Diseño e implementación de un wearable con comunicación infrarroja

Abstract

En este proyecto se busca el diseño e implementación de un sistema embebido, de pequeño tamaño, con capacidad de comunicación e interacción por vía infrarroja. Este sistema tiene varias aplicaciones, siendo la principal la facilitación del estudio de los sistemas de comunicación inalámbrica y sus protocolos, y como otras posibles aplicaciones, la visualización de la dispersión de mensajes. Es dentro de este proyecto donde se encuentra englobado el trabajo aquí expuesto.
El objetivo general es de carácter artístico, con intención de llegar a obtener unos dispositivos que se puedan utilizar como complementos electrónicos (wereables). Éstos cuentan con una luz de color característico, complemetada con un ligero parpadeo, para cada dispositivo. El color y velocidad del parpadeo variará, como si de luciérnagas se tratase, a medida que los dispositivos interaccionan entre sí.
Además como otro posible uso de estos dispositivos, se encuentra el aprendizaje y estudio de diferentes protocolos de comunicación, pudiendo estudiar todos los niveles de los protocolos clásicos de comunicación entre redes.
El objetivo, de cara a este trabajo, se acota como el diseño de un sistema en el que se programe una cierta identidad (visible en forma de color). Al conjunto del sistema físico e identidad se le denomina “agente”. El objetivo, pues, será que los agentes puedan comunicarse e influenciarse unos a otros.
Para la realización de este trabajo se ha empleado una metodología ágil, de gran uso en el desarrollo de software por su flexibilidad. Empleando programas de diseño de circuitos y placas, así como otros enfocados a la programación y depuración de código, necesario para que el sistema funcione correctamente.
Como punto de comienzo del Trabajo de Fin de Grado, existen una simulación y un prototipo realizados previamente y que han marcado la base sobre la que continuar trabajando y evolucionando el proyecto. Este paso se ha realizado mediante el análisis y aprendizaje de dicho trabajo previo, añadiendo posteriormente información, diseños y programación.
Para la realización del diseño, se han analizado en primer lugar los requisitos del prototipo previo (microprocesador, componentes de comunicación infrarroja, módulo de visualización de la identidad del agente), incluyendo además aquellos propios del diseño de un sistema independiente, y ciertos extras que se querían incluir para dirigir el proyecto hacia las líneas futuras.
De este análisis surgió la primera versión de la placa base, en la que se detectaron algunas mejoras de diseño tras su uso. De estas mejoras surge posteriormente la segunda versión de las placas, en la que se mejora, por ejemplo, la comunicación de las placas con el puerto serie del ordenador, de cara al intercambio de información que mejore la depuración del programa.
A continuación, se introduce todo el firmware programado hasta la fecha, dividido por módulos para facilitar la comprensión del mismo. Esta parte del proyecto sigue una programación por interrupciones, dejando al programa principal vacío, en pos de que el resultado final sea más rápido y flexible, utilizando funciones sencillas que realicen pocas tareas. El interés de esta parte del trabajo reside en las librerías de funciones creadas para el funcionamiento del sistema, que forman una base sobre la que programar aplicaciones más complejas.
Dentro del firmware, se comentan los cambios realizados en las librerías base de Arduino para poder utilizarlas en la programación de las placas con el nuevo microprocesador (que no coincide con el que tiene la placa Arduino sobre la que se realizó el prototipo). El siguiente módulo es el de comunicación entre agentes en el que se incluye lo referente a envío, recepción y gestión de la comunicación. En cuanto al envío y recepción, se dividen en niveles, programándose en primer lugar el envío y recepción de bits y bytes. Sobre este nivel básico se programa el envío y posterior recepción de mensajes complejos que incluyan los datos de la identidad del agente. Y finalmente se habla del nivel que engloba toda la comunicación, como son los protocolos de comunicación. En este trabajo se han implementado protocolos sencillos que gestionan el medio de comunicación para evitar la colisión de mensajes y el consecuente error derivado de esto.
En el módulo de percepción del medio, se explica cómo los agentes pueden utilizar los sensores extras incluidos en el diseño de las placas. Una de las posibles aplicaciones de estos sensores es la influencia del medio en la identidad del propio agente. Para poder implementar este extra en el futuro, se han programado funciones que permiten obtener la información ya procesada de dichos sensores.
Por último, en el módulo de identidad, se abordan las funciones que gestionan la visualización de la identidad por parte del agente.
Como resultados de este proyecto, decir que se ha conseguido la implementación de las identidades en las placas diseñadas, y se ha conseguido que estas se comuniquen, cediéndose el medio unas a otras y permitiendo la comunicación cuando se encuentran un número reducido de placas en el mismo espacio.
Como conclusión, se plantea el fin de este trabajo como el cierre de una de las etapas de este proyecto, dejando una base física, como son las placas, sobre las que se puede trabajar de cara a la optimización, mejora y crecimiento del firmware realizado.
Respecto al futuro de este proyecto, se plantean varias mejoras que se han detectado en las placas actuales para incluir en futuras versiones de dichas placas, además, aún quedan muchas opciones a añadir en la programación, como complementos en la comunicación o mejoras en la visualización de la identidad.
En global, se sugieren varias líneas de trabajo de cara a la mejora de la programación, diseño y gestión de este proyecto.
Además, como líneas futuras a las que orientar este trabajo, se exponen varias opciones: orientar este proyecto a un sistema educativo de estudio práctico de protocolos de comunicación; u orientarlo como un dispositivo wearable con diversos usos, como son un accesorio o un dispositivo a utilizar en estudios de comportamiento social.