Diseño e implementación de un prototipo de dispensador automático de comida para animales

78 Pages·2017·5.88 MB·Spanish

Diseæo e implementaci(cid:243)n de un prototipo de
dispensador automÆtico de comida para
animales basado en raspberry pi controlado
mediante una aplicaci(cid:243)n m(cid:243)vil.
Jorge IvÆn Zapata Valencia
Daniel Alejandro Gil Agudelo
Proyecto de grado para optar al t(cid:237)tulo de
Ingeniero Electr(cid:243)nico
Universidad Tecnol(cid:243)gica de Pereira
Facultad de Ingenier(cid:237)as
Ingenier(cid:237)a Electr(cid:243)nica
Pereira, Colombia
Enero 2017
Diseæo e implementaci(cid:243)n de un prototipo de
dispensador automÆtico de comida para
animales basado en raspberry pi controlado
mediante una aplicaci(cid:243)n m(cid:243)vil.
Por:
Jorge IvÆn Zapata Valencia
C(cid:243)d: 1087998966
Daniel Alejandro Gil Agudelo
C(cid:243)d: 75158899
Proyecto de grado para optar al t(cid:237)tulo de
Ingeniero Electr(cid:243)nico
Director:
M.Sc. JosØ AndrØs Chaves Osorio
Profesor del Programa Ingenier(cid:237)a Electr(cid:243)nica
Ingeniero Electricista
Universidad Tecnol(cid:243)gica de Pereira
Facultad de Ingenier(cid:237)as
Ingenier(cid:237)a Electr(cid:243)nica
Pereira, Colombia
Enero de 2017
Nota de aceptaci(cid:243)n:
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Director:
___________________________________
Jurado:
___________________________________
Enero de 2017
5
Agradecimientos
Herecorridounarduocaminoparaobteneresteimportantelogroenmivida,peronohellegadosolo
hastaaqu(cid:237),cadapaso,cadaaprendizajeycadaresurgir,haestadoacompaæadodelapoyoincondicional
de mi familia, que ha sido mi gu(cid:237)a y mi fortaleza, por quienes recorrer(cid:237)a mil caminos mÆs si fuera
necesario; agradezco ademÆs por las sabias enseæanzas de mis abuelos y por cada esfuerzo suyo, por
los nobles consejos y la inmensa paciencia de mi novia que ha sido part(cid:237)cipe de esta evoluci(cid:243)n, por
los aportes del ingeniero Alexander R(cid:237)os gracias a los cuales se materializ(cid:243) un sueæo, al ingeniero JosØ
AndrØs Chaves por creer en nosotros y motivarnos a ser mejores cada d(cid:237)a, al ingeniero Edwin AndrØs
Quintero por inspirarnos, a amigos y futuros colegas por hacer el camino mÆs interesante y sobretodo
a Dios por permitirme vivir estas experiencias y adquirir valiosos aprendizajes de ellas, por darme la
oportunidad de construir un futuro y por poner a cada uno de los nombrados en mi camino.
Jorge IvÆn Zapata Valencia
Para obtener un gran logro toca vivir un camino de triunfos, derrotas, tristezas y alegr(cid:237)as, por eso
se le debe agradecer a DIOS por la fortaleza, por la salud, por mi familia y por darme la oportunidad
de lograr el sueæo de ser Ingeniero Electr(cid:243)nico. La obtenci(cid:243)n de este reconocimiento no es solo m(cid:237)o,
detrÆs estÆ mi familia, que me encaminar(cid:243)n a ser un profesional, que me han dado un sin nœmero de
valoresquemehanayudadoaobtenertantosØxitos,porelamor,lapaciencia,elrespeto,porestarah(cid:237)
cuando los necesitaba y por todos los d(cid:237)as impulsarme a ser una mejor persona. TambiØn agradecer
a la vida por las experiencias vividas, por las grandes amistades que forje durante mi ciclo por la
universidad, amistades que te muestran puntos de vista diferentes de la vida y que estaban para darte
la mano cuando no te las sabias todas, amistades que son para toda la vida. Inmensa gratitud para
la Universidad Tecnol(cid:243)gica de Pereira por la calidad de educaci(cid:243)n que ofrecen, para sus docentes que
impulsan, orientan y brindan sus conocimientos.
Daniel Alejandro Gil Agudelo
˝ndice general
1. DESCRIPCI(cid:211)N DEL PROYECTO 11
1.1. DEFINICI(cid:211)N DEL PROBLEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2. JUSTIFICACI(cid:211)N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3. OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1. OBJETIVO GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2. OBJETIVOS ESPEC˝FICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2. MARCO REFERENCIAL 14
2.1. MARCO TE(cid:211)RICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.1. Leyes, Estad(cid:237)sticas y V(cid:237)nculos Afectivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.2. Mercado de Alimentos para Perros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.3. C(cid:243)mo Alimentar Correctamente a la Mascota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3. DESARROLLO DEL PROYECTO 24
3.1. Diseæo Comedero de Mascotas en Solidworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.1. (cid:190)Por quØ la utilizaci(cid:243)n de solidworks para el desarrollo del diseæo? . . . . . . . . 25
3.1.2. Piezas que conforman el s(cid:243)lido (cid:28)nal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2. Diseæo de Programa de Control, Interfaz GrÆ(cid:28)ca y Tarjeta de Potencia. . . . . . . . . . 35
3.2.1. (cid:190)QuØ es Raspberry Pi? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.2. Pines GPIO de la Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2.3. Lenguaje PYTHON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.4. Servidor Web Apache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.5. Lenguaje HTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.6. Lenguaje PHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.7. Tarjeta de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3. Diseæo e Instalaci(cid:243)n de la Aplicaci(cid:243)n M(cid:243)vil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.1. Aplicaci(cid:243)n M(cid:243)vil, Tecnolog(cid:237)a 4G e Internet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.2. Sistema Operativo Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.3. Creaci(cid:243)n Aplicaci(cid:243)n M(cid:243)vil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.3.1. Java Development Kit (JDK): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.3.2. Android Studio: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.3.3. Componentes de la Aplicaci(cid:243)n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.3.4. Descripci(cid:243)n Final de la Aplicaci(cid:243)n y Conceptos Claves para su Creaci(cid:243)n. . . . . 61
3.3.5. Instalaci(cid:243)n de la Aplicaci(cid:243)n M(cid:243)vil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3.5.1. Generaci(cid:243)n de Certi(cid:28)cado y Correspondiente APK . . . . . . . . . . . . 61
4. PRUEBAS Y RESULTADOS 65
6
˝NDICE GENERAL 7
5. CONCLUSIONES Y FUTUROS TRABAJOS 76
5.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.2. Futuros Trabajos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
˝ndice de (cid:28)guras
3.1. Pieza Superior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2. Rampas de Ca(cid:237)da . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3. Recipiente Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4. Cavidad Circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.5. Uni(cid:243)n de Piezas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.6. Tapa Exterior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.7. Tapa Superior Derecha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.8. Tapa Frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.9. Tapa Izquierda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.10.Tapa Trasera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.11.Tapa Techo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.12.Cavidad Circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.13.Tornillo Sin Fin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.14.CÆlculos Tornillo Sin Fin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.15.Pieza Tuerca - Tornillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.16.Proceso Selecci(cid:243)n Documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.17.Comedero Parcialmente Ensamblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.18.Comedero Totalmente Ensamblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.19.Tarjeta Raspberry Pi 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.20.Pines de la Raspberry Pi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.21.Estructura de Red Implementada en el Proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.22.Interfaz GrÆ(cid:28)ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.23.Motoreductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.24.Circuito de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.25.Suscriptores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.26.Abonados Telefon(cid:237)a M(cid:243)vil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.27.Aplicaci(cid:243)n JAVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.28.IDE Android Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.29.Sistemas Operativos Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.30.Interfaz Inicial Android Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.31.Primer Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.32.Segunda Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.33.Tercera Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.34.Cuarta Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.35.Quinta Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.36.RelaviteLayout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.37.Tipos de Layouts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.38.Ejemplo RelativeLayout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.39.MainActivity.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
8
˝NDICE DE FIGURAS 9
3.40.Main2Activity.java Tabla 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.41.Main2Activity.java Tabla 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.42.Main4Activity.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.43.Main3Activity.java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.44.Main5Activity.java Tabla 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.45.Main5Activity.java Tabla 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.46.Generaci(cid:243)n APK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.47.Selecci(cid:243)n del M(cid:243)dulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.48.Asignaci(cid:243)n de Credenciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.49.Formulario de Datos BÆsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.50.Exportaci(cid:243)n de Fichero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.51.Con(cid:28)guraci(cid:243)n Permisos Smartphone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.52.Advertencia de Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.53.Instalaci(cid:243)n APK en Smartphone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.1. Piezas Corel Finas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.2. Piezas Corel Cortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.3. Primeros Cortes en Cortadora LÆser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4. Prototipo Armado en Cart(cid:243)n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.5. Piezas Cortadas en Acr(cid:237)lico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.6. Piezas Finas Cortadas en Acr(cid:237)lico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.7. Ensamble de Piezas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.8. Tornillo y Base Impresos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.9. Compartimento para Tornillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.10.Acople Tornillo en el Compartimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.11.Piezas para Adherir los Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.12.Comedero Ensamblado Totalmente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.13.Vista Superior Comedero Ensamblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.14.Vista Interna Comedero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.15.Instalaci(cid:243)n Aplicaci(cid:243)n en Smartphone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.16.Interfaz Inicial Aplicaci(cid:243)n Comedero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.17.Interfaz Final de la Aplicaci(cid:243)n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.18.Prueba Funcionamiento Comedero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
˝ndice de cuadros
2.1. Necesidades Diferentes Nutrientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2. Prote(cid:237)na y Grasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3. Minerales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4. Vitaminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.5. Raci(cid:243)n Diaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1. Especi(cid:28)caciones TØcnicas Motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2. Porcentaje de Ventas Smartphones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1. Costos del Prototipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
10
Cap(cid:237)tulo 1
DESCRIPCI(cid:211)N DEL PROYECTO
1.1. DEFINICI(cid:211)N DEL PROBLEMA
El crecimiento poblacional conlleva a la aparici(cid:243)n de necesidades que deben ser satisfechas con
el apoyo de la tecnolog(cid:237)a, se debe plantear un desarrollo obligado en todos sus campos para buscar
soluciones que traigan consigo innovaci(cid:243)n y agilizaci(cid:243)n; se estÆ viviendo la era donde el ser humano
desea realizar una gran cantidad de tareas de una manera rÆpida y e(cid:28)ciente, por ello las soluciones
deben ser prÆcticas, sencillas, e(cid:28)cientes y oportunas.
Las mascotas hacen parte de este crecimiento. La estrecha relaci(cid:243)n ser humano mascota se hace
cada d(cid:237)a mÆs notoria, pasando de ser la mascota de la casa, a ser parte fundamental del nœcleo fami-
liar,portalraz(cid:243)n,susdueæosbuscanlamaneradebrindarsolucionestecnol(cid:243)gicasasusnecesidades.A
menudolaspersonasdueæasdemascotassientenunaenormepreocupaci(cid:243)nalsalirdesushogaresyno
poder llevarlas consigo (por factores ajenos a ellos), debido a esta situaci(cid:243)n, habitualmente intentan
realizar sus diligencias en el menor tiempo posible para as(cid:237) poder regresar pronto a sus hogares y no
sentir que abandonan a sus mascotas.
Unfactordecisivoessualimentaci(cid:243)n,yaquesucomidaenocasionesdebesersuministradaconstan-
temente y en ciertas porciones o debe ser servida en horarios espec(cid:237)(cid:28)cos, en muchas ocasiones in(cid:29)uyen
circunstancias tales como el olvido o en otros casos el buscar ahorrar tiempo; para evitar todas estas
preocupaciones y darles soluci(cid:243)n se propone construir un dispensador controlado por una aplicaci(cid:243)n
m(cid:243)vil, el cual le permita a las personas alimentar sus mascotas sin la necesidad de estar presente en
los hogares, bastar(cid:237)a solamente acceso a internet y unos cuantos comandos utilizando un smartpho-
ne. Actualmente en el mercado se pueden encontrar dispensadores automÆticos para mascotas como
Petnet, el cual cuenta con una aplicaci(cid:243)n para la plataforma de smartphones iOS, lastimosamente su
precioesbastanteelevado.BistroesotrodispensadorautomÆtico,este,basasufuncionamientoenuna
cÆmara que reconoce la mascota y puede medir su tamaæo, sin embargo, aœn se encuentra en fase de
desarrollo. Trabajos de grado similares en la Universidad Tecnol(cid:243)gica de Pereira no han desarrollado
todav(cid:237)a prototipos f(cid:237)sicos y son controlados mediante bluetooth o simplemente programables.
El prototipo contarÆ con una aplicaci(cid:243)n m(cid:243)vil para la plataforma Android inicialmente y tendrÆ
como principal componente la tarjeta Raspberry Pi, esto permite disminuir el costo del dispensador,
loscostosparaelusuario(cid:28)naleincrementarlacoberturaenelmercadoyaquelosusuariosqueutilizan
dispositivos con plataforma Android representan la mayor(cid:237)a de los smartphones usados en el mundo
[1].
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