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4 - EJEMPLO 5: PAPELERA INTELIGENTE CONTACTLESS STEM2020 - Contenido educativo

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Subido el 4 de octubre de 2020 por Rafael M.

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Curso "Investigación y método científico en el aula: Metodología STEM"
Ponencia "Sensores y actuadores habituales en Tecnología"
Sesión 6 - Parte 2: Contenidos didácticos - Video: PROYECTO PAPELERA INTELIGENTE CONTACTLESS

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Bienvenidos de nuevo a todos los asistentes al curso de investigación y método científico en el aula 00:00:01
y en concreto a la serie de vídeos dedicados a los proyectos de investigación de tecnología. 00:00:06
En esta ocasión presentamos un nuevo vídeo dedicado a los proyectos tecnológicos 00:00:11
y en concreto al proyecto titulado Papelera Inteligente Contantes. 00:00:16
Este proyecto tecnológico ha sido presentado en el V Premio Nacional de Ingeniería a la Investigación Tecnológica 00:00:20
organizado por la Unión de Asociaciones de Ingenieros Técnicos Industriales y Graduados en Ingeniería Industrial. 00:00:28
Este concurso busca como objetivo principal que los estudiantes tanto del segundo ciclo de ESO como de bachillerato 00:00:36
desarrollen un proyecto tecnológico como respuesta a una necesidad cercana, ya sea dentro o fuera del centro. 00:00:44
Bueno, pues la propuesta que nosotros hemos presentado es una propuesta basada en la utilización de un nuevo sensor, en este caso un lector de tarjetas RFID de radiofrecuencia y que consiste en nuestro proyecto en la realización de una modificación de una papelera de reciclaje para poder ser utilizada por cualquier usuario que disponga de una tarjeta y por lo tanto pueda ser identificado 00:00:52
y pueda utilizar esa papelera accionando la papelera, abriendo la papelera, utilizando una tarjeta de radiofrecuencia. 00:01:19
De esta manera, si la tarjeta es válida, la papelera se pone en funcionamiento, abre el soporte para poder, la tapa para poder depositar el objeto a reciclar 00:01:29
y además realiza un sorteo de unos códigos que pueden ser premiados para poder canjear en la cafetería del centro. 00:01:41
De esta forma se fomenta el uso de las papeleras de reciclaje y además se consigue que el estudiante pueda obtener un premio canjeable 00:01:51
en la cafetería del centro, una pieza de fruta, un zumo, etc. 00:01:58
Y evidentemente cuantas más veces utilice la papelera, más opciones tiene de conseguir algún premio. 00:02:02
No en todas las ocasiones, obviamente, el premio puede ser conseguido, pero evidentemente cuantas más veces la utilices, pues más posibilidades tendrás de obtener ese premio. 00:02:08
Entonces, como digo, el objetivo fundamental de este proyecto era la modificación de una papelera. 00:02:18
Para ello utilizamos una papelera facilitada por la empresa Ecoembes, que tiene un programa que permite la utilización de estas papeleras en determinados centros educativos. 00:02:23
y el equipo de trabajo de estudiantes lo que hizo fue modificar la tapa, bueno, sustituir la tapa de esta papelera 00:02:35
e incorporar un sistema programable, en este caso con una tarjeta Arduino, con un lector de tarjetas RFDI 00:02:46
y un dispositivo, un servomotor para abrir la tapa de la papelera 00:02:53
una pantalla LCD para indicar al usuario las diferentes fases por las que va atravesando para utilizar la papelera 00:03:00
y finalmente un altavoz piezoeléctrico para ir señalizando las diferentes fases de su uso. 00:03:08
En primer lugar habría que detallar cómo funciona un lector de tarjetas RFDI. 00:03:17
Hay que decir que en concreto este lector de tarjetas, este que vemos aquí, es el modelo RC522 00:03:23
