Cd 3371 contador de person

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y
ELECTRÓNICA
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO CONTADOR DE
PERSONAS PARA SITIOS CERRADOS, UTILIZANDO SENSORES
PIR (PIROELECTRIC INFRARED RADIAL) Y SENSORES DE
ULTRASONIDO”
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
CATUCUAMBA NEPAS BORIS PATRICIO
elrincondelboris@yahoo.es
QUINGA QUISHPE AMPARO LEONOR
alquingat@hotmail.com
DIRECTOR: ING. PABLO SALINAS
psalinas@ecnet.ec
Quito, Diciembre 2010

i
DECLARACIÓN
Nosotros, Boris Patricio Catucuamba Nepas, Amparo Leonor Quinga Quishpe,
declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que
no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y,
que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad
intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional,
según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por
la normativa institucional vigente.
Boris Patricio Catucuamba Nepas Amparo Leonor Quinga Quishpe

ii
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente proyecto fue desarrollado por Boris Patricio Catucuamba
Nepas y Amparo Leonor Quinga Quishpe, bajo mi supervisión.
ING. PABLO SALINAS
DIRECTOR DEL PROYECTO

iii
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mis padres, Holger Catucuamba y Beatriz Nepas, por todo el tiempo,
apoyo y paciencia que me han dado durante toda mi vida, también por la
orientación que nunca me ha sido esquiva y por la ayuda incondicional en todo
aspecto de mi vida. En adelante, pondré en práctica mis conocimientos y el lugar
que en mi mente ocuparon los libros, ahora será de ustedes, esto, por todo el
tiempo que les robé pensando en mí.
Agradezco a Amparito, por el amor, apoyo y comprensión que siempre me ha
dado, sobre todo para la realización de esta tesis. Le agradezco sobre manera,
por todo el cuidado y abnegación hacia mi hija. Espero que el logro alcanzado,
sea el vínculo a nuevas oportunidades para nuestra superación personal y
profesional.
Agradezco a Helen Rubí por la sonrisa incondicional que siempre tuvo para mí y
por todas sus ocurrencias que supieron aliviar cualquier problema. Rubí eres la
fuente de inspiración de mi vida y el motor de mi superación.
Agradezco a mis hermanos, Holger Fernando y María Augusta por la comprensión
brindada en los momentos difíciles y por la ayuda que, desinteresadamente
supieron darme, además, por el cariño y cuidado brindado a mi hija.
Agradezco a todos mis compañeros de “Dositas y nos vamos” por el apoyo
brindado durante este largo camino en la universidad.
Agradezco al Ing. Pablo Salinas, por toda su sabiduría reflejada en la presente
tesis, además de su comprensión y paciencia para con nosotros.
Boris

iv
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios, por estar siempre conmigo y a mis padres, María Leonor y
Andrés, quienes sin escatimar esfuerzo alguno, han sacrificado parte de su vida
para formarme y educarme. A quienes nunca podré pagar todos sus desvelos, ni
aún con las riquezas más grandes del mundo. Porque gracias a su cariño,
comprensión, confianza y apoyo he logrado terminar mis estudios profesionales,
que constituyen la herencia más valiosa que pudiera recibir y por lo cual viviré
eternamente agradecida.
Agradezco a Boris, por el gran apoyo, comprensión y amor brindado durante
estos últimos años que han sido los más difíciles y, también los más felices de mi
vida, por depositar en mí su confianza y por estar siempre a mi lado, velando por
mí y por mi pequeñita.
Agradezco a mis hermanos Andrés, Oscar, Katherine y a mi querida Alexandra,
por estar siempre a mi lado apoyándome, soportándome y ayudándome en todo.
Gracias por estar siempre pendientes de mí y de mi Helen.
Agradezco a mi Director de tesis, Ing. Pablo Salinas, por la disposición que tuvo al
ayudarnos en la realización de este Proyecto.
Gracias a Dieguito, un gran amigo, que desinteresadamente nos ayudó y orientó
en la realización de este Proyecto, gracias por tu disposición con nosotros.
Agradezco al Ing. Carlos Herrera, que además de la ayuda con mi tesis, se ha
convertido en un amigo.
Gracias a Santiago Yépez, por sus consejos, su amistad, ayuda y confianza.
Y a todos mis amigos por ser un apoyo y una fortaleza en esta dura carrera.
AMPARO

v
DEDICATORIA
A mis padres, como una forma de agradecimiento por todo lo recibido, porque
este logro es vuestro.
A Helen Rubí, porque mi esfuerzo es para ti.
Boris

vi
DEDICATORIA
A mi hijita Helen, porque su presencia ha sido y será siempre el motivo más
grande que me ha impulsado a seguir luchando cada día. Que con su alegría,
inocencia y travesuras, me hace olvidar cualquier altercado y me levanta el ánimo.
Con todo el amor del mundo.
A mi Madrecita que le adoro con toda el alma, porque siempre ha sido un ejemplo
de madre, hija, esposa, hermana, amiga; siempre ha demostrado fortaleza y
valentía ante los obstáculos que le ha puesto la vida. Y sobre todo por ser una
madre para mi hija.
A mi Padre por ser pilar de toda la familia y por sobre todas las cosas estar
siempre a nuestro lado, cuidándonos.
A mis dos chiquitas Dayanita y Micky por ser la alegría del hogar.
A mi hermanita que ha sido una mamita pequeña para mi Helen y a mis queridos
hermanos Oscar y Andrés.
A mí querido amor.
AMPARO

vii
CONTENIDO
ÍNDICE DE CONTENIDOS
DECLARACIÓN ....................................................................................................... i
CERTIFICACIÓN .....................................................................................................ii
AGRADECIMIENTO................................................................................................iii
DEDICATORIA........................................................................................................ v
CONTENIDO..........................................................................................................vii
ÍNDICE DE CONTENIDO.......................................................................................vii
ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................xi
ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................................xvi
ÍNDICE DE ECUACIONES................................................................................... xvii
RESUMEN .......................................................................................................... xviii
PRESENTACIÓN..................................................................................................xix
1 CAPÍTULO 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS ................................................. 1
1.1 INTRODUCCIÓN......................................................................................... 1
1.2 CONTADOR DE PERSONAS...................................................................... 1
1.3 CONTADORES DE PERSONAS COMERCIALES Y ACTUALMENTE EN
USO 2
1.3.1 MÉTODO TRADICIONAL ................................................................. 2
1.3.2 CONTADOR MANUAL MECÁNICO ................................................. 3
1.3.3 ENTREGA Y RECEPCIÓN DE TICKETS........................................ 5
1.3.4 EL TORNIQUETE............................................................................. 5
1.3.5 CONTADOR DE PERSONAS FOTOELÉCTRICO ........................... 9
1.3.6 CONTADOR DE PERSONAS INFRARROJOS.............................. 11
1.3.7 ALFOMBRAS DE SUBIDA / BAJADA............................................. 13
1.4 DEFINICIONES BÁSICAS......................................................................... 13
1.4.1 SENSOR......................................................................................... 13
1.4.2 RADIACIÓN.................................................................................... 14
1.4.3 RADIACIÓN INFRARROJA ............................................................ 14
1.4.4 PIRÓMETROS................................................................................ 14
1.4.5 MATERIALES PIEZOELÉCTRICOS............................................... 14

viii
1.4.6 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO............................................. 15
1.4.7 ONDA ULTRASÓNICA ................................................................... 15
1.5 SENSOR PIR (PYROELECTRIC INFRARED RADIAL SENSOR)........................... 16
1.6 SENSOR DE ULTRASONIDO ................................................................... 18
1.7 DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS ACTIVOS Y PASIVOS QUE
CONFORMAN EL PROTOTIPO........................................................................... 21
1.7.1 SENSOR PIR D203S...................................................................... 21
1.7.2 SENSORES DE ULTRASONIDO ................................................... 22
1.7.3 MICROCONTROLADOR ATMEGA 324P....................................... 22
1.7.4 DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO LCD........................................... 23
1.7.5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL .................................................. 24
1.7.6 FUENTE DE PODER DE 5V........................................................... 25
1.7.7 CRISTAL......................................................................................... 25
1.7.8 TRANSISTOR................................................................................. 25
1.7.9 LENTE DE FRESNEL INFRARROJO............................................. 26
1.7.10 RESISTENCIA................................................................................ 29
1.7.11 POTENCIÓMETRO ........................................................................ 29
1.7.12 CAPACITOR................................................................................... 29
1.8 VARIABLES FÍSICAS QUE INFLUYEN EN LOS SENSORES PIR Y
ULTRASÓNIDO EN LAS MEDICIONES............................................................... 30
1.8.1 TEMPERATURA............................................................................. 30
1.8.2 INFLUENCIAS DE LAS CORRIENTES DE AIRE Y DE LAS
CONDICIONES ATMOSFÉRICAS................................................................ 31
1.8.3 SUPERFICIE .................................................................................. 31
1.8.4 DISTANCIA..................................................................................... 32
1.8.5 ÁNGULO......................................................................................... 32
1.8.6 ENERGÍA........................................................................................ 33
1.8.7 INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÉTICAS ............................... 33
1.9 POSIBLES CASOS QUE SE PUEDEN PRESENTAR AL MOMENTO DE LA
MEDICIÓN ........................................................................................................... 34
1.9.1 PASO DE UNA PERSONA............................................................. 34
1.9.2 PASO DE DOS PERSONAS JUNTAS ........................................... 34

ix
1.9.3 SENSORES CON OBSTRUCCIONES........................................... 34
1.9.4 PASO DE COSAS U OBJETOS ..................................................... 34
2 CAPÍTULO 2: DISEÑO DEL PROTOTIPO................................................... 35
2.1 INTRODUCCIÓN....................................................................................... 35
2.2 HARDWARE.............................................................................................. 35
2.2.1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN........................................................ 36
2.2.2 MÓDULO PIR ................................................................................. 38
2.2.3 LENTES DE FRESNEL .................................................................. 55
2.2.4 MÓDULO ULTRASÓNICO ............................................................. 57
2.2.5 MICROCONTROLADOR ATMEGA 324P....................................... 69
2.2.6 COMUNICACIONES....................................................................... 75
2.2.7 DISPLAY......................................................................................... 77
2.2.8 SWITCH PARA LA PUERTA .......................................................... 79
2.2.9 LED................................................................................................. 80
2.2.10 ZUMBADOR ................................................................................... 80
2.3 FIRMWARE............................................................................................... 80
2.4 SOFTWARE .............................................................................................. 88
2.4.1 VISUAL BASIC.NET ....................................................................... 88
2.4.1.1 Visualización Gráfica del Prototipo Contador de Personas ......... 89
2.4.1.2 Diagrama de Flujo....................................................................... 90
3 CAPÍTULO 3: CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO Y RESULTADOS DE
LABORATORIO................................................................................................... 94
3.1 INTRODUCCIÓN....................................................................................... 94
3.2 CONSTRUCCIÓN DEL HARDWARE........................................................ 94
3.2.1 MONTAJE DEL PROTOTIPO....................................................... 106
3.3 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL HARDWARE DEL PROTOTIPO
EN EL LABORATORIO ...................................................................................... 108
3.4 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL SOFTWARE DEL PROTOTIPO
122
3.5 PRUEBAS DE CAMPO DEL PROTOTIPO CONTADOR DE PERSONAS
PCP 129

x
3.6 DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE ERROR EN EL CONTEO DE
PERSONAS ....................................................................................................... 130
4 CAPÍTULO 4: ANÁLISIS DE COSTOS...................................................... 136
4.1 COSTO DEL PROTOTIPO ...................................................................... 136
4.2 POSIBLE INTRODUCCIÓN AL MERCADO DE ECUADOR.................... 137
5 CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................ 140
5.1 CONCLUSIONES.................................................................................... 140
5.2 RECOMENDACIONES............................................................................ 141
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................. 142
SITIOS DE INTERÉS ......................................................................................... 145
ANEXOS .................................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
ANEXO A: CARACTERÍSTICAS DEL SENSOR PIR D203S.
ANEXO B: CARACTERÍSTICAS DEL MICROCONTROLADOR ATmega 324P.
ANEXO C: CARACTERÍSTICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LM324AD.
ANEXO D: CARACTERÍSTICAS DEL REGULADOR LM7805CT.
ANEXO E: CARACTERÍSTICAS DEL MAX RS232.
ANEXO F: CARACTERÍSTICAS DEL DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO.
ANEXO G: ESQUEMA DEL DETECTOR DE MOVIMIENTO CON SENSORES
PIR.
ANEXO H: ESQUEMA DEL DETECTOR DE MOVIMIENTO CON SENSORES
ULTRASONICOS.
ANEXO I: CÓDIGO FUENTE DE LA APLICACIÓN EN VISUAL BASIC.
ANEXO J: CÓDIGO FUENTE DE LA APLICACIÓN EN BASCOM AVR.
ANEXO K: MANUAL DE USUARIO PARA LA INSTALACIÓN, MANEJO Y
GESTIÓN DEL PCP.

xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Contador Manual Mecánico ................................................................... 4
Figura 1.2 Pulsadores Mecánicos ........................................................................... 4
Figura 1.3 Torniquete de tres brazos metálicos ...................................................... 6
Figura 1.4 Torniquete de un brazo .......................................................................... 6
Figura 1.5 Torniquete un solo sentido..................................................................... 7
Figura 1.6 Torniquete doble sentido........................................................................ 7
Figura 1.7 Torniquetes Ópticos ............................................................................... 8
Figura 1.8 Torniquetes para personas con capacidades......................................... 8
Figura 1.9 Contador Fotoeléctrico......................................................................... 10
Figura 1.10 Sistema Contador de Personas Infrarrojo .......................................... 11
Figura 1.11 Sensor vertical.................................................................................... 11
Figura 1.12 Ejemplo de contador óptico para un tren............................................ 12
Figura 1.13 Área de Detección del Sensor PIR..................................................... 16
Figura 1.14 Diferente polaridad del sensor PIR..................................................... 17
Figura 1.15 Sensor Ultrasónico............................................................................. 18
Figura 1.16 Funcionamiento de los Sensores Ultrasónicos .................................. 19
Figura 1.17 Zona Muerta del sensor ultrasónico ................................................... 20
Figura 1.18 Amplificador Operacional LM324AD .................................................. 25
Figura 1.19 Comportamiento de la Luz a través del Lente de Fresnel.................. 26
Figura 1.20 Espejo Catoptrio................................................................................. 27
Figura 1.21 Espejo Dioptrio................................................................................... 27
Figura 1.22 Espejo Catadioptrio............................................................................ 27
Figura 1.23 Lente de Fresnel Plana ...................................................................... 28
Figura 1.24 Variación de la medición debido a la temperatura.............................. 31
Figura 1.25 Reflexión del sonido en el ángulo de incidencia................................. 32
Figura 1.26 Incertidumbre de la posición del objeto.............................................. 33
Figura 1.27 Perturbaciones que presenta el sensor PIR....................................... 34
Figura 2.1 Diagrama de Bloques del Hardware del Prototipo Contador de
Personas ............................................................................................................... 36
Figura 2.2 Regulador LM7805CT.......................................................................... 37
Figura 2.3 Circuito de la fuente de alimentación ................................................... 37

xii
Figura 2.4 Simulación de la fuente de alimentación.............................................. 38
Figura 2.5 Sensor de Radiación Infrarroja D203B................................................. 39
Figura 2.6 Sensor Piroeléctrico de Radiación Infrarroja D203S ............................ 39
Figura 2.7 Sensor de Radiación Infrarroja de Haz Estrecho ................................. 40
Figura 2.8 Sensor Piroeléctrico Infrarrojo serie IRA-E420..................................... 41
Figura 2.9 Dimensiones del Sensor PIR D203S.................................................... 41
Figura 2.10 Respuesta Espectral del Sensor PIR D203S ..................................... 43
Figura 2.11 Circuito recomendado para el sensor PIR D203S.............................. 43
Figura 2.12 Señal de salida de sensor PIR D203S ............................................... 44
Figura 2.13 Señal de salida de sensor PIR D203S invertido................................. 44
Figura 2.14 Señales de salida de los dos sensores en sentido contrario.............. 44
Figura 2.15 Señales en el tiempo detectadas por lo sensores dependiendo del
sentido de paso de una persona ........................................................................... 45
Figura 2.16 Diagrama de bloques de las señales de salida de los PIR................. 45
Figura 2.17 Comparador acoplado a la señal de salida del amplificador .............. 46
Figura 2.18 Señal de salida del comparador......................................................... 47
Figura 2.19 Amplificador no inversor..................................................................... 48
Figura 2.20 Circuito del Filtro Pasa bajos con una ganancia de 2......................... 50
Figura 2.21 Diagrama de Bode del filtro pasa bajos con ganancia de 2 ............... 50
Figura 2.22 Circuito del Filtro Pasa altos con una ganancia de 3.......................... 52
Figura 2.23 Diagrama de Bode del filtro pasa altos con ganancia de 3 ................ 52
Figura 2.24 Circuito del Filtro Pasa banda con una ganancia de 6 ....................... 53
Figura 2.25 Diagrama de la señal original y sus respectivas amplificaciones....... 54
Figura 2.26 Diagrama de Bode del filtro pasa banda a 1 Hz................................. 54
Figura 2.27 Señal que ingresa al comparador fijado en un DC offset ................... 55
Figura 2.28 (a) Haz del sensor PIR sin los lentes de Fresnel ............................... 56
Figura 2.28 (b) Haz del sensor PIR acoplado a un lente de Fresnel..................... 56
Figura 2.29 Lente de Fresnel Plana ...................................................................... 57
Figura 2.30 Sensor Ultrasónico US1240 ............................................................... 58
Figura 2.31 Sensor Ultrasónico a Prueba de Agua ............................................... 59
Figura 2.32 Dimensiones del sensor Ultrasónico .................................................. 59
Figura 2.33 Diagrama de bloques utilizando sensores de ultrasonido .................. 61

xiii
Figura 2.34 Filtro Pasa altos con ganancia 10 para el sensor ultrasónico ............ 64
Figura 2.35 Diagrama de Bode del Filtro Pasa altos para la señal del sensor
Ultrasónico ............................................................................................................ 65
Figura 2.36 Filtro pasa bajos con ganancia 7 para el sensor ultrasónico.............. 67
Figura 2.37 Diagrama de Bode del Filtro Pasa altos para la señal del sensor
Ultrasónico ............................................................................................................ 68
Figura 2.38 Filtro Activo Pasa banda a 40Khz ...................................................... 68
Figura 2.39 Dimensiones del microcontrolador ATmega 324P ............................. 69
Figura 2.40 Distribución de pines del microcontrolador ATmega 324P................. 70
Figura 2.41 Circuito para el oscilador del microcontrolador .................................. 74
Figura 2.42 Asignación de pines del microcontrolador.......................................... 75
Figura 2.43 Distribución de Pines del MAX232 ..................................................... 76
Figura 2.44 Circuito de operación típico del MAX232A ......................................... 76
Figura 2.45 Conector DB9..................................................................................... 77
Figura 2.46 Display de Cristal Líquido LCD .......................................................... 78
Figura 2.47 Voltaje de ajuste de Contraste ........................................................... 79
Figura 2.48 Circuito para censar la puerta ............................................................ 79
Figura 2.49 Circuito para el LED ........................................................................... 80
Figura 2.50 Circuito del zumbador ........................................................................ 80
Figura 2.51 Entorno Gráfico de BASCOM AVR .................................................... 81
Figura 2.52 Diagrama de flujo del firmware........................................................... 82
Figura 2.53 Diagrama de Flujo para el Ultrasónico ............................................... 84
Figura 2.54 Diagrama de Flujo del Ingreso de Personas ...................................... 86
Figura 2.55 Diagrama de Flujo de la Salida de Personas ..................................... 87
Figura 2.56 Interfáz para el programador.............................................................. 90
Figura 2.57 Diagrama de flujo general para la Interfaz Gráfica............................ 91
Figura 2.58 Diagrama de Flujo del Total en un Lapso de Tiempo......................... 92
Figura 2.59 Diagrama de Flujo del Reinicio del Sistema....................................... 93
Figura 3.1 Modelo de caja de aluminio................................................................. 94
Figura 3.2 Modelo de caja de plástico................................................................... 95
Figura 3.3 Dimensiones de la caja contenedora del Contador de Personas......... 96
Figura 3.4 Diagrama esquemático del prototipo.................................................... 98

xiv
Figura 3.5 (a) Pistas o Layout en la placa del Prototipo (superior)....................... 99
Figura 3.5 (b) Pistas en la placa del Prototipo (inferior) ........................................ 99
Figura 3.6 Diagrama Esquemático para la placa del Prototipo............................ 100
Figura 3.7 Placa del Prototipo Contador de Personas ........................................ 101
Figura 3.8 Perforaciones para los sensores........................................................ 102
Figura 3.9 Perforación para la fuente y las comunicaciones .............................. 102
Figura 3.10 Perforación para el Display ............................................................ 103
Figura 3.11 Montaje de la placa en la caja contenedora ..................................... 103
Figura 3.12 Display de Cristal Líquido como visualizador ................................... 103
Figura 3.13 Comunicación serial y fuente de alimentación ................................. 104
Figura 3.14 Cinta Doble Faz................................................................................ 104
Figura 3.15 Vista superior del prototipo Contador de Personas.......................... 105
Figura 3.16 Ubicación de los sensores en la caja ............................................... 105
Figura 3.17 Montaje del Contador....................................................................... 106
Figura 3.18 Montaje del Contador y haz de cobertura ........................................ 107
Figura 3.19 Circuito de Prueba del Sensor PIR D203S....................................... 108
Figura 3.20 Señal de salida del Circuito Amplificador del PIR1........................... 109
Figura 3.21 Señal de salida del Circuito Amplificador del PIR2........................... 110
Figura 3.22 Señal de salida del Circuito Amplificador PIR1 en los dos sentidos. 110
Figura 3.23 Señal de salida del Circuito Amplificador PIR2 en los dos sentidos. 111
Figura 3.24 Señal de salida del Comparador del PIR 1 ...................................... 111
Figura 3.25 Señal de salida del Comparador del PIR 2 ...................................... 112
Figura 3.26 Señal de salida del Comparador del PIR 1 en los dos sentidos....... 112
Figura 3.27 Señal de salida del Comparador del PIR2 en los dos sentidos........ 113
Figura 3.28 Señal de salida de los sensores PIR (PIR 1 canal 1 y PIR 2 canal 2)
en dirección “ENTRAN” después del circuito amplificador .................................. 113
en dirección “SALEN” después del circuito amplificador ..................................... 114
en dirección “ENTRAN” después del comparador............................................... 114
en dirección “SALEN” después del comparador.................................................. 115

xv
en las dos direcciones después del comparador................................................. 115
Figura 3.33 Señal que envía el microcontrolador al sensor ultrasónico a una
escala en el tiempo de 25 µs (canal 1)................................................................ 117
Figura 3.34 Señal que envía el microcontrolador al Sensor Ultrasónico a una
escala en el tiempo de 10 ms.............................................................................. 117
Figura 3.35 Señales resultantes del Sensor Ultrasónico Receptor (canal 2) y
ráfaga de pulsos emitida por el microcontrolador (canal 1)................................. 118
Figura 3.36 Señales resultantes del Sensor Ultrasónico Receptor cuando no
existe obstáculo (canal 2) y ráfaga de pulsos emitida por el microcontrolador
(canal 1) .............................................................................................................. 118
Figura 3.37 Formulario de Presentación del Contador de Personas................... 122
Figura 3.38 Interfaz Gráfica y Botón para abrir el puerto .................................... 123
Figura 3.39 Total Instantáneo dentro del lugar.................................................... 124
Figura 3.40 Archivo de Datos para Total............................................................. 125
Figura 3.41 Ingreso de hora y fecha para el total................................................ 126
Figura 3.42 Total de personas que entraron en un lapso determinado ............... 126
Figura 3.43 Reseteo de Contador de Personas .................................................. 127
Figura 3.44 Ingreso de una clave de autorización............................................... 128
Figura 3.45 Validación de la clave de autorización ............................................. 128

xvi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Código asociado a cada carácter imprimible por el display................... 24
Tabla 2.1 Parámetros Técnicos del Sensor PIR D203S........................................ 42
Tabla 2.2 Parámetros Técnicos del sensor Ultrasónico ........................................ 60
Tabla 2.3 Funciones alternativas de los pines del puerto B .................................. 71
Tabla 2.4 Funciones alternativas de los pines del puerto C.................................. 72
Tabla 2.5 Funciones alternativas de los pines del puerto D.................................. 72
Tabla 2.6 Distribución de pines del conector DB9................................................. 77
Tabla 2.7 Asignación de Pines del LCD ................................................................ 78
Tabla 3.1 Datos antes y durante la calibración del prototipo............................... 129
Tabla 3.2 Datos de conteo del Contador de Personas........................................ 129
Tabla 3.3 Errores del conteo antes y durante la calibración del prototipo ........... 133
Tabla 3.4 Errores de Conteo del Contador de Personas..................................... 134
Tabla 4.1 Descripción de los costos del prototipo ............................................... 136

xvii
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1.1 Ley de Ohm ..................................................................................... 29
Ecuación 2.1 Amplificación del módulo PIR .......................................................... 48
Ecuación 2.2 Frecuencia de corte de un filtro ....................................................... 49
Ecuación 2.3 Ganancia de un amplificador no inversor ........................................ 48
Ecuación 3.1 Error de Personas.......................................................................... 131
Ecuación 3.2 Error de Ingreso............................................................................. 131
Ecuación 3.3 Error de Salen................................................................................ 132
Ecuación 3.4 Error no Saldado............................................................................ 132

xviii
RESUMEN
En el presente proyecto, se desarrolla un prototipo contador de personas,
utilizando sensores piroeléctricos y ultrasónicos; que permiten determinar cuando
una persona pasa por un punto fijo y a la vez, con la ayuda de un software
específico, permite determinar la dirección de paso por ese punto. Para la
visualización y manejo de los datos generados por el prototipo, se utiliza una
interfaz gráfica realizada en Visual Basic.net.
El prototipo es diseñado para ser usado en lugares cerrados, debido a todos los
factores climáticos que lo pueden afectar.
En el capítulo 1, se describe el funcionamiento de los contadores de personas
actualmente en uso; además, se detallan las principales características del
hardware que conforma el prototipo y se describen los diferentes inconvenientes o
casos que se pueden presentar, al momento de contar personas.
En el capítulo 2, se presenta el diseño del hardware, firmware y software del
prototipo.
En el capítulo 3, se detalla el proceso de construcción e implementación del
prototipo, así como las pruebas realizadas tanto en el laboratorio como en el
campo; además, se realiza el cálculo de error con el que trabaja el prototipo.
En el capítulo 4, se presenta un análisis de costos del proyecto y se da una
perspectiva de la introducción del prototipo en el mercado.
En el capítulo 5, se presentan las conclusiones y recomendaciones del presente
proyecto.
Finalmente, se incluyen los anexos, que consta de las características técnicas de
los principales elementos que conforman el prototipo, así como también los
diseños en los cuales se basó este proyecto.

xix
PRESENTACIÓN
Si se tuviera conocimiento de la cantidad de personas que a diario transitan por
centros comerciales, universidades, bibliotecas, zoológicos, museos, etc., se
tendría una buena perspectiva de las acciones a tomar en lo que se refiere a la
administración de dichos lugares, dependiendo del número de personas que los
visiten.
Por ejemplo, al saber cuántas personas visitan un centro comercial o cuál es el
local más concurrido, se puede determinar las razones que hacen a este local el
más visitado. Con estas premisas, podrá implementarse mejorías en los demás
locales.
Para saber el número de personas que cruzan por un punto fijo se requiere de un
contador de personas; por lo cual, en el presente proyecto se diseñó y se
construyó un prototipo contador de personas con elementos de uso común y fácil
acceso.
El prototipo contador de personas se basa en las características eléctricas de los
sensores PIR y ultrasónicos. Los sensores PIR detectan la presencia de seres
humanos, característica que lo hace ideal para usarlo en el prototipo. Por otro
lado, los sensores de ultrasonido se caracterizan por su aplicación como
medidores de distancia, lo cual en el presente proyecto, se aplica para determinar
posibles obstrucciones del prototipo.
Con la utilización de estos sensores se logra tener un contador con buen
rendimiento y de bajo costo, respecto a los comercializados mundialmente en la
actualidad.

1
1 CAPÍTULO 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.1 INTRODUCCIÓN
En la actualidad, se necesita tener conocimiento del flujo de personas que
circulan por determinados sitios, datos que faciliten la toma de decisiones en lo
que respecta a la administración de los mismos.
Los contadores de personas dan la posibilidad de tener datos estadísticos y
cuantitativos que entre otras aplicaciones, ayudarán a tener mayor seguridad y
control en los establecimientos donde se han instalado, evitando así, accidentes o
imprevistos que puedan surgir por el exceso o carencia de personas.
Las nuevas tecnologías ayudan a disponer de equipos con niveles de seguridad
alta, que se acoplen a los requerimientos y características propias del lugar donde
se lo va a instalar.
Lamentablemente, la idiosincrasia ecuatoriana siempre busca un tipo de fraude, el
cual evite cumplir con reglas ya establecidas; el contador de personas trata de
minorar todo este tipo de fraudes y sus consecuencias.
1.2 CONTADOR DE PERSONAS
Este contador es un dispositivo electrónico y/o mecánico que detecta el paso de
una persona por un punto fijo. Con un software apropiado, el contador permite
cuantificar el número de personas que ingresan o salen de un lugar, controlar el
flujo de personas en tiempo real y generar reportes de ocupación en un
determinado lapso de tiempo.
Hay formas muy variadas de construirlos y diferentes tecnologías utilizadas, cada
una, con sus respectivas ventajas y desventajas, que van desde un simple
monitoreo en forma manual, hasta la utilización de sensores de última generación.

2
1.3 CONTADORES DE PERSONAS COMERCIALES Y
ACTUALMENTE EN USO
En la actualidad se usan diversas tecnologías para contar personas que pasan
por un punto fijo, cada uno de estos, con características particulares, que los
diferencian al momento de ser adquiridos en el mercado.
Existen en el mercado diferentes tipos de contadores:
a. Contadores Visuales.
b. Contadores Mecánicos.
c. Contadores Electrónicos.
d. Contadores Híbridos
1.3.1 MÉTODO TRADICIONAL
En determinadas circunstancias, se requieren determinar cuántas personas
ingresan, salen, permanecen o permanecieron en algún lugar.
Este método consiste en contar el dinero recaudado por un lapso de tiempo y
dividirlo para el valor cancelado por cada persona al momento de ingresar. Se
puede afirmar que este método de conteo es visual, ya que simplemente se ve
pasar a la gente, sin llevar una constatación certera de que todas las personas
están pagando su entrada.
Este método visual se utiliza a diario por ejemplo en algunos transportes públicos,
en circos, en parques de diversiones, etc., debido a que es muy sencillo, no
requiere de software ni hardware a implementarse, la persona encargada del
conteo no requiere tener conocimientos específicos. Por la antes expuesto, se
cree que este método va a seguir siendo utilizado, siempre y cuando, no cree
repercusiones en los sitios donde se los utilice.

3
Este método no da ninguna clase de seguridad en lo que se refiere a la integridad
de datos, ya que está sujeta a la honestidad, efectividad y eficiencia de una
persona, que en la mayoría de las ocasiones no es el propietario del sitio o lugar,
por lo cual, las personas encargadas de recoger el dinero pueden equivocarse,
quedarse con parte del mismo o hacer pasar a personas sin pagar; sin poder
comprobarlo.
En este caso no conviene a ninguna de las partes involucradas: el propietario del
lugar no tendría certeza de la ganancia real generada, los clientes no tendrán la
seguridad de saber si están o no sobre-poblados en los espacios utilizados y las
autoridades no tendrán control sobre los sitios o lugares al no tener datos de
cómo operan.
La única ventaja de este método visual, es que no acarrea ningún costo extra
para su implementación.
1.3.2 CONTADOR MANUAL MECÁNICO
Este método es híbrido, porque es visual y además utiliza medios mecánicos. Se
basa en tener a dos personas ubicadas en las puertas de ingreso y salida, para
que vayan presionando un pulsador cada vez que pasa una persona; en varios
lugares se ubican más de dos personas para luego realizar un promedio del
conteo.
En la figura 1.1 se muestra el método antes descrito en una estación de metro en
Tokio - Japón, utilizado hasta la actualidad.

4
Figura 1.1 Contador Manual Mecánico1
El método híbrido es usualmente utilizado en eventos donde la entrada es libre,
como festivales o exposiciones.
Existen muchos modelos de pulsadores, pero todos con el mismo principio, el
pulsador se lo ubica en la palma de la mano, introduciendo el dedo índice en una
especie de anillo, quedando de tal forma, que el botón que acciona al contador
queda justo debajo del dedo pulgar; por cada vez que se oprime el botón, se
incrementa el valor de conteo tal como se indica en la figura 1.2:
Figura 1.2 Pulsadores Mecánicos2
1
http://www.ungatonipon.com/wp-content/uploads/2008/09/contadores.jpg
2
www.scheitler.com.ar/Productos/DetalleProducto.aspx?IdProducto=321

5
Su diámetro es aproximadamente de 4 y ½ centímetros. La capacidad máxima de
este contador es de 9999 unidades, pasando de esta cifra se posiciona en 0000
unidades; dispone de una perilla rotativa con la cual se pueden borrar los registros
y encerar los valores.
1.3.3 ENTREGA Y RECEPCIÓN DE TICKETS
Este es un método visual-manual, ya que es un procedimiento basado en la
entrega de tickets, previo el ingreso a un establecimiento, en donde, el personal
encargado de controlar, recolecta los tickets y cuantifica las personas que
pasaron. Es muy utilizado en los cines, estadios, teatros, plazas, coliseos,
transporte público, etc.
Este método presenta el gran riesgo de alterar el resultado del conteo sin entregar
tickets a las personas que se desearía no sean contadas. La efectividad del
conteo se basa en la transparencia de las personas encargadas de la entrega y
recepción de tickets.
Éste proceso exige de una inversión extra de capital, tanto para la impresión de
tickets como para la contratación de personal para la entrega y recepción de
tickets y personal para el conteo y administración de bienes.
1.3.4 EL TORNIQUETE
Los primeros torniquetes fueron absolutamente mecánicos, pero en la actualidad
existen torniquetes con muchos aditamentos, que los hacen que los clasifique en
la categoría de híbridos, gracias a la mezcla de las tecnologías utilizadas para su
funcionamiento.
El torniquete es un elemento mecánico o eléctrico que utiliza el principio de un
torno, cuyos brazos al girar, permiten controlar, regular el acceso y establecer el
paso de una persona a la vez. Existen muchos tipos de torniquetes; pero en
general, la base de su funcionamiento es la misma.

6
Se los puede clasificar en:
x Torniquetes manuales.- Operan mediante el accionamiento de un eje
giratorio auto centrado, cuyos brazos son empujados por el usuario. A cada
vuelta permite el paso de una persona, quedando siempre en posición de
cierre. La mayoría son unidireccionales. En la figura 1.3 se indica un
torniquete manual utilizado en la mayor parte en los buses de transporte
público.
Figura 1.3 Torniquete de tres brazos metálicos3
.
x Torniquetes eléctricos.- El funcionamiento es similar a los torniquetes
manuales, se diferencian en que sus brazos se abren automáticamente
cuando el usuario los activa utilizando algún medio (tarjetas de
identificación, monedas, etc.). Pueden ser unidireccionales o
bidireccionales, tal como se indica en la figura 1.4:
Figura 1.4 Torniquete de un brazo4
3 http://img.archiexpo.es/images_ae/photo-p/barrera-con-torniquete-114221.jpg
4 http://img.archiexpo.es/images_ae/photo-g/barrera-con-torniquete-138217.jpg

7
x Torniquetes de doble altura.- Cubre casi la totalidad de la altura de los
lugares en donde es instalado. De acuerdo a la aplicación en la que se lo
utilice, pueden ser unidireccionales o bidireccionales, tal como se ilustra en
la figura 1.5:
Figura 1.5 Torniquete un solo sentido5
x Torniquetes de media altura.- Son los más comunes, tiene una altura
aproximada de 80cm. En la figura 1.6 se observa que se los puede instalar
en sentido contrario, para tener un orden en la entrada y salida de
personas.
Figura 1.6 Torniquete doble sentido6
.
5 http://img.archiexpo.es/images_ae/photo-g/torniquete-de-puerta-para-control-de-acceso-
153642.jpg
6 http://img.archiexpo.es/images_ae/photo-g/barrera-pivotante-para-control-de-acceso-113776.jpg

8
x Torniquetes Ópticos Motorizados.- Pueden ser unidireccionales o
bidireccionales, en este caso se tiene unas puertas de cristal que
reemplazan los brazos metálicos de los anteriores torniquetes, trabaja con
un motor para hacer abrir o cerrar las puertas; los más sofisticados,
contienen sensores, tarjetas electrónicas y demás aditamentos (figura 1.7).
Figura 1.7 Torniquetes Ópticos7
x Torniquetes para personas con capacidades diferentes.- Fue creado
especialmente para facilitar el acceso a las personas discapacitadas o que
tengan reducida movilidad (figura 1.8).
Figura 1.8 Torniquetes para personas con capacidades especiales8
7
http://www.digesan.com/torniquetes-opticos-motorizados.html

9
Para que un torniquete se convierta en un contador de personas, se debe añadir
contadores digitales o mecánicos, para que permitan generar y almacenar valores
de conteo cada vez que atraviesa una persona.
De acuerdo a las políticas de ingreso en los lugares donde se los va a utilizar, se
añaden dispositivos electrónicos que faciliten el control de acceso de las
personas.
Los torniquetes permiten un tráfico fluido de personas a un ritmo normal de
circulación, siendo la velocidad de paso de 30 personas/min para torniquetes
manuales y 15 personas/min para torniquetes eléctricos.
El torniquete es muy utilizado en el transporte público, en supermercados,
ingresos de centros de diversiones, etc.
Sin embargo, la mayoría de torniquetes, son un obstáculo para la libre circulación
de las personas con capacidades especiales, mujeres embarazadas, madres con
niños en brazos, personas de la tercera edad, niños, etc. En la actualidad, ya
están siendo retirados, debido al pedido realizado por las entidades en el
Ecuador, que luchan por la igualdad entre todos.
El método de los torniquetes en general, tiene el riesgo de alterar la veracidad de
datos, cuando los brazos o puertas del torniquete sean retenidas para que crucen
más de una persona a la vez.
1.3.5 CONTADOR DE PERSONAS FOTOELÉCTRICO
Este contador se encuentra en la categoría de contadores electrónicos, está
constituido por un transmisor y un receptor; el transmisor, emite en todo momento
rayos de luz mientras que el receptor por medio de una fotocelda9
capta dichos
8
http://www.digesan.com/torniquetes-capacidades-diferentes.html
9
Las fotoceldas son pequeños dispositivos que producen una variación eléctrica en respuesta a
un cambio en la intensidad de la luz.

10
rayos y se energiza, permaneciendo en ese estado hasta detectar el paso de una
persona.
Cuando un cuerpo atraviesa la línea de vista entre el transmisor y el receptor
(figura 1.9), interrumpe los rayos de luz ocasionando que el receptor quede sin
energía; esta transición de energía o cambio en la tensión eléctrica se lo
interpreta como una señal de detección.
Con un software adecuado que interprete y maneje las señales de detección que
emite el receptor, se hace el conteo de las personas, así como la gestión para
otras aplicaciones.
Figura 1.9 Contador Fotoeléctrico10
Este contador detecta cualquier objeto, animal o persona que interrumpa los rayos
de luz; es decir, no solo contará personas, lo cual descarta el poder utilizarlo para
el presente proyecto.
10
http://www.glgroup.cl/contador-de-personas.php

11
En la mayoría de los casos, este contador no puede diferenciar el sentido de paso
de las cosas, por lo que sirve únicamente para saber cuántas personas
atravesaron el acceso.
1.3.6 CONTADOR DE PERSONAS INFRARROJOS
Este contador se encuentra en la categoría de contadores electrónicos.
Su funcionamiento inicia con el registro de datos que tiene lugar mediante uno o
varios sensores infrarrojos activos, los cuales detectan los cambios de
temperatura que se producen cuando pasa una persona debido a su calor
corporal referente a la temperatura ambiente. Estos sensores están en una barra
horizontal (lo más discreta posible) a distancias de 35 a 40 centímetros a una
altura máxima de 2,70 metros en la zona de paso. En la figura 1.10 se muestra la
instalación de la barra de sensores, con la distancia óptima entre ellos (37.5
centímetros):
Figura 1.10 Sistema Contador de Personas Infrarrojo
En determinadas condiciones, también se pueden instalar estos sensores
verticalmente como se muestra en la figura 1.11:
Figura 1.11 Sensor vertical

12
Este método es no intrusivo, además, es insensible a la iluminación ambiental, no
necesita más de una persona para su funcionamiento y es confiable. Entre sus
limitaciones está su corto alcance y elevado costo.
Un ejemplo de este tipo de contadores es el sistema Dilax11
, que ha sido
desarrollado para la gestión y administración de medios de transporte; además,
ofrece sistemas estacionarios para el conteo de personas, sistemas para el
conteo de viajeros y análisis del trayecto, software para sistemas móviles,
software sistemas estacionarios, entre otros.
Como contador de pasajeros, el sistema Dilax trabaja con dispositivos esclavos12
en las puertas de acceso, que procesan los impulsos de medición enviados por
los sensores infrarrojos y los convierten en datos de medición.
Los datos de los esclavos se envían al servidor, el cual los almacena y procesa
para el registro final de estadísticas. Además, cuenta con un módulo de entrada
digital que detecta si la puerta a ser censada está abierta o cerrada, lo que
decidirá si permitir o evitar el conteo del esclavo ligado a esa puerta. En la figura
1.12 se muestra el diagrama del sistema Dilax en su forma general:
Figura 1.12 Ejemplo de contador óptico para un tren13
11 www.dilax.com
12
Dispositivo esclavo: no tiene la capacidad de empezar a transmitir datos si no recibe comandos
de activación por parte de los sensores o del servidor.

13
Gracias a la combinación de varios puntos de medición y algoritmos matemáticos,
el sistema de conteo de personas es capaz de descifrar situaciones complejas de
aglomeración y registrar con gran exactitud las personas que ingresan o salen de
un lugar. Los resultados del conteo de los sensores se almacenan de forma
temporal en un dispositivo esclavo, a continuación se transmiten a una central
para su procesamiento y evaluación posteriores.
1.3.7 ALFOMBRAS DE SUBIDA / BAJADA
Este sistema está formado de alfombras que contienen circuitos especiales, los
cuales generan datos hacia un concentrador.
Dos alfombras se montan en forma sucesiva en la entrada o salida de un lugar,
permitiendo así la detección del pasajero, cuando cruce sobre dichas alfombras.
Este sistema contiene un error de medición que oscila entre un 5% y un 10%
dependiendo de la aplicación.
Este sistema no es muy utilizado debido a que requiere de un hardware y
software especial y tiene un alto precio de fabricación e instalación.
1.4 DEFINICIONES BÁSICAS
A continuación, se describen los conceptos fundamentales de los términos que se
utilizan en el presente proyecto.
1.4.1 SENSOR
Un sensor es un elemento transductor que detecta fenómenos físicos y los
transforma en señales eléctricas.
Los sensores se pueden usar para registrar cambios ambientales en función del
tiempo o para registrar el tiempo que transcurre entre un hecho y otro14
.
13 www.dilax.com/pdf/marketing/mobilesystems/Conteo_de_Pasajeros_ES.pdf
14
http://digital.ni.com/worldwide/latam.nsf/87e62f4c89ea9df9862564250075e6e4/a6c5283ceb7366
cc86256e5900705e37/$FILE/Acondicionamiento%20de%20Se%C3%B1ales.pdf

14
1.4.2 RADIACIÓN
Emisión o propagación de energía en forma de ondas a través del espacio o de
algún medio material.
La radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas (rayos UV, rayos
GAMA, etc.) se llama radiación electromagnética, mientras que la radiación
corpuscular es la radiación transmitida en forma de partículas subatómicas
(partículas α, neutrones, etc.) que se mueven a gran velocidad en un medio
vacío15
.
1.4.3 RADIACIÓN INFRARROJA
Es un tipo de radiación electromagnética de rayos de luz de mayor longitud de
onda que la luz visible. La radiación infrarroja no se puede ver pero si se puede
detectar. Los objetos que generan calor también generan radiación infrarroja
incluyendo a los animales y el cuerpo humano, el cual tiene una radiación más
fuerte y cuya longitud de onda es de 9.4 micras16
. Este rango infrarrojo no logra
penetrar por muchos tipos de materiales, tales como el vidrio y el plástico.
1.4.4 PIRÓMETROS
Un pirómetro es un instrumento utilizado para medir, por medios eléctricos
elevadas temperaturas.
Los pirómetros de radiación miden la temperatura de un cuerpo a distancia en
función de su radiación.
1.4.5 MATERIALES PIEZOELÉCTRICOS
Los materiales piezoeléctricos son aquellos que al ser sometidos a una fuerza
mecánica, llámese golpes o torceduras, deforman su estructura y causan una
polarización eléctrica (los cristales son los elementos típicos; regularmente, los
sensores de ultrasonido están compuestos de cristales de cuarzo), además, si se
deja de aplicar esta fuerza mecánica tienden a recuperar su forma inicial; por
15
http://www.fe.ccoo.es/andalucia/docu/p5sd5396.pdf
16
http://proton.ucting.udg.mx/~mariocc/piro.html

15
tanto, al aplicar la fuerza mecánica, a una frecuencia dada, el material generará
una tensión oscilatoria17
, a la misma frecuencia llamada frecuencia de resonancia.
1.4.6 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
El espectro electromagnético es la distribución de las ondas electromagnéticas,
que se propagan por el espacio con una velocidad constante (300.000km/s
aproximadamente).
Este espectro electromagnético está distribuido desde las frecuencias18
muy bajas
de pocos Hertz (Hz) o ciclos por segundo, hasta llegar a frecuencias muy altas, de
miles de millones de Hertz o ciclos por segundo. De igual manera, y con el mismo
sentido de distribución, las ondas están distribuidas desde las que tienen grandes
longitudes de onda hasta las que tienen pequeñas longitudes de onda; puesto
que, la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda.
En este proyecto, las frecuencias que se van a utilizar se encuentran dentro de la
banda de baja frecuencia (LF Low Frecuency) que comprende el rango de 30 KHz
a 300 KHz.
1.4.7 ONDA ULTRASÓNICA
Es una onda acústica o sonora cuya frecuencia es mayor a los 20KHz (límite de
frecuencia audible del oído humano); que tiene una longitud de onda larga, lo que
hace posible que se refleje en objetos que no sean absorbentes tales como una
pared corrugada, etc.
17
La tensión oscilatoria se refiere al movimiento oscilatorio que produce un cuerpo sometido a la
acción de fuerzas opuestas.
18
La frecuencia es un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de
veces durante un segundo de tiempo, su unidad es el Hertz (Hz).

16
1.5 SENSOR PIR (Pyroelectric Infrared Radial Sensor)
Los dispositivos más sobresalientes e importantes de este proyecto son los
sensores PIR, a continuación una breve descripción de los sensores PIR en
general.
El sensor piroeléctrico es un dispositivo que mide cambios en los niveles de
radiación infrarroja emitida por los objetos a su alrededor. Está hecho de un
material cristalino o cerámico, que genera una carga eléctrica en su superficie
cuando se expone al calor en forma de radiación infrarroja. Cuando la
temperatura del exterior cambia, la radiación infrarroja que recibe el PIR también
lo hará, por tanto, la carga eléctrica sufrirá una variación que será detectada por
un FET ubicado dentro del sensor. Los elementos del sensor son sensitivos a un
amplio rango de radiación infrarroja, por lo que se adhiere un filtro que limita el
rango entre 5µm y 14µm, en el cual, se ubica la radiación promedio de un cuerpo
humano a 36 grados centígrados19
.
Compuesto de dos elementos que censan los cambios de radiación infrarroja,
colocados en una polarización opuesta entre ellos (figura 1.13), con el fin de
anular las señales de interferencia causadas por la luz solar, vibraciones y
variaciones de temperatura, mejorando en gran escala la estabilidad de
funcionamiento del sensor.
Figura 1.13 Área de Detección del Sensor PIR
19
http://www.iac.es/galeria/hcastane/iso/05.html

17
Cuando una persona pasa frente al sensor, cada uno de los elementos se activa
en forma secuencial y generan un cambio de tensión eléctrica, el cual puede ser
positivo o negativo dependiendo de la dirección en que se pase. Al ser opuestas
las polaridades de los sensores, necesariamente los pulsos generados serán de
diferente polaridad como se ilustra en la figura 1.14:
Figura 1.14 Diferente polaridad del sensor PIR
A diferencia de otros sistemas, como los ultrasónicos o de microondas, los
sensores PIR no emiten radiación; sino que, solo reciben "pasivamente" la
radiación infrarroja proveniente de cuerpos a temperatura superior al ambiente
(todo cuerpo caliente emite radiación infrarroja); además, presentan gran ahorro
de energía y protegen el medio ambiente.
Los sensores PIR son, al igual que los infrarrojos, de una muy buena
confiabilidad, ya que actúan siempre en conjunto con programas especializados
que los hace más precisos; pero, los primeros son de bajo costo, reducido tamaño
y si bien su implementación es más complicada, es mejor, comparado con el
costo final de un contador de personas elaborado a través de la tecnología
infrarroja, por ejemplo el DILAX (antes mencionado en el literal 1.3.6, como
contador de personas con sensores infrarrojos).

18
1.6 SENSOR DE ULTRASONIDO
El sensor de ultrasonido es un transductor que convierte energía eléctrica en
energía mecánica, en forma de sonido.
Es un dispositivo formado de un transmisor y un receptor de ondas ultrasónicas,
compuestos de materiales piezoeléctricos, que se utiliza generalmente, para
detectar la distancia a la que se encuentra un objeto cualquiera del transmisor,
mediante la medición de tiempo que se demora en reflejarse dicha onda hasta el
receptor. En la figura 1.15 se indica un par de sensores ultrasónicos
implementados en una misma placa para su directa aplicación.
Figura 1.15 Sensor Ultrasónico
Al generarse un movimiento oscilatorio en el material piezoeléctrico, la energía se
disipa a través del espacio libre en forma de una onda que oscilará a la frecuencia
de resonancia, dicha onda es la utilizada para radiar a los cuerpos y verificar la
distancia a la que se encuentran del transmisor.
En el módulo de medición, un emisor envía un tren de pulsos ultrasónicos — con
una frecuencia en el orden de los 38 a 50 KHz — y el receptor espera el rebote,
como se muestra en la Figura 1.16.

19
Figura. 1.16 Funcionamiento de los Sensores Ultrasónicos 20
Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del
eco se puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha
producido la reflexión de la onda sonora, mediante la fórmula: D = ( V * t ) / 2,
donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido entre la
emisión y recepción del pulso.
Esta medición se calcula teniendo en cuenta la velocidad del sonido en el aire,
que si bien varía según algunos parámetros ambientales, como la temperatura,
igualmente permite una medición bastante precisa.
Uno de los limitantes de este tipo de sensores, es la ubicación del receptor, ya
que si está demasiado alejado del transmisor, puede dejar de localizar a los
objetos que están cerca, o por el contrario, si el receptor está muy cerca del
emisor no detectará los objetos que están lejos (llamada zona muerta), así como
se muestra en la siguiente figura 1.17:
20
http://www.roso-control.com/Espanol/iBOARD/170_iBOARD_Ping_IR/PING/PING.pdf

20
Figura 1.17 Zona Muerta del sensor ultrasónico21
Se pueden señalar dos clases de sensores ultrasónicos por su ubicación física:
los que presentan un emisor y un receptor separados y los que alternan su
función como transmisores - receptores, por medio de un circuito de conmutación,
sobre un mismo elemento piezoeléctrico.
Los sensores ultrasónicos también se clasifican por la encapsulación de sus
elementos:
x Sensores de cápsula abierta: son aquellos que todos sus elementos no
están recubiertos por ningún tipo de caja protectora, ideales para
aplicaciones de alta presión de sonido y gran sensibilidad.
x Sensores de cápsula cerrada: son aquellos que están herméticamente
encapsulados para su protección, pueden ser de encapsulado metálico
herméticos a prueba de agua y polvo. Ideales para aplicaciones que
trabajan en ambientes agresivos.
21
http://www.agspecinfo.com/notas/Nota1/MDU-AG_files/Medidorultrasonico.pdf

21
1.7 DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS ACTIVOS Y PASIVOS
QUE CONFORMAN EL PROTOTIPO
Se consideran elementos activos a los dispositivos que son capaces de generar
una tensión o una corriente y suministrar potencia a una carga dada. En el
proyecto se ha visto la necesidad de usar dispositivos de este tipo como:
sensores, un microcontrolador, un display de cristal líquido, amplificadores, una
fuente, un cristal de cuarzo, un transistor, etc.
Se consideran elementos pasivos aquellos que al circular corriente producen una
diferencia y disipan potencia en forma de calor (energía). En el proyecto se ha
visto la necesidad de usar dispositivos de este tipo como: resistencias,
capacitores.
1.7.1 SENSOR PIR D203S
Es un dispositivo piroeléctrico activo, diseñado para detectar la presencia y
movimiento de personas basándose en la diferencia de temperatura de éstas
respecto al ambiente circundante. Como respuesta a esta detección, el sensor
cambia su respuesta analógica.
Los sensores PIR de acuerdo a su modelo, brindan una gama muy amplia de
aplicaciones. De acuerdo a los requerimientos de este proyecto, se seleccionó los
PIR D203S que posee una alta sensibilidad a la radiación infrarroja del ser
humano, una alta capacidad para transmitir energía electromagnética denominada
también transmitancia22
, bajo consumo de energía, lo cual garantizará resultados
confiables en la observación del cruce de una persona por un punto determinado.
Al energizarse el sensor PIR D203S necesita de un tiempo para establecer su
respuesta y comenzar a operar de forma adecuada, esto se debe a que tiene que
adaptarse a las condiciones propias de operación en el ambiente donde fue
instalado. Durante este tiempo el sensor reconoce el estado de reposo o
22
http://perso.wanadoo.es/sergioram1/espectrofotometria.htm

22
movimiento en el ambiente, por lo que es recomendable la ausencia de personas
en la vecindad del sensor. Esto puede durar entre 20 y 90 segundos según el
fabricante.
1.7.2 SENSORES DE ULTRASONIDO
Es un elemento activo, que funciona como un transductor que trabaja en la banda
LF (Low Frecuency, baja frecuencia) del espectro electromagnético a 40KHz y
para tener un alto rendimiento debe ser configurado en forma dual.
Operan en frecuencias estandarizadas y tiene buena sensibilidad. Son ideales
para mediciones de distancia de objetos, aplicaciones robóticas, alarmas, puertas
automáticas, sensores de líquidos, etc. En este proyecto, estos sensores son
aplicados para la detección de posibles obstrucciones del contador.
Se ha optado por emplear el sensor ultrasónico modelo US1240 ya que, es uno
de los que mejores características presenta de acuerdo a las necesidades del
presente prototipo. Algunas de estas características son: sus reducidas
dimensiones, es de un peso no excesivo, trabajan a una frecuencia de 40Khz,
tienen un gran alcance y son económicos.
1.7.3 MICROCONTROLADOR ATMEGA 324P
Elemento activo, de naturaleza CMOS (tecnología de bajo consumo: en estado de
reposo, el consumo de energía es únicamente debido a las corrientes parásitas)
de 8 bits basado en la arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer,
Computadora con Conjunto de Instrucciones Reducidas, es un tipo de
microprocesador con instrucciones de tamaño fijo, presentadas en un reducido
número de formatos)23
.
El microcontrolador es un dispositivo capaz de tomar señales generadas por los
sensores, para verificarlas y procesarlas. Dependiendo del programa instalado,
23
http://www.azc.uam.mx/publicaciones/enlinea2/num1/1-2.htm

23
enviará datos en forma digital a un programa de software para su
almacenamiento.
1.7.4 DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO LCD
Una forma rápida de visualizar resultados de algún circuito, es por medio del
display, ya que su funcionamiento no es complicado, basta programarlo con unas
pocas sentencias y estará funcionando.
El display es un elemento activo que tiene gran variedad de tipos, que varían en
tamaño y forma. El display escogido para el proyecto es el LCD de 2 líneas de 16
caracteres, todos los displays de este tipo disponibles en el mercado son
compatibles entre sí.
Este display visualiza 16 caracteres en cada fila, pero puede almacenar hasta 40
caracteres por línea, el programador especificará que 16 caracteres son los que
se van a visualizar.
La tensión nominal de alimentación es de 5V, con un consumo menor de 5mA.
El LCD dispone de una matriz de 5x8 puntos para representar un carácter, en
total se pueden representar 256 caracteres diferentes, de los cuales 240 están
grabados en el LCD y 8 que pueden ser definidos por el usuario (códigos
comprendidos entre el 0 y el 7)24
.
En la tabla 1.1 se muestra los caracteres más importantes que el display puede
imprimir, todos los códigos están en hexadecimal;
24
http://www.todorobot.com.ar/documentos/display.pdf

24
Tabla 1.1 Código asociado a cada carácter imprimible por el display25
1.7.5 AMPLIFICADOR OPERACIONAL
Los amplificadores operacionales son elementos activos utilizados sobre todo
para aumentar la tensión, la corriente o la potencia de una señal. Es
generalmente un circuito electrónico que tiene dos entradas y una salida. La
salida es la diferencia de las dos entradas multiplicadas por un factor de ganancia.
Como las señales de salida de los sensores son muy pequeñas, se necesitan
varias etapas de amplificación, para lo cual se utilizará el operacional LM324AD,
que posee cuatro amplificadores operacionales en un mismo circuito integrado.
En la figura 1.18 se indica la distribución de pines del circuito integrado LM324AD:
25
http://www.todorobot.com.ar/documentos/display.pdf

25
Figura 1.18 Amplificador Operacional LM324AD
1.7.6 FUENTE DE PODER DE 5V
Las fuentes de poder son elementos activos que convierten la corriente alterna,
que se puede obtener de la red eléctrica, en voltajes constantes de corriente
continua. El primer elemento de la fuente de alimentación utilizada es un
regulador, que mantiene o disminuye la tensión de entrada a un nivel adecuado
para el funcionamiento del equipo. Para este proyecto se necesita una fuente de
poder de 5 V.
1.7.7 CRISTAL
Es un elemento activo piezoeléctrico generalmente de cuarzo, que al aplicar un
voltaje empieza a oscilar. Trabaja como un oscilador exterior para el
microcontrolador.
El cristal está hecho de material piezoeléctrico, el cual tras la aplicación de fuerza
mecánica comienza a oscilar. El cuarzo es el elemento en la naturaleza que oscila
con más estabilidad, es por eso que la mayoría de cristales destinados a la
excitación de microcontroladores están fabricados de cuarzo.
1.7.8 TRANSISTOR
Un transistor es un dispositivo electrónico activo fabricado de un material
semiconductor capaz de controlar una corriente eléctrica, amplificándola o
conmutándola. Tiene tres terminales y regularmente es utilizado como
amplificador e interruptor, en el que una pequeña corriente o tensión aplicada a

26
uno de los terminales controla o modula la corriente entre los otros dos
terminales.
1.7.9 LENTE DE FRESNEL INFRARROJO
Son lentes de vidrio o plástico tallados o fabricados de tal forma que, cuando esté
atravesado por un rayo de luz, se comporte de la misma forma que un lente plano
convexo. Cada rayo que ingresa al lente cambia su dirección enfocándose en una
región específica, obteniendo más direccionalidad y potencia. En la figura 1.19 se
muestra como los rayos de una fuente de luz que están dispersos, se
conglomeran después del paso a través de un lente de Fresnel:
Figura 1.19 Comportamiento de la Luz a través del Lente de Fresnel26
Su diseño permite la construcción de lentes de gran apertura y una corta distancia
focal, sin el peso y tamaño de una lente convencional, gracias a que se pueden
mantener los radios de curvatura de las lentes, separándolas en anillos circulares
concéntricos consecutivos, con lo cual el grosor de la lente en cada anillo es
diferente, eliminando el espesor que tuviera si fuera una superficie continua.
Todos los lentes de Fresnel se componen de un conjunto de elementos
reflectantes y refringentes (lentes, prismas y anillos) por medio de los cuales los
rayos emitidos por una fuente de luz se desvían en la dirección deseada.
26
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/Instru
mentos/fresnel/fresnel_prensibi2.jpg

27
Si el lente de Fresnel se basa en la reflexión, constituye un catoptrio. Son espejos
parabólicos que producen un haz reflejado de rayos paralelos, es decir un haz
unidireccional, o bien espejos elíptico parabólicos en que los haces reflejados
sólo son paralelos en determinadas direcciones (figura 1.20).
Figura. 1.20 Espejo Catoptrio
Si el lente de Fresnel se basa en una doble refracción, constituye un dioptrio
(figura 1.21).
Figura. 1.21 Espejo Dioptrio
Si a través del prisma se producen dos refracciones y una reflexión total,
constituye un catadioptrio (figura 1.22).
Figura. 1.22 Espejo Catadioptrio
Los lentes de Fresnel son diseñados teniendo muy en cuenta la aplicación en los
que se le van a usar, el lente utilizado en el presente proyecto está compuesto de
espejos dióptricos y catóptricos que concentrarán la luz en un solo punto focal.

28
Existen en el mercado una amplia gama de lentes de Fresnel para diferentes
aplicaciones tales como, proyectores, detectores de presencia, aparatos para los
vehículos, etc. Son elementos pasivos, es decir no necesitan de energía para
funcionar.
En este proyecto se utilizaran a los lentes de Fresnel conjuntamente con los
sensores PIR, creando un determinado ángulo de detección, dividiendo y
amplificando, el haz de los sensores en zonas; existen dos alternativas de lentes
que podemos ocupar, los lentes para sensores PIR, y los lentes planos. Se ha
escogido los lentes planos por la facilidad de obtención, ya que se los encuentra
en cualquier distribuidor, no así, los lentes para sensores PIR que solo se los
encuentra en el mercado extranjero, bajo pedido.
Los lentes de Fresnel planos son flexibles, hechos de un material plástico de alta
densidad, de color blanco lechoso. Al trabajar con lentes de Fresnel planos, no
existe un tamaño estándar; el tamaño depende de la aplicación en la que se va a
usar. En la figura 1.23 se muestra en gran escala la forma de un lente de Fresnel:
Figura 1.23 Lente de Fresnel Plana27
27
http://www.3dlens.com/shop/proddetail.php?prod=%235076

29
1.7.10 RESISTENCIA
Una resistencia es un componente electrónico pasivo, que ofrece oposición al
paso de la corriente eléctrica. Para definir el valor de una resistencia se utiliza
como unidad el ohmio, que se representa por la letra griega omega (Ω).
La Ley de Ohm, indica cómo se comporta una resistencia sometida a una
diferencia de potencial y cuál será la corriente que lo atraviesa. Esta ley establece
que la intensidad de la corriente que circula por una resistencia es directamente
proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la
resistencia del mismo, tal como lo expresa la fórmula siguiente:
28
(ec.1.1)
Donde:
I es la intensidad de corriente en amperios (A)
V la diferencia de potencial expresada en voltios (V)
R el valor de la resistencia en ohmios (Ω)
1.7.11 POTENCIÓMETRO
Un potenciómetro es una resistencia variable que actúa como un divisor de
voltaje. Tiene tres terminales, uno de los cuales es un contacto móvil deslizante,
la resistencia es proporcional al desplazamiento del mismo.
1.7.12 CAPACITOR
Es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en
el circuito en el momento adecuado. Los capacitores están formados por dos
placas metálicas separadas por un material aislante. Se van a utilizar dos tipos de
capacitores en el proyecto:
x Condensadores electrolíticos.- Si se conecta una fuente a los pines del
capacitor, durante un breve tiempo fluirá una corriente eléctrica que se
28
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_1.htm

30
acumulará en cada una de ellas. Si se desconecta la fuente, el capacitor
conserva la carga y la tensión asociada a la misma por un lapso de tiempo.
x Condensadores cerámicos o tipo lenteja.- son buenos aislantes térmicos y
eléctricos, se fabrican de 1pF a 1nF (grupo I) y de 1pF a 470nF (grupo II)29
.
Se utilizan en circuitos que necesitan alta estabilidad y bajas pérdidas en
altas frecuencias. Las tensiones rápidamente cambiantes, el condensador
cerámico actúa como conductor de la corriente alterna.
1.8 VARIABLES FÍSICAS QUE INFLUYEN EN LOS SENSORES PIR
Y ULTRASÓNIDO EN LAS MEDICIONES
Es importante conocer los factores que influyen en el momento de la medición de
los sensores, para poder tomarlos en cuenta en el diseño del proyecto y verificar
la influencia que tienen al momento de realizar las pruebas. A continuación, se
describen los factores más relevantes:
1.8.1 TEMPERATURA
La temperatura ambiental es un parámetro que afecta directamente a los
sensores, ya que estos tienen un rango de temperatura de trabajo; si se trabaja
fuera de estos rangos, la medición será inexacta y hasta inservible, debido a lo
cual, en las recomendaciones de los sensores está tener en cuenta que los sitios
donde se va a ubicar al contador, no cuenten con variaciones altas de
temperatura, por ejemplo cerca de calefactores o donde se exponga directamente
al sol.
Además, la temperatura tiene una relación directa con la velocidad del sonido,
basta una variación de algunos grados para que los sensores PIR y ultrasónicos
sean afectados, no en una escala significante, pero hay que tomarla en cuenta,
para evitar variaciones inesperadas en la velocidad de respuesta de los sensores
29
http://fisica.udea.edu.co/~lab-gicm/2009_electronica/2009_condensadores_comerciales.pdf

31
y en la variación de la medición. En la figura 1.24 se indica cómo puede la
temperatura afectar a los rayos reflejados del ultrasónico:
Figura 1.24 Variación de la medición debido a la temperatura
1.8.2 INFLUENCIAS DE LAS CORRIENTES DE AIRE Y DE LAS
CONDICIONES ATMOSFÉRICAS
Este prototipo es diseñado para utilizarlo en lugares cerrados, generalmente
donde no le afecte la lluvia, el viento, neblina, etc.; pero no se puede descartar la
posibilidad de que se instale en puertas exteriores, en los que se generan
turbulencias de aire, que pueden desviar o deteriorar las ondas de sonido y
reducir la señal del eco. Las corrientes de aire tienden a llevar el sonido en la
dirección del viento; las corrientes grandes pueden desviar el sonido lo suficiente
como para errar el blanco propuesto, causando una medición errada en los
sensores ultrasónicos. La influencia de estas turbulencias sobre la señal
ultrasónica es muy difícil de ser cuantificada.
Además todos estos factores climáticos afectarán en la vida útil de los sensores si
no son controlados con las debidas precauciones.
1.8.3 SUPERFICIE
La superficie ideal del objeto a medir debe ser consistencia regular y debe estar
colocado de forma perpendicular a los sensores de ultrasonido; en estas
condiciones, las señales de eco serán de amplitudes considerables y en
consecuencia serán detectadas a distancias más largas.

32
Por el contrario, si la superficie en la que inciden las ondas de sonido es rugosa e
irregular, la señal de retorno habrá variado en amplitud debido a la dispersión del
sonido, será más pequeña y difícil de detectar o manipular.
En la figura 1.25 se muestra el haz ideal de reflexión para cuerpos totalmente
lisos y regulares:
Figura 1.25 Reflexión del sonido en el ángulo de incidencia
1.8.4 DISTANCIA
Mientras más corta sea la distancia desde el contador al objeto a medir, más
fuerte será la señal recibida en el sensor, intuyendo que hay una proporcionalidad
directa entre la distancia del objeto a censar y la amplitud de la señal reflejada.
1.8.5 ÁNGULO
La inclinación de la superficie del objeto a detectar afecta la reflectividad. El objeto
en el que chocan las ondas ultrasónicas debería estar perpendicular a los
sensores, para que el rebote vaya también en dirección perpendicular y sea
detectado por el receptor con gran exactitud.

33
El emisor ultrasónico emite una ráfaga de pulsos al exterior en una forma de haz
cónico que cubre gran cantidad de espacio, al tener una respuesta de censado, el
receptor no diferencia la posición angular del objeto; por tanto, se deberá hacer
los ajustes pertinentes a la cobertura del haz y ubicar al contador en un lugar
adecuado, para que no exista confusión entre la distancia del objeto que
queremos censar y/o un objeto que se encuentre cerca del contador (figura 1.26).
Figura 1.26 Incertidumbre de la posición del objeto
1.8.6 ENERGÍA
La energía eléctrica es un factor determinante en este proyecto, ya que no es
recomendable el uso de baterías para su alimentación, porque los sensores
pierden sensibilidad si minora el valor de energía proporcionada para la
alimentación del circuito.
1.8.7 INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÉTICAS
Otra posible perturbación son las interferencias electromagnéticas y los choques o
alteraciones mecánicas. Los valores de estas perturbaciones dependen
fuertemente de los picos de voltaje y de la tensión aplicada a los circuitos.
En la figura 1.27 se muestra gráficamente la relación entre el ruido normal del
sensor y la señal emitida cuando al sensor lo afecta un cambio abrupto de
movimiento de aire:

34
Figura. 1.27 Perturbaciones que presenta el sensor PIR
1.9 POSIBLES CASOS QUE SE PUEDEN PRESENTAR AL
MOMENTO DE LA MEDICIÓN
1.9.1 PASO DE UNA PERSONA
Este es el caso ideal para el conteo, puesto que el contador se basa en el ingreso
y/o salida de personas en forma ordenada y uniforme.
1.9.2 PASO DE DOS PERSONAS JUNTAS
Para este caso, se va a utilizar el lente de Fresnel para tratar de calibrar el haz de
cobertura de los sensores, para que detecte el paso de una persona y enseguida
pueda determinar que está pasando otra.
1.9.3 SENSORES CON OBSTRUCCIONES
El contador puede ser sujeto de obstrucciones para su normal funcionamiento,
para lo que debe emitir una señal de alarma cuando determinen que algo está
muy cerca y el administrador será quien determine la solución a tomarse.
1.9.4 PASO DE COSAS U OBJETOS
Para que el contador no cense objetos, se debe elegir un PIR que solo detecte
radiación emitida por humanos.

35
2 CAPÍTULO 2: DISEÑO DEL PROTOTIPO
2.1 INTRODUCCIÓN
El prototipo contador de personas contiene como elementos básicos un par de
sensores PIR y un par de sensores de Ultrasonido; las señales generadas por
estos sensores son modificadas para ser procesadas mediante un
microcontrolador y cuya información será utilizada para formar el contador de
personas. Se utiliza un programa basado en visual basic.net para visualizar los
datos del conteo.
Para realizar la explicación del diseño de una manera ordenada se ha divido el
prototipo en los siguientes bloques:
2.2 HARDWARE
El hardware está conformado por las partes físicas y tangibles del prototipo, entre
las más relevantes están: fuente de alimentación, bloque de sensores PIR, bloque
de sensores de Ultrasonido, lentes de Fresnel, microcontrolador, interfaces para
comunicaciones y el display.

36
ActualmenteenelmercadonoexisteuncontadordepersonasbasadoensensoresPIRydeultrasonido,porlocualseplantea
elsiguientediagramadebloquesparaelprototipocontadordepersonas(figura2.1):
Figura.2.1DiagramadeBloquesdelHardwaredelPrototipocontadordepersonas
2.2.1FUENTEDEALIMENTACIÓN
Loselementosqueseutilizanenesteproyectorequierenparasualimentaciónunvoltajede5VDC.Paraobtenerestevoltaje
sediseñaunafuente,haciendousodelintegradoLM7805CT,queesunreguladordevoltajeyciertoscomponentesexternos.
Lostresterminalesdelreguladorsedistribuyendelasiguienteforma:elprimerocorrespondealatensióndeentradano
regulada(12voltiosdecorrientecontinua),elsegundoterminalestádestinadoalatierracomúndelcircuitoyporúltimo,el
terceroestadesignadocomosalidareguladaa5VDC.Enlafigura2.2semuestralostresterminalesdelregulador:

37
Figura 2.2 Regulador LM7805CT
En la hoja de datos de este regulador, el fabricante recomienda la utilización de
capacitores tanto en el pin de entrada como en el de salida y su valor mínimo,
para el presente proyecto se ha colocado capacitores de mayor valor, lo que es
más que suficiente para su buen funcionamiento.
Se utilizan cuatro capacitores; el primer capacitor de 0.1uF a la entrada, para
filtrar los cambios abruptos de voltaje que puedan generarse en la entrada del
circuito, llamados transitorios; el segundo de 1000 µF a la entrada también, para
convertir una onda rectificada en un continua, el tercer capacitor de 470 µF a la
salida destinado a disminuir la componente alterna que queda después de
rectificar el voltaje de entrada llamada tensión de rizado y el último de 0.1 µF que
mantiene el intervalo del voltaje de entrada al regulador.
En la figura 2.3 se muestra el circuito de la fuente de alimentación de 5 VDC y en la
figura 2.4 se muestra su simulación:
Figura 2.3 Circuito de la fuente de alimentación
D1
1N4007
VI
1
VO
3
GND
2
U1
7805
C1
0.1uF
C2
1000uF C3
0.1uF C4
470uF
A
B
C
D
+12

38
Figura 2.4 Simulación de la fuente de alimentación
Un diodo a la entrada del circuito es recomendado y utilizado como protección,
cuando equivocadamente la placa sea alimentada con voltaje de polaridad inversa
al originalmente configurado.
2.2.2 MÓDULO PIR
Para este proyecto se ha escogido, de una gama de PIR, el que mejor se acople
a las necesidades. Se presentan algunas de las alternativas revisadas, tomando
como base las características más esenciales:
a) Sensor de Radiación Infrarroja D203B
Este sensor se caracteriza por:
x Salida = 3.5 mV.
x Tensión de alimentación = 3 – 5 V
x Tamaño de la ventana = 5 x 3.8 mm.
x Diámetro del sensor = 9.1 mm.
x Respuesta espectral = 5 - 14 µm.
x Temperatura de operación = -30 – 70 ºC

39
En la figura 2.5 se indica el sensor D203B:
Figura 2.5 Sensor de Radiación Infrarroja D203B30
b) Sensor Piroeléctrico de Radiación Infrarroja D203S
x Salida = 3.5 mV.
x Tensión de alimentación = 3 a 15 V
x Tamaño de la ventana = 4 x 3 mm.
x Respuesta espectral = 5-14 µm.
En la figura 2.6 se indica el sensor D203S:
Figura 2.6 Sensor Piroeléctrico de Radiación Infrarroja D203S31
30
http://futurlec.com/PIR_D203B.shtml

40
c) Sensor de Radiación Infrarroja de Haz Estrecho
x Salida = 70 mV.
x Tensión de alimentación = 3 A 15 V
x Tamaño ventana = 2 X 3 mm.
x Respuesta espectral = 5-14 µm
En la figura 2.7 se indica el sensor de haz estrecho:
Figura 2.7 Sensor de Radiación Infrarroja de Haz Estrecho32
d) Sensor Piroeléctrico Infrarrojo serie IRA-E420
x Salida = 3.4 mVp-p
x Tensión de alimentación = 3 a 15 V
31
http://futurlec.com/PIR_D203S.shtml
32
http://futurlec.com/PIR_D202X.shtml

41
x Filtro óptico = 4.3 µm.
En la figura 2.8 se indica el sensor IRA-E420:
Figura 2.8 Sensor Piroeléctrico Infrarrojo serie IRA-E42033
Se decidió usar el sensor PIR D203S por la facilidad de conseguirlo localmente y
porque cuenta con las características requeridas.
En la figura 2.9 se muestra algunos datos sobre las dimensiones del sensor PIR
D203S:
Figura 2.9 Dimensiones del Sensor PIR D203S34
33
http://www.murata.com/catalog/s21e5.pdf

42
Como se observa en la figura 2.9, las dimensiones del sensor PIR D203S son las
siguientes:
Electrodos receptores infrarrojos: 2 elementos de 2 x 1mm
Tamaño de la ventana: 4 x 3mm
Tamaño: 8.2±0.2 x 4.5±0.2mm
El sensor cuenta con tres terminales, dos de los cuales se utiliza para la
alimentación del sensor y el tercero es la salida, donde emite las señales de
detección de movimiento de una persona.
En la tabla 2.1 se muestra los parámetros técnicos adicionales del sensor PIR
D203S35
:
Tabla 2.1 Parámetros Técnicos del Sensor PIR D203S
34
Manual del sensor PIR D203S http://www.bizchip.com/330600005.pdf
35

43
En la figura 2.10 se indica la curva típica de un filtro IR pasa alto de 5.5µm,
utilizado en los sensores PIR para limitar el censado solamente a seres humanos;
donde se visualiza el rango de respuesta espectral del sensor PIR.
Figura 2.10 Respuesta Espectral del Sensor PIR D203S36
El circuito para la polarización del sensor PIR D203S recomendado por el
fabricante, se muestra a continuación en la figura 2.11:
Figura. 2.11 Circuito recomendado para el sensor PIR D203S37
Se parte del antes mencionado circuito (figura 2.11) para el diseño. Si existe una
detección de paso de una persona, el sensor PIR proporciona una señal de salida
de la siguiente forma:
36
37
http://www.bizchip.com/330600005.pdf

44
Figura. 2.12 Señal de salida de sensor PIR D203S
En la figura 2.12, la señal de salida tiene dos picos con diferente polaridad.
Debido a que el pico negativo experimentalmente es inestable, se ve la necesidad
de colocar otro sensor PIR colineal y de diferente polaridad. En la figura 2.13 se
observa la señal de salida de un sensor en sentido contrario:
Figura. 2.13 Señal de salida de sensor PIR D203S invertido
Las señales de salida de los dos sensores inician al mismo tiempo, pero tienen
una forma contraria entre sí como se observa en la figura 2.14:
Figura 2.14 Señales de salida los dos sensores en sentido contrario

45
En la figura 2.14, se observa que los picos positivos están desplazados en el
tiempo; siendo el primero en ocurrir, el ligado al PIR 1 y el segundo ligado al PIR
2. Con este ejemplo, dependiendo de qué pico aparezca primero, se va a
diferenciar el sentido de paso de una persona, como se observa en la figura 2.15:
Figura 2.15 Señales en el tiempo detectadas por lo sensores dependiendo del
sentido de paso de una persona
Ya que la señal proporcionada por el sensor PIR es de baja amplitud, se requiere
de una etapa de amplificación para poder procesarla; adicional, para eliminar
ruido y/o posibles interferencias se necesita un filtro pasa banda.
La señal de salida del filtro debe ingresar a una etapa de comparación, para
obtener señales TTL (0L ó 1L); las cuales podrán ser procesadas en el
microcontrolador. En la figura 2.16 se observa el diagrama de bloques que
describe el proceso que siguen las señales de los sensores PIR hasta el ingreso
al microcontrolador:
Figura 2.16 Diagrama de bloques de las señales de salida de los PIR

46
Comparador.- Las señales de salida del comparador, ingresan al
microcontrolador para ser procesadas junto con las señales del segundo sensor
PIR y se determina el sentido de paso de una persona.
Un amplificador operacional puede funcionar como comparador y diferenciar cuál
de las dos señales en sus entradas es mayor, dando como resultado el máximo o
mínimo valor de polarización del operacional. Para el caso particular del contador
de personas, en la entrada negativa se coloca un valor de referencia y en la
entrada positiva la señal resultante de la etapa del amplificador, como se muestra
en la figura 2.17:
Figura. 2.17 Comparador acoplado a la señal de salida del amplificador
La señal de referencia es recomendable que sea variable para poder ajustar su
valor de voltaje, dependiendo del voltaje de la señal amplificada. Dicha variación
se la realiza a través de un divisor de tensión con un potenciómetro de 1 KΩ
conectado a VCC y tierra; para poder calibrarlo de acuerdo a las pruebas que se
realicen en el laboratorio. Se asume que la señal resultante de la etapa del
amplificador llegue a ser de un voltaje de 2.8 VAC para poner la señal de
referencia en 2.5 VDC. El principio fundamental del comparador indica que:

47
Si Sa > Sr → sigPIR1 = 1L
Si Sa < Sr → sigPIR1 = 0L
Es decir se pueden dar dos posibles niveles de señal:
9 Si la señal amplificada es menor que la señal de referencia, se envía un
voltaje digital de bajo nivel (0 V) y se interpreta como la perturbación de un
elemento externo en el sensor, totalmente diferente al paso de una
persona.
9 Si la señal amplificada es mayor que la señal de referencia, se envía un
voltaje digital de alto nivel (5V) y se interpreta como el paso de una
persona por el haz de cobertura del sensor PIR.
En la figura 2.18, se muestra la señal de salida después del comparador
convertida en pulsos digitales, las cuales ya pueden ser procesadas en el
microcontrolador.
Figura. 2.18 Señal de salida del comparador
Filtro Pasa-banda Activo.- el filtro pasa-banda activo cumplirá dos funciones:
filtrar la señal con frecuencia central de 1 Hz y amplificarla hasta obtener una
señal de mínimo V = 2.8 VAC.
Se va a utilizar un amplificador operacional LM324AD, configurado como un
amplificador no inversor como se muestra en la figura 2.19. La ventaja de esta
configuración, es la independencia entre la resistencia interna del operacional y el
sensor, lo que no requiere de un circuito de adaptación entre estos.

48
Figura 2.19 Amplificador no inversor
Mediante pruebas realizadas en el laboratorio, la señal de sensor PIR es de un
voltaje V= 467.2 mV. Se calcula a continuación la ganancia que se debería tener
para llegar a los 2.8 voltios requeridos.
Se debe configurar un filtro pasa banda con el objetivo de eliminar ruido o señales
que estén fuera del rango de frecuencia de operación de los sensores. La
frecuencia central a la que opera este dispositivo es de 1Hz; por lo tanto, se ha
fijado como umbrales de frecuencia 0.3Hz y 3.5Hz.
Filtro Pasa-bajos ( ) con Ganancia G=2
Un filtro activo está constituido por elementos activos (amplificador operacional) y
elementos pasivos (resistencias y capacitores). Los elementos pasivos son los
encargados de limitar los rangos de frecuencia del filtro, en este caso para el filtro

49
pasa-bajos se desea que la frecuencia de corte este en ; es decir, que
todas las frecuencias menores a 3.5Hz pasen a la siguiente etapa y las
frecuencias mayores a esta se distorsionen o no ingresen. De acuerdo a la
fórmula que define la frecuencia de corte en un filtro se puede calcular los valores
de resistencias y capacitores necesarios.
Se asume el valor del capacitor para calcular el valor de la resistencia
Para optimizar el funcionamiento del circuito integrado se va a configurar el filtro y
el amplificador en la misma etapa. Configurando al circuito integrado como un
amplificador no inversor por el pin negativo y un filtro pasa-bajos por el pin
positivo.

50
En la figura 2.20 se puede observar el circuito del filtro pasa-bajos y la
configuración como amplificador no inversor.
Figura 2.20 Circuito del Filtro Pasa bajos con una ganancia de 2
En la figura 2.21 se muestra el diagrama de bode del filtro pasa bajos:
Figura 2.21 Diagrama de Bode del filtro pasa bajo con ganancia 2
3
2
1
411
U1:A
LM324
R1
22k
R2
4k7
R3
1k
C1
47uF
R3(2)
U1:A(V+)
U1:A(V-)
U1:A(OP)

51
Filtro Pasa-altos con Ganancia G=3
Para el filtro pasa-altos se desea que la frecuencia de corte este en .
Se requiere una ganancia de 3:

52
En la figura 2.22 se muestra el circuito del filtro pasa-altos y su respectiva
ganancia.
Figura 2.22 Circuito del filtro pasa altos con ganancia de 3
En la figura 2.23 se muestra el diagrama de bode del filtro pasa altos:
Figura 2.23 Diagrama de Bode del filtro pasa altos con ganancia de 3
3
2
1
411
U1:A
LM324
C2
1uf
R5
4k7
R4
10k
R6
470K
+5
C2(+)

53
El filtro pasa-banda activo es la consecución del filtro pasa bajos y del filtro pasa
altos con sus respectivas ganancias, como se puede observar en la figura 2.24.
Figura 2.24Circuito del Filtro pasa banda con ganancia de 6
Al conectar los pines del voltaje de referencia negativo de los comparadores a
tierra, desaparece la parte negativa de la señal que entregan los sensores PIR.
De tal forma que, a partir de esta etapa, se trabaja solo con la parte positiva de las
señales, como se observa en la figura 2.25.
La señal de color rojo de la figura 2.25 es la señal original, la señal de color azul
es la señal de salida de la primera etapa de amplificación y la de color amarillo es
la señal de salida de la segunda etapa de amplificación.

54
Figura 2.25 Diagrama de la señal original y sus respectivas amplificaciones
El filtro pasa-banda de la figura 2.26 eliminará las señales de ruido con
frecuencias fuera de las del rango de operación del sensor.
Figura. 2.26 Diagrama de Bode del filtro Pasa banda a 1Hz

55
La señal amplificada consiste en un voltaje de tipo AC, sobrepuesto en un voltaje
DC denominado offset (voltaje presente en la salida de un amplificador aun
cuando los voltajes de las dos entradas son cero. Este efecto es causado por el
ruido que el circuito integrado amplifica y presenta a la salida del mismo)38
. El
offset DC puede ser fijado como un nivel de referencia para la amplitud positiva,
como se muestra en la figura 2.27.
Figura. 2.27 Señal que ingresa al comparador fijado en un DC offset.
El nivel offset debe ser lo suficientemente bajo, para obtener el máximo rango de
detección y al mismo tiempo, debe ser lo suficientemente alto, tal que sobrepase
todas las perturbaciones externas; por ejemplo, uno de los factores básicos es el
ruido inherente al sensor. La siguiente perturbación importante que se presenta es
el viento en el haz de cobertura del sensor.
2.2.3 LENTES DE FRESNEL
Los sensores PIR por su propia cuenta, no podrían detectar la presencia y
movimiento de una persona que esté más lejos de 60cm del contador. Para dar
mayor alcance a los sensores, se utiliza un arreglo de lentes de Fresnel; que
permite tener un haz de cobertura más directivo. Los lentes de Fresnel también
permiten ajustar el haz de los sensores para adecuarlos según la aplicación a
utilizarlos; por ejemplo, para detectar una persona a la vez es necesario que el
haz de cobertura de los sensores sea muy directivo.
38
http://www.ctr.unican.es/asignaturas/instrumentacion_5_IT/IEC_2.pdf

56
El haz de un sensor PIR es cónico (figura 2.28 a) y abarca todo el diámetro
posible, teniendo un gran campo de cobertura que no se puede controlar
fácilmente; ya que está expuesto a censar personas que estén circundando el
lugar a pesar de no haber atravesado el haz de cobertura del sensor PIR,
incrementándose de manera significante la probabilidad de error.
Con los lentes de Fresnel, el haz se reduce notablemente y la efectividad de las
mediciones realizadas mejora en una proporción directa a la directividad del haz,
como se muestra en la Figura. 2.28 (b).
Figura. 2.28: (a) Haz del sensor PIR sin los lentes de Fresnel. (b) Haz del
sensor PIR acoplado a un lente de Fresnel
En este Proyecto, se necesita un arreglo de lentes de Fresnel (figura 2.29) de
aproximadamente las siguientes dimensiones:

57
Figura 2.29 Lente de Fresnel Plana39
Tamaño del Lente de Fresnel: 46mm x 25mm
Grosor: 0.4mm
Longitud focal: 14mm
Transmisión infrarroja: 8 – 12 micras
Número de lentes: 31
Distancia de detección: 12m
Ángulo de visión: 180 grados de forma plana
Con las dimensiones antes mencionadas, se pretende cubrir la totalidad del
espacio ocupado por los sensores PIR en la placa del circuito. Pueden existir
variaciones en el tamaño del lente, dependiendo de las pruebas que se vayan
realizando.
2.2.4 MÓDULO ULTRASÓNICO
Este módulo consta de un par de sensores ultrasónicos, un receptor y un
transmisor, encargados de verificar el correcto funcionamiento del contador,
indicando si existen anomalías que pretendan hacer pasar datos erróneos como
válidos. Estas anomalías pueden darse cuando exista algún obstáculo que impida
al contador funcionar correctamente; es decir, cuando algo o alguien este
39
http://www.3dlens.com/shop/proddetail.php?prod=%235076

58
obstruyendo a los sensores PIR, el contador a través de los sensores ultrasónicos
da un aviso de alerta. La distancia tomada como referencia para decidir si los
sensores están siendo obstruidos o no, es de 10 cm.
Inmediatamente se tenga un aviso de alerta, el administrador del prototipo
verificará la posible obstrucción del contador de personas para la solución
inmediata o posible reparación del contador.
El módulo ultrasónico comprende una parte del sistema de seguridad del
contador, al verificar si alguna clase de intruso está bloqueando los sensores PIR.
Entre las diferentes alternativas de estos sensores, se muestran los siguientes:
a) Sensor Ultrasónico US1240
x Salida = TTL
x Tensión de alimentación = 5 V
x Rango de medidas = hasta 12 m
x Frecuencia = 40 KHz.
x Tamaño = 12 mm. de diámetro x 10 mm. Alto
En la figura 2.30 se indica el sensor de ultrasonido US1240
Figura 2.30 Sensor Ultrasónico US124040
40
http://futurlec.com/Ultrasonic_Sensors.shtml

59
b) Sensor Ultrasónico a Prueba de Agua
x Salida = TTL
x Tensión de alimentación = 5 V
x Rango de medidas = hasta 18 m
x Frecuencia = 40 KHz.
x Tamaño = 16 mm. de diámetro x 12 mm. Alto
En la figura 2.31 se indica el sensor antes mencionado:
Figura 2.31 Sensor Ultrasónico a Prueba de Agua41
Para el presente proyecto, se usa el par de sensores de ultrasonido US1240
gracias a su facilidad de conseguirlo localmente; además, presenta características
que se acoplan al proyecto.
En la figura 2.32 se muestran las dimensiones del Sensor Ultrasónico US1240:
Figura 2.32 Dimensiones del sensor Ultrasónico
41
http://futurlec.com/Ultrasonic_Sensors.shtml

60
El sensor a ser utilizado tiene 12 mm de diámetro y 15mm de altura incluyendo los
pines. Debido a sus reducidas dimensiones, se hace muy adecuado para su uso
en el contador de personas.
Está cubierto por una carcasa compacta, que le protege contra golpes o
torceduras.
Las especificaciones esenciales del sensor ultrasónico US1240 se muestran en la
tabla 2.2:
PARÁMETRO CONDICIÓN TÉCNICA
Frecuencia de Trabajo 40kHz ± 1.0kHz
Capacitancia 2000pF ± 20%
Nivel de Intensidad de Sonido
en el Transmisor
112dB / 40 ± 1.0kHz
Ancho de Banda del Transmisor 5.0kHz / 100dB
Sensibilidad del Receptor 67dB / 40 ± 1.0kHz
Ancho de Banda del Receptor 5.0kHz / -75Db
Resistencia 3.9KΩ
Tensión de Alimentación 5 Vcc.
Temperatura de Operación -30°C a 85 °C
Tabla 2.2 Parámetros Técnicos del sensor Ultrasónico42
El sensor ultrasónico transmisor, envía una ráfaga de pