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“DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD PARA LA
PREVENCIÓN DE ACCIDENTES AUTOMOVILÍSTICOS CAUSADOS
POR CONSUMO DE ALCOHOL”
T E S I S
PARA OBTENER EL GRADO DE:
MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA DE SISTEMAS
P R E S E N T A:
ING. MARTIN ALFONSO CONTRERAS SALMERON
Directores de tesis
M. en C. Jorge Arturo Reyes Bonilla
M. en C. Efraín José Martínez Ortiz
Ciudad de México, Enero del 2018
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS” SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN PROGRAMA DE POSGRADO EN INGENIERÍA DE SISTEMAS MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA DE SISTEMAS
Gracias a Dios Por demostrarme cada día que tiene un propósito para mí. Por bendecir mi vida en todo momento. ¡Alaben al Señor porque él es bueno, y su gran amor perdura para siempre! 1 Crónicas 16: Gracias a mi futura esposa Desiré Gracias por cuidar de mi como lo haces. por apoyarme siempre, por amarme como lo haces. Gracias por estar en mí vida. Te amo preciosa. Gracias a mis Padres Gracias por siempre dar todo de ustedes por mí, por trabajar tanto para darnos todo a mis hermanas y a mí, y siempre tener el mejor consejo para mí. Gracias por ser un ejemplo para mí siempre. Los amo. Gracias a mis hermanas Gracias por cuidar de mí, por compartir conmigo tantos momentos divertidos, sé que siempre contaré con ustedes, Las amo. Gracias a mi cuñado. Gracias por todo tu apoyo, porque con cada acción te has convertido en un hermano más. Gracias profesores. Gracias por darme siempre todo su apoyo, porque siempre enseñarme y ayudarme a hacer mejor las cosas. Infinitas gracias.
Índice
Fig. 8 Sistema de seguridad patente US 8760300 B2 Fuente: (Gabriel Sezanayev, 2012) ...................................................................................................................................... 27 Fig. 21 Tasa máxima de alcoholemia permitida en la población general, por país (2012) ...................................................................................................................................... 63
- ÍNDICE
- ÍNDICE DE FIGURAS
- ÍNDICE DE TABLAS
- LISTA DE ACRÓNIMOS Y SIGLAS
- GLOSARIO
- RESUMEN.....................................................................................................................
- ABSTRACT
- INTRODUCCIÓN
- CAPÍTULO I. CONTEXTO Y FUNDAMENTOS
- 1.1 JUSTIFICACIÓN
- 1.2 OBJETIVOS
- 1.2.1 Objetivos Generales
- 1.2.2 Objetivos Particulares
- 1.3 ESTADO DEL ARTE
- 1.3.1 Prototipos de sistemas de seguridad para automóviles.
- 1.4 CONTEXTO FÍSICO Y CULTURAL...................................................................................................................................
- 1.4.1 Contexto físico
- 1.4.2 Contexto cultural.
- CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO Y METODOLÓGICO
- 2.1 MARCO TEÓRICO....................................................................................................................................................
- 2.1.1 Teoría general de sistemas
- 2.1.2 Informática
- 2.1.3 AppInventor
- 2.1.4 Electrónica
- 2.1.5 Psicología
- 2.1.6 Microcontroladores
- 2.1.7 Sensores
- 2.1.8 Relevadores
- 2.1.9 Sistema de seguridad.................................................................................................................................
- 2.1.9.1 Composición de un sistema de seguridad basado en la Teoría del control. ............................................................
- 2.1.10 Sistemas de seguridad en vehículos.........................................................................................................
- 2.1.10.1 Seguridad activa..........................................................................................................................................................
- 2.1.10.2 Seguridad pasiva .........................................................................................................................................................
- 2.1.11 El alcoholismo
- 2.1.12 El consumo del alcohol etílico en la sociedad
- 2.1.13 Efectos del alcohol en el organismo
- 2.1.13.1 Los efectos del alcohol en los conductores ..............................................................................................................
- 2.1.13.1.1 Riesgos por conducción en estado de ebriedad ..............................................................................................
- 2.1.14 ¿Cómo se mide la alcoholemia?
- 2.1.14.1 Métodos de detección ...............................................................................................................................................
- 2.1.15 Legislación sobre la alcoholemia en conductores
- 2.2 MARCO METODOLÓGICO
- 2.2.1 Vista de Casos de uso.................................................................................................................................
- 2.2.2 Niveles de Software
- 2.2.3 Diagrama de actividades
- 2.2.4 Diagrama de despliegue
- 2.2.5 Diagrama de programación
- 2.2.6 Modelo de ciclo de vida según el proceso unificado
- CAPÍTULO III. SISTEMA DE SEGURIDAD
- 3.1 SELECCIÓN DE MATERIALES Y DEFINICIÓN DE REQUERIMIENTOS.
- 3.1.1 Selección de Microcontrolador.
- 3.1.1.1 Programación en Arduino ............................................................................................................................................
- 3.1.2 Selección de Sensor
- 3.1.3 Sistema de bloqueo de encendido
- 3.1.3.1 Modulo Relé para Arduino. ..........................................................................................................................................
- 3.1.4 Dispositivo de comunicación......................................................................................................................
- 3.1.5 Sistema operativo para la APP.
- CAPÍTULO IV.CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS DEL SISTEMA DE SEGURIDAD
- 4.1 CONEXIÓN DEL SUBSISTEMA DE SENSADO DE ALCOHOL.
- 4.2 CONEXIÓN DEL SUBSISTEMA DE BLOQUE DE ENCENDIDO.
- 4.3 CONEXIÓN DEL SUBSISTEMA DE COMUNICACIÓN.
- 4.4 DESARROLLO DE LA APLICACIÓN.
- 4.3 CONEXIÓN DE TODO EL SISTEMA DE SEGURIDAD Y PRUEBAS.
- CAPÍTULO V CONCLUSIONES
- REFERENCIAS
- CAPÍTULO VI. ANEXOS
- ANEXO A.
- ANEXO B. CUESTIONARIO
- Fig. 1 Actuadores utilizados en el sistema de seguridad de Índice de figuras
- Fig. 2 Sistema de Seguridad
- Fig. 3 Diagrama de sistema de seguridad
- Fig. 4 Dispositivo Interlock para bloqueo.
- Fig. 5 Dispositivo intoxaLock Legacy
- Fig. 6 Dispositivo alcolock implementado en Bélgica.
- Fig. 7 Dispositivo alcolock implementado en Nueva York
- (Stephanie Sofer, 2006) Fig. 9 Sistema de control de alcohol en el coche, patente US 7671752 B2. Fuente:
- Fig. 10 Pantallas para crear un proyecto en AppInventor
- Fig. 11 Partes de un sistema Electrónico
- Fig. 12 Esquema de un microcontrolador
- Fig. 13 Imagen de un microcontrolador
- Fig. 14 Tipos de sensores
- Fig. 15 Electroimán de un relé
- Fig. 16 Relé que funciona como conmutador.
- Fig. 17 Desplazamiento del contacto en un relé.
- Fig. 18 Sistema de control con retroalimentación
- Fig. 19 Frenos ABS
- Fig. 20 Sistema de bolsas de aire
- Regiones de la OMS y en todo el mundo (2012) Fig. 22 Puntuación media percibida del cumplimiento de la tasa de alcoholemia en las
- Fig. 23 Diagrama de partes de modelación del sistema (Elaboración personal)
- Fig. 24 Fases de desarrollo del sistema.
- Fig. 25 Diagrama de casos de uso
- Fig. 27 Diagrama de actividades.
- Fig. 28 Diagrama de despliegue.
- Fig. 29 Diagrama de Programación.