y es un modelo muy utilizado porque es fácilmente programable con una tarjeta Arduino mediante una conexión SPI. 00:03:29
Como recordamos, la conexión SPI requiere de varios cables, no solamente de dos cables como pasaba con la comunicación I2C. 00:03:39
En este caso, la comunicación SPI requiere de todos estos cables que vemos aquí conectados 00:03:50
y en concreto de las siguientes conexiones. 00:03:58
La primera conexión, la conexión SS o CS, es la conexión para seleccionar, en este caso, 00:04:04
el dispositivo o el periférico con el que vamos a comunicarnos. 00:04:09
SS vendría de Select Slave, es decir, la selección de esclavo, 00:04:12
y después tendríamos el ping de reloj necesario para la transmisión serie de los datos. 00:04:18
Y luego estos dos conexiones, si recordamos, eran las conexiones MOSI y MISO, que son las conexiones de Master Output Slave Input y Master Input Slave Output. 00:04:26
Esto es, evidentemente, para realizar la comunicación direccional del emisor al receptor y viceversa. 00:04:39
el pin IRQ de interrupción, este lo podemos deshabilitar, no es necesario utilizarlo 00:04:46
y por supuesto las correspondientes alimentaciones GND y VCC del propio lector de tarjetas RFDI 00:04:53
adicionalmente también tenemos el pin reset para poder resetear el dispositivo 00:05:00
bien, el control es muy sencillo, si observamos en este caso esta conexión que vemos que es muy sencilla 00:05:06
recordamos que en la tarjeta Arduino las conexiones por comunicación SPI requieren la utilización de estos pines 00:05:12
que vemos aquí a partir del 9, 10, 11, 12 son las comunicaciones que se emplean habitualmente 00:05:23
y como vemos en el bloque inicial para configurar la comunicación con el lector de tarjetas RFDI 00:05:31
Lo que es lo único que tenemos que seleccionar, porque el resto de comunicaciones de pines MOS y MISO son obvios, pero tenemos que comunicar e identificar en este bloque el pin SS o el pin CS, chip select, es el mismo. 00:05:40
en este caso lo hemos configurado en el pin 10 y el pin de reset que en este caso está configurado en el pin 9 00:05:56
de manera que luego el resto, el 11, 12 y 13 son el resto de las comunicaciones que nos faltan 00:06:01
al margen por supuesto de la alimentación y como hemos dicho del pin de reset que en este caso está en el 9 00:06:06
bien, ¿cómo funciona este dispositivo? 00:06:12
pues una vez que hemos configurado solamente estos dos pines 00:06:14
porque el resto, insisto, tienen que ser obligatoriamente en estos pines de comunicaciones 00:06:17
porque Arduino se comunica por SPI a través de estos pines 00:06:21
Los únicos bloques que utiliza Arduino BLOCK para poder utilizar el lector de tarjetas RFDI es, en este caso, el bloque de identificación de una tarjeta que se ha acercado al lector. 00:06:24
recordamos que las tarjetas RFDI son en realidad antenas que se activan al 00:06:38
acercar a este lector y entonces esta misma señal de radiofrecuencia activa 00:06:45
también la tarjeta que incluye un chip en el que podemos leer en este caso el 00:06:51
código identificativo de esa tarjeta pues una vez que este bloque ha 00:06:54
identificado la presencia de una tarjeta podemos leer su valor y al leer su valor 00:06:58
y en este caso el bloque es expulsar, ya podemos tener la tarjeta identificada 00:07:03
y en este caso este simple bloque lo que hace es enviarlo por el puerto serie para poder identificarlo. 00:07:08
Es decir, que este pequeño programita en realidad nos sirve para identificar el código de una tarjeta RFDI 00:07:13
que acerquemos a nuestro lector. 00:07:19
Bien, teniendo claro entonces que el dispositivo que va a permitir utilizar la papelera 00:07:22
va a ser el lector de tarjetas RFDI, pues vamos un poco a detallar, 00:07:27
