número que se escribió sobre la tag en
la sección anterior, esto puede servir para identificar a un participante en
38
cualquier momento del maratón. La función Kill Tag permite inhabilitar de
forma permanente un tag o bien permitir solo la lectura de este si se quiere
utilizar una restricción usando un pasword. La figura 9 muestra la ventana
del software demo con todas estas funciones.
……………………………………………………………………………………
FIGURA 9: Pantalla de escritura - lectura de etiquetas
5) Al presionar el botón Parameter setting se puede observar una ventana
como lo muestra la figura 10, en ella se pueden observar los parámetros en
los que está trabajando el sistema; estos parámetros pueden editarse
según el modo en que se desee trabajar con la antena y la transmisión de
datos.
39
……………………………………………………………………………………………………………
FIGURA 10: Pantalla Parameter Setting
40
X.III Desarrollo del software
Se desea diseñar un programa que permita leer la información que el lector RFID
envía por el puerto RS232 a la computadora al momento de realizar la lectura de
una etiqueta. Este programa puede diseñarse en diversas plataformas, las
principales y más conocidas por el desarrollador del proyecto son LabView y
Visual Basic; por lo tanto, se ha decidido utilizar ambas para tener un mayor
campo de posibilidades.
X.III.I Diseño del software en LabView
Para proceder con el diseño del software primero es necesario encontrar el tipo de
señal que envía el lector por medio del puerto serial; por lo tanto se procedió a
utilizar uno de los ejemplos de comunicación serial que se encuentra en LabView.
Este VI llamado “Basic Serial Write and Read.vi” que se muestra en la figura 11,
se utilizó para configurar el puerto serial y obtener una señal básica.
FIGURA 11: Presenta los dos diagramas del VI, el diagrama de bloques muestra la configuración del puerto
RS232 según los parámetros seleccionados en el panel de control.
41
El VI se configuró de acuerdo a los parámetros establecidos en el administrador
de dispositivos del sistema, que es donde se determina si el puerto serie está
conectado y bajo qué condiciones. Se utilizaron los parámetros que muestra la
figura 12 en el VI.
FIGURA12: Muestra los parámetros a configurar en el VI según la información que proporciona el
administrador de dispositivos del sistema operativo del PC.
Se realizaron varias pruebas, tanto en la PC proporcionada por CICATA como en
la laptop del encargado del proyecto, pero nunca se logró establecer comunicación
con la antena. El programa indicó que el puerto estaba abierto y la antena
conectada, pero nunca se logró obtener ningún dato del lector. Se utilizaron los
drivers contenidos en el CD de la antena y se agregaron a la carpeta system 32,
dando como resultado la misma situación. Posteriormente se buscaron otras
42
alternativas en internet y se descargaron más drivers, pero el resultado fue el
mismo en todo momento, lo que dificultó continuar con el proceso de diseño
usando LabView.
X.III.II Diseño del software en Visual Basic
Para la aplicación en Visual Basic se procedió de la misma manera que en
LabView, es decir, primero se debe de obtener la señal de la lectura de la antena
para después procesarla y lograr que realice lo necesario. Se creó la aplicación
Form 1, donde se dan las instrucciones de leer los puertos COM disponibles en el
pc, se realiza la selección del puerto deseado (donde se haya conectado la
antena), se pueden enviar datos al puerto y recibirlos; como lo muestra la figura
13. La estructura de programación se muestra en las figuras 14 a 17. …
…………………………………………………………………………………………..
FIGURA 13: Ventana principal de aplicación
43
……………………………..
FIGURA 14: Creación de variables globales e inicialización de botones principales
FIGURA 15: Código para determinar los puertos COM disponibles
44
…………………………
FIGURA 16: Conectar con el puerto COM seleccionado y lectura de sus parámetros iniciales
…………………………………………………………………………….
FIGURA 17: Lectura y escritura de datos del puerto serie
Esta opción de programación tampoco logró obtener datos del lector RFID, las
pruebas realizadas indican que si se apertura la comunicación con el puerto
RS232 del lector RFID, se obtiene la frecuencia de trabajo y el buffer de datos,
pero no se recibe ningún dato, solo se recibe el tamaño del dato que sería
enviado.
45
XI.
RESULTADOS OBTENIDOS
La investigación realizada en este trabajo permitió obtener información de cómo se
realiza el cronometraje en eventos deportivos por empresas de nivel mundial; y
permitió obtener la tecnología básica para crear un equipo de cronometraje propio
adquiriendo la opción más confiable, económica y apropiada; logrando satisfacer
los primeros dos puntos de los objetivos planteados para este trabajo, al obtener
un ahorro bastante significativo en la inversión inicial.
Las pruebas realizadas con el lector-antena UHF de RFID pasivo y las etiquetas
correspondientes mostraron la flexibilidad que tiene este lector para identificar
etiquetas a diferentes distancias, esto permite que el equipo pueda ser adquirido
con mayor facilidad, ya que se comprobó que se pueden utilizar etiquetas pasivas
de UHF de diversos fabricantes y diseños, que son altamente compatibles; con
esto se cumple el tercer objetivo de este trabajo al validar que la tecnología
adquirida es la adecuada.
En el capítulo X, sección D, puntos 1 y 2 para el desarrollo del software se
demostró que el lector-antena si es reconocido por la PC en el puerto serial, y
también es reconocida en una laptop con el uso de un cable manhattan (RS232 a
USB); pero que al momento no existe una lectura de datos de la antena. Según
especialistas en software, se requiere de conocimientos más avanzados acerca de
protocolos de comunicación con el hardware; se indicó que si es posible obtener la
lectura de la antena pero esto requiere de mayor inversión en tiempo e
investigación. Debido a esto, el último objetivo planteado para este trabajo queda
como pendiente a consideración de los asesores de CICATA.
46
XII.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos se concluye que se cumplió con los
objetivos planteados al inicio del proyecto; ya que la investigación, la adquisición
del equipo y las pruebas realizadas han demostrado que se obtuvo la opción más
económica y adaptable a un proceso automático de monitoreo de tiempo al hacer
uso del lector-antena UHF de RFID pasivo y las etiquetas probadas; lo que
significó una inversión exitosa. Aunque el software no fue concluido en su
totalidad, por la carencia de tiempo y recursos de programación; se crearon las
bases para el desarrollo de este.
Se recomienda que al continuar con el desarrollo de software se utilice Visual
Basic, ya que concluir la aplicación en este medio permitirá que sea una aplicación
intuitiva y de fácil manejo para los usuarios.
Se recomienda también seguir utilizando el cable manhattan (RS232 a USB) para
obtener mayor portabilidad y un menor problema para encontrar alimentación del
pc; ya que con el uso de la laptop no se corre el riesgo de perder la información al
quedarse sin alimentación eléctrica.
La antena debe siempre ponerse al nivel del suelo, de forma perfectamente
horizontal para que no se pierda la señal y se logre una mejor lectura al paso del
participante por el arco de meta.
Al momento de adquirir etiquetas (tag) para un evento nuevo, se recomienda
verificar la compatibilidad con la antena, ya que esta reconoce etiquetas de RFID
pasivo de UHF; pueden usarse de diversos alcances según se requiera.
47
XIII. ANEXOS
Las tablas 11 a 18 muestran los resultados obtenidos de las pruebas de presencia
realizadas con etiquetas RFID. Estas pruebas fueron realizadas colocando la
antena de forma horizontal al ras del piso y pasando la etiqueta sobre una línea
que marcaba la distancia; se pasó la etiqueta a diferentes distancias y se
determinó si en ese punto la antena lograba reconocerla, en este caso se utilizó
como símbolo el 1 y se usó el 0 cuando la etiqueta no fue reconocida.
TABLA 11: Identificación de uno a cinco metros de la etiqueta C1 por el lector JT-8290A.
Etiqueta
C1
ID
E2 00 20 64 79 07 01 09 11 60 9D E0
Presencia a:
1m
2m
3m
4m
5m
1
1
1
1
1
1
1
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1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
48
TABLA 12: Identificación de uno a cinco metros de la etiqueta C2 por el lector JT-8290A
Etiqueta
C2
ID
E2 00 20 64 79 07 01 10 19 70 44 69
Presencia a:
1m
2m
3m
4m
5m
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
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1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
49
TABLA 13: Identificación de uno a cinco metros de la etiqueta C3 por el lector JT-8290A
Etiqueta
C3
ID
30 08 33 B2 DD D9 01 40 00 00 00 00
Presencia a:
1m
2m
3m
4m
5m
1
1
1
0
0
1
1
1
0
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1
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1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
50
TABLA 14: Identificación de uno a cinco metros de la etiqueta C4 por el lector JT-8290A
Etiqueta
C4
ID
30 08 33 B2 DD D9 01 40 00 00 00 00
Presencia a:
1m
2m
3m
4m
5m
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
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0
0
1
1
1
0
0
1
1
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0
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1
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1
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0
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1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
51
TABLA 15: Identificación de uno a cinco metros de la etiqueta FC1 por el lector JT-8290A
Etiqueta
FC1
ID
E3 1E 77 EC CA 6D DC 7B 00 00 1D 59
Presencia a:
1m
2m
3m
4m
5m
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
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1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
52
TABLA 16: Identificación de uno a cinco metros de la etiqueta FC2 por el lector JT-8290A
Etiqueta
FC2
ID
E3 1E 77 EC CA 6D DC 7B 00 00 1D 5A
Presencia a:
1m
2m
3m
4m
5m
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
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1
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1
1
1
1
1
1
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0
1
1
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1
1
0
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0
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1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
53
TABLA 17: Identificación de uno a cinco metros de la etiqueta AST1 por el lector JT-8290A
Etiqueta
AST1
ID
E2 00 20 69 87 18 02 47 15 00 78 3A
Presencia a:
1m
2m
3m
4m
5m
1
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
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1
1
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0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
54
TABLA 18: Identificación de uno a cinco metros de la etiqueta AST2 por el lector JT-8290A
Etiqueta
AST2
ID
E2 00 20 69 87 18 02 46 15 00 78 3E
Presencia a:
1m
2m
3m
4m
5m
1
1
1
1
0
1
1
0
1
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1
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1
0
0
1
1
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1
1
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Las tablas 19 a 21 muestran algunas etiquetas compatibles con la antena JT8290A disponibles en el mercado a precios accesibles.
TABLA 19: etiquetas RFID pasivo de uso rudo, compatibles con la antena JT-8290A
56
TABLA 20: etiquetas RFID pasivo de uso común, compatibles con la antena JT-8290A
57
TABLA 21: etiquetas RFID pasivo flexibles y resistentes al agua, compatibles con la antena JT-
8290A
58
XIV. BIBLIOGRAFÍA
Barneda, Ivan. (2008) ZigBee aplicado a la transmisión de datos de sensores
biomédicos. Universidad Autónoma de Barcelona. ETSE
Gralhu, O. (2003) WPAN and home networking. Divulgatic
Merayo y Quiroz. (2013) La tecnología RFID y su aplicación en la cadena de
suministro. Divulgatic.
Fernández M. (25 de julio 2009) Wireless Sensor Network. Disponible en:
http://www.mfbarcell.es/conferencias/wsn.pdf
Oyarce Andrez. (julio de 2010) Guía del usuario XBEE Series 1. MCI electronics.
Disponible en: http://www.xbee.cl/descargas.html
Roberto. (25 de mayo 2011) Tutorial sobre circuitos RFID. UDLAP. Disponible en:
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/urbina_r_rd/capitulo1.pd
59