- Fig. 30 Ciclo de vida clásico Modelo en cascada.
- Fig. 31 Modelo de ciclo de vida del software segín UML
- Fig. 32 Evolución de la arquitectura del sistema
- Fig. 33 Tarjeta Arduino Mega
- Fig. 34 Descripción de componentes de la placa Arduino Mega
- Fig. 35 Sensor MQ-3
- Fig. 36 Módulo relé de Arduino......................................................................................
- Fig. 37 Modulos Bluetooth HC-5 y HC-6
- Fig. 38 Diagrama de conexiones de Placa Arduino y Sensor MQ-3.
- Fig. 39 Conexiones físicas del sistema de seguridad.
- Fig. 40 Salidas del sensor MQ-3.
- Fig. 41 Conexión del sensor a placa Arduino
- Fig. 42 Código de programación para sensor................................................................
- Fig. 43 Resultado de lectura en entorno Arduino
- Fig. 44 Conexión de un aparato eléctrico al módulo.
- Fig. 45 Conexión del módulo Relé con Arduido Mega
- Fig. 46 Acoplamiento de motor con relé.
- Fig. 47 Código de programación de módulo relevador
- Fig. 48 Programación de sensor y relé
- Fig. 49 Conexión del módulo Bluetooth con tarjeta Arduino.
- Fig. 50 Conexión del módulo Bluetooth con Arduino
- Fig. 51 Programación del módulo Bluetooth
- Fig. 52 Menú de aplicación
- Fig. 53 Programación de la pantalla de menú de la aplicación....................................
- Fig. 54 Pantalla de ingreso de Datos de aplicación
- Fig. 55 Programación de pantalla de datos.
- Fig. 56 Pantalla de cuestionario.
- Fig. 57 Fragmento de código de test.
- Fig. 58 Conexión completa del sistema de seguridad.
- Fig. 59 Prigrama final del sistema de seguridad
- Fig. 60 Primer prueba de alcohol.................................................................................
- Fig. 61 Prueba 2 del sensor con alcohol en la ropa.
- Fig. 62 Interior de Pointer
- Fig. 63 Pruebas de sensor dentro de un automóvil.
- Fig. 64 Distancia entre sensor y asiento de carro........................................................
Índice de Tablas
Tabla 1 Tabla comparativa de prototipos y desarrollos de sistemas de seguridad........ 30 Tabla 2 Efectos de la alcoholemia en el organismo y en el desempeño ....................... 57 Tabla 3 Efectos del consumo crónico de alcohol........................................................... 58 Tabla 4 Clasificación de las intervenciones para limitar la tasa de alcoholemia de los conductores. .................................................................................................................. 64 Tabla 5 Especificaciones de la Tarjeta Arduino Mega 2560 .......................................... 82 Tabla 6 Especificaciones de la Tarjeta Arduino Mega 2560 .......................................... 99
Glosario
Switch: Es el dispositivo digital lógico de interconexión de equipos. Es un interruptor apagado y encendido. Arduino: es una compañía de hardware libre y una comunidad tecnológica que diseña y manufactura placas de desarrollo de hardware. Etilómetro: Instrumento para medir el nivel de alcohol presente en el aire espirado por una persona. Relé: Dispositivo electromagnético que, estimulado por una corriente eléctrica muy débil, abre o cierra un circuito en el cual se disipa una potencia mayor que en el circuito estimulador. Sangre Alveolar: es el intercambio de gases entre el aire alveolar (rico en oxígeno) y la sangre (rica en dióxido de carbono). Entitividad: Es relativo a ente, un ente es todo lo existe o puede llegar a existir. En programación es un objeto que es instancia. Volts: El voltio o volt por símbolo V, es la unidad derivada del Sistema Internacional para el potencial eléctrico, la fuerza electromotriz y la tensión eléctrica. Resistores: Componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. Electrolítico: Es cualquier sustancia que contiene en su composición iones libres, que hacen que se comporte como un conductor eléctrico. Diodo: Dispositivo electrónico de dos electrodos por el que circula la corriente en un solo sentido. Led: Un diodo emisor de luz (LED por sus siglas en inglés, light-emitting diode, o led, de acuerdo con el Diccionario de la lengua española) es una fuente de luz constituida por un material semiconductor dotado de dos terminales. NPN: Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. Bit: Un bit es un dígito del sistema de numeración binario.
“DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD PARA LA PREVENCIÓN DE
ACCIDENTES AUTOMOVILÍSTICOS”
RESUMEN
De acuerdo a la investigación realizada se pudo determinar los riesgos de conducir bajo los influjos del alcohol, la Secretaría de Salud indica que está demostrado que el alcohol altera gravemente la capacidad de conducir, ya que es una droga que incluso en pequeñas dosis provoca una apreciación errónea de las distancias y de las velocidades; disminuye la agilidad mental y coordinación motora, aumenta la agresividad e irritabilidad del conductor; no se perciben las señales de tránsito ni las luces de los semáforos o de otros vehículos y aumenta la sensibilidad a los deslumbramientos. Con base a estos conocimientos y a que el riesgo de sufrir un accidente es directamente proporcional con el grado de alcohol en la sangre, se realizó un prototipo de sistema de seguridad conformado por dos etapas principales de control. La primera, un sensor encargado de medir el nivel de alcohol en el aire del interior del vehículo, bloqueando automáticamente el encendido del automóvil; y como segunda etapa el sistema de desbloqueo del vehículo conformado por una aplicación para dispositivos móviles; este sistema pretende no solamente mantener la seguridad de los conductores al no permitirles manejar en estado de ebriedad, sino también la seguridad de los peatones que se ven perjudicados por accidentes de este tipo. Por medio de una investigación, análisis y diseño se llegó al desarrolló un sistema de seguridad para la prevención de accidentes causados por el consumo del alcohol. Las características principales del sistema de seguridad son: Realizar el sensado de alcohol en el aire dentro del automóvil. Bloquear el encendido del automóvil. Determinar las capacidades del individuo que intenta realizar la conducción por medio de una aplicación instalada en un dispositivo móvil. El arranque del automóvil permanecerá bloqueado si el conductor no aprueba el cuestionario realizado por medio de la aplicación. Realizar el desbloqueo del arranque del carro si el conductor contesta correctamente el cuestionario realizado por medio de la aplicación.
Introducción
En México existe un crecimiento exponencial de los conductores bajo influencia del alcohol, de acuerdo a los estudios realizados por la secretaria de Salud del Estado de Morelos (Morelos, 2012, p. 2), tan solo en los días jueves, viernes y sábado por la noche, existen alrededor de 200 mil conductores que están bajo la influencia del alcohol; lo que provoca que por año existan alrededor de 24 mil muertes por accidentes relacionados con el consumo de alcohol. Según la última encuesta realizada por la Encuesta Nacional de Adicciones (ENA) existe un crecimiento del 4.1% a 5.5% en 6 años con respecto al consumo de alcohol en la población Mexicana (Salud and Arbitraje, 2011, p. 15), esto, aunado a diversos factores ha provocado también que México ocupe un lugar muy alto con respecto a la mortalidad a causa de accidentes por consumo de alcohol, ocupando así el séptimo lugar a nivel mundial según la Organización Panamericana de la Salud: Según la OMS en México anualmente se tienen registradas aproximadamente 24 mil personas convirtiéndonos en el séptimo lugar a nivel mundial de accidentes de tránsito que terminan en decesos representando 55 muertes por día. Es por ello que las autoridades de la OMS hacen un llamado para que el programa conduce sin alcohol se vea como lo que es, un esfuerzo para salvar vidas. (OPS/OMS México - OPS/OMS México, 2017). Debido a esto, en México se implementó la Estrategia Nacional de Seguridad Vial 2011- 2020, que consta básicamente de prevenciones por medio de programas tales como Conduce sin Alcohol con el objetivo de reducir estas muertes en 50 por ciento (Secretaría de Salud MX, 2016). Sin embargo, este programa preventivo está sujeto a muchas restricciones que evitan que pueda llegar a la totalidad de los conductores, se necesitaría una mayor inversión en este programa para disponer de los policías necesarios, con el equipo correspondiente y en todas las zonas principales para tratar de alcanzar a la mayoría de la población. La sociedad se encuentra en una época en la que los desarrollos tecnológicos crecen rápidamente y cada vez más sectores en la vida diaria se ven impactados por estos
desarrollos; es por esto que por medio de la implementación de estos avances tecnológicos se podría reducir aún más el porcentaje de accidentes causados por el exceso de alcohol; una alternativa sería un sistema que intervenga directamente con el encendido del automóvil, prohibiendo así el uso del mismo de las personas que estén bajo los influjos del alcohol. En este trabajo se desarrolla un sistema de seguridad el cual se encargue no solamente de medir los niveles de alcohol en el conductor, sino también realizar una prueba por medio de su celular con lo cual se podrá tener mayor certeza para decidir si se permite o no la conducción.
1.1 Justificación
De acuerdo a la Organización Panamericana de la Salud, en México aproximadamente 24 mil personas mueren al año en accidentes automovilísticos relacionados con el consumo de alcohol en nuestro país (OPS/OMS México - OPS/OMS México, 2017). Históricamente los problemas de tránsito provocado por el consumo excesivo de alcohol, más allá de estar siendo controlado, van en aumento con los años, según los datos de la Encuesta Nacional de Adicciones (Salud and Arbitraje, 2011) los mexicanos aumentan en promedio 5 Lt. por año su consumo de bebidas alcohólicas. Es por ello que resulta imprescindible desarrollar medidas que ayuden en la prevención de estos accidentes. Por medio de la aplicación de la tecnología se puede impactar en gran medida los datos estadísticos con respecto a los accidentes de tránsito. Y de este modo evitar de forma muy eficiente los accidentes tanto para el conductor y/o los pasajeros del vehículo, como para otros vehículos o transeúntes. Buscando que este sistema, a diferencia de algunos que están en investigación, sea fácil de aplicar en cualquier vehículo, sin importar que no esté instalado de fábrica; por medio de la implementación de un sistema de seguridad en el vehículo que sea capaz de bloquear el encendido del automóvil al determinar que el conductor está bajo los influjos del alcohol, logrando también que sea económico y accesible a cualquier persona. Por esta razón, el presente trabajo propone un sistema que busca como principal objetivo desarrollar un sistema económico, confiable y fácil de usar. Por medio de un enfoque sistémico, es decir por medio de la conjunción de los principios aplicables de algunas áreas de estudio como lo es la electrónica, la psicología y la programación, se buscó desarrollar un sistema de seguridad que logre bajar considerablemente la probabilidad de accidentes por consumo de alcohol para los usuarios. De igual forma por medio de este enfoque sistémico se logrará un impacto tecnológico al conjuntar hardware y software con un método para determinación de habilidades o capacidades del individuo para realizar la conducción. De esta forma y actuando estas 3 áreas integradas sistémicamente se logrará tener un mayor impacto social con el desarrollo de este prototipo.
Se espera que al evitar que un conductor quiera realizar la manipulación de un vehículo en estado de ebriedad, se vaya formando cierta conciencia en el propio individuo y que a su vez tenga un impacto cultural con respecto a este tema. Considerando la problemática a la cual se desea dar solución, los capítulos señalarán, cómo se eligieron los componentes que constituirán al dispositivo, así como los diseños realizados para cumplir el objetivo y cómo se realizó la construcción del prototipo.