En este caso, las características de nuestras conexiones y de los elementos que conecta nuestra papelera. 00:07:31
En primer lugar, como hemos dicho, tenemos la tarjeta Arduino, la conexión que ya hemos visto anteriormente de la tarjeta RFDI 00:07:40
y para realizar nuestro montaje de la tapa, la modificación de la tapa que sustituiría a la tapa original, 00:07:47
incluimos una pantalla LCD, en este caso comunicación I2C, un servomotor que es el que nos va a abrir la compuerta 00:07:55
para poder depositar nuestra base de reciclaje y finalmente un altavoz piezoeléctrico para poder avisar de forma acústica 00:08:03
en este caso el proceso de apertura y de cierre de la tapa. 00:08:12
el proceso en sí de utilización de la papelera 00:08:16
como vemos es primero una fase de lectura de la tarjeta 00:08:22
para identificar si es correcto o no 00:08:25
después se procede a la apertura de la papelera 00:08:26
y finalmente se genera un código aleatorio 00:08:29
que puede ser un código premiado 00:08:33
esto serían las tres fases de nuestro proyecto 00:08:35
que veremos después en el vídeo publicitario del proyecto 00:08:37
Bueno, pues vamos a analizar entonces el funcionamiento de este algoritmo que nos va a permitir realizar toda esta secuencia que hemos comentado. 00:08:42
Bien, pues vamos a analizar en este caso el programa informático y qué mejor que un flujograma para un poco ver las diferentes fases por las que va pasando el programa. 00:08:51
Después analizaremos ya en concreto, en este caso, con lenguaje Arduino Blocks, cada una de las funciones y el programa principal. 00:09:01
y como vemos aquí pues tendríamos aquí una papelera esta sin modificar en este caso es 00:09:07
para cartón y para papel y demás y esta papelera que es la que está modificada en la que incluimos 00:09:12
una tapa nueva fabricada en madera con una compuerta que se va a abrir y cerrar ahora 00:09:17
veremos los vídeos que se elaboraron para el proyecto y como digo la pantalla lcd por la 00:09:23
que se va a ir señalizando las fases de funcionamiento de la papelera el lector 00:09:28
como no, de tarjetas RFDI y un pequeño 00:09:33
altavoz piezoeléctrico para señalar el tratamiento del proceso 00:09:37
bueno, vamos entonces con el algoritmo principal, en este caso 00:09:41
lo que vemos es que se trata de 00:09:45
nada más encender el dispositivo 00:09:48
pues aparece en este caso un mensaje en la 00:09:53
pantalla LCD, que en este caso es para leer a contarles, consigue 00:09:57
premios y automáticamente ya empieza el programa propiamente dicho. El programa 00:10:01
propiamente dicho es la lectura constante de cualquier tarjeta que se 00:10:06
acerque al lector de tarjetas RFID. Si no se detecta 00:10:12
tarjeta automáticamente el programa continúa leyendo la tarjeta hasta que 00:10:18
finalmente existe una tarjeta. Si esa tarjeta que se ha acercado al 00:10:22
lector de tarjetas no es válida se indica además con un mensaje en la 00:10:27
pantalla LCD que esa tarjeta no es válida y volvemos otra vez al principio pero si 00:10:33
la tarjeta es válida entonces ya empezamos todo el proceso de funcionamiento de la 00:10:36
papelera que en este caso es indicar por la pantalla LCD que deposite el envase 00:10:39
después se activa el motor que permite abrir la compuerta y además se avisa 00:10:44
con un zumbido constante e intermitente que la compuerta está abierta 00:10:51
y por lo tanto hay que depositar el correspondiente envase 00:10:58
y finalmente una vez que se ha cerrado ya la tapa del motor 00:11:02
se indica una frase de agradecimiento y se genera el código 00:11:07
este código en realidad es un número aleatorio entre 1 y 100 00:11:13
y establecemos en este caso el parámetro para el cual vamos a premiar los códigos. 00:11:16
¿Que el número que aparece es menor de 25? 00:11:22
Pues en este caso tenemos una cuarta o 25% de posibilidades de que el premio sea seguro. 00:11:25
Entonces en este caso indicamos que el código ha sido premiado 00:11:32
y elegimos de una lista almacenada de premios el primer elemento de la lista. 00:11:34
Luego eliminamos ese elemento de la lista, mostramos el código seleccionado 00:11:40
y le indicamos al usuario que anote ese código para, como digo, volver otra vez a la posición inicial. 00:11:44
Si el número aleatorio entre 1 y 100 es mayor, en este caso de 25, 00:11:52
pues el código no es premiado y nos indica directamente al usuario que se agradece su participación, 00:11:57
pero no hay ningún código premiado. 00:12:04
Obviamente este número de 25 puede ser perfectamente modificable para facilitar o no los premios. 00:12:08
De hecho, en el programa, como vemos, el código premiado en este caso tiene que ser un valor mayor de 50 porque hemos preferido facilitar la obtención de premios utilizando la papelera. 00:12:13
Bueno, pues vamos entonces a ver ahora el programa. El programa, como digo, inicialmente en el bloque inicializar preparamos todos los elementos que vamos a utilizar. En primer lugar, el servomotor lo colocamos en su posición correcta de cierre de la abertura de la papelera. 00:12:25
después activamos en este caso, mejor dicho, inicializamos por el CPI el lector de tarjetas que tenemos 00:12:42
después también inicializamos en este caso la pantalla LCD e indicamos además un mensaje 00:12:50
en este caso papelera sin contacto, papelera inteligente, consigue premios 00:12:57
y después, bueno, pues aquí en este caso inicializamos dos funciones, la función inicio, la función lista de códigos 00:13:03
que ahora vamos a ver, y establecemos el contador que veremos para qué sirve a 0. 00:13:09
Decir en primer lugar que las tarjetas que vayan a ser válidas tenemos que leerlas previamente 00:13:16
con este pequeño programa que hemos visto anteriormente, y simplemente lo que hacemos 00:13:20
es leer el valor de identificación almacenado en la tarjeta y guardarlo. 00:13:23
En este caso el programa es para una única tarjeta, en el que cuando identifiquemos ese código 00:13:28
lo almacenaremos en memoria, que en este caso en el bucle principal, que es este que está aquí, 00:13:32
El código almacenado es este que vemos aquí, que previamente habremos leído en una tarjeta que vamos a dar como tarjeta válida para que el proceso funcione. 00:13:39
De esta manera, esta tarjeta se identificará con un usuario o también puede ser en el propio centro educativo una misma tarjeta que pueda ser facilitada a los usuarios de la papelera para poder utilizarla de una manera eficiente. 00:13:46
Bien, pues el buque principal 00:13:59
una vez que ya hemos inicializado todo 00:14:02
indicamos la propiedad de reciclaje 00:14:04
y como siempre hemos dicho anteriormente 00:14:06
estamos detectando si existe una tarjeta 00:14:08
si la tarjeta es correcta 00:14:10
entonces si la tarjeta se ha acercado 00:14:12
leemos la identificación de la tarjeta 00:14:14
y lo guardamos en la variable código 00:14:16
esa variable código la comparamos 00:14:18
con la numeración que hemos dicho 00:14:21
que la tarjeta es correcta 00:14:23
porque podría ser una tarjeta no válida 00:14:24
y por lo tanto el dispositivo no funcionaría 00:14:26
porque no tenemos autorización para utilizar la papelera, o mejor dicho, porque no tenemos identificado al usuario de esa papelera. 00:14:27
Como digo, si la tarjeta es válida, entonces se indica por mensaje que la tarjeta es correcta y se le indica al usuario que deposite el envase. 00:14:36
Y entonces aparecen las dos funciones que vemos aquí, deposita envase y código premiado. 00:14:43
¿Qué es deposita envase? 00:14:47
Bueno, pues el programa Deposita Envase, como veis aquí, en realidad es un programa para activar el piezo eléctrico con un tono que se repite en este caso 10 veces para que el tono durante este tiempo esté avisando al usuario de que tiene que depositar el envase. 00:14:48
activamos en este caso el servomotor durante dos segundos para que permanezca abierto de manera que 00:15:06
caerá el envase que hayamos depositado caerá en el interior de la papelera y finalmente colocamos 00:15:16
de nuevo el servomotor en su posición y por lo tanto cerraremos la compuerta además de depositar 00:15:21
el envase como vemos el programa ejecuta la función código premiado y aquí es digamos la 00:15:26
parte más interesante donde vemos que la función código premiado en realidad lo 00:15:34
que hace es como digo generar un número aleatorio entre 1 y 100 y en este caso 00:15:39
establecemos un van a variable contador para que pueda realizarlo 25 veces que 00:15:45
son los 25 premios que tenemos almacenados entonces como vemos aquí si 00:15:49
el número aleatorio generado es menos de 50 pues en este 00:15:53
caso lo que haremos será indicarle al usuario que el código ha sido premiado y de la lista que 00:16:01
tenemos aquí almacenada de 25 premios elegimos el primero de ellos por eso el contador está 00:16:08
inicialmente a cero no lo ponemos a 1 y elegimos el primer elemento de la lista de premios y eso 00:16:15
aparece como vemos aquí en la fila 1 de la pantalla lcd junto con el mensaje en la parte 00:16:21
arriba de código premia esto está durante cuatro segundos para que el usuario pueda anotar ese 00:16:27
código o haga una foto directamente a la pantalla lcd y pueda después ese código que es cualquiera 00:16:32
de estos 25 aunque están seleccionando evidentemente en orden en el orden que aparece 00:16:39
aquí pues podrá después en la cafetería del centro y con ese código y poder canjear obviamente si el 00:16:45
valores es mayor de 50 pues entonces en este caso no se le indica que mi premio y que otra vez será 00:16:53
de acuerdo y luego al final pues limpiamos la pantalla lcd para luego empezar otra vez con el 00:16:59
programa principal como vemos en realidad el programa es muy sencillo porque en realidad es 00:17:04
controlar en la compuerta de apertura y cierre y luego evidentemente un programa que te permite en 00:17:09
una lista seleccionar de manera ordenada cada uno de los códigos almacenados cuando se han agotado 00:17:14
los 25 códigos el contador indicará que es un valor mayor de 25 entonces en este caso ya en 00:17:20
este caso pues no sé no sé no se indicará ningún ningún código y por lo tanto no aparecerán 00:17:26
y vemos aquí como decíamos una foto de cómo sería implementado el proyecto en este caso en el hall 00:17:34
del centro y como vemos aquí el dispositivo como visto antes en la fabricación de este dispositivo 00:17:43
se realizó nada más utilizando una impresión en 3d para en este caso la 00:17:49
carcasa de la pantalla lcd y aquí vemos cómo es con la parte interior en la 00:17:52
compuerta que es un servomotor al que se le ha acoplado esta compuerta que se 00:17:57
abre y se cierra de acuerdo bueno vamos entonces ahora a ver el vídeo en el que 00:18:01
describimos un poquito todo el proceso y todo el funcionamiento para dejar que 00:18:09
ahora un poquito en qué consiste el proyecto y cómo y cómo funciona 00:18:12
Autor/es:
Henar Lastres y Rafael Morales
Subido por:
Rafael M.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Compartir igual
Visualizaciones:
96
Fecha:
4 de octubre de 2020 - 18:41
Visibilidad:
Público
Centro:
IES GRAN CAPITAN
Duración:
21′ 32″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1280x720 píxeles
Tamaño:
185.97 MBytes

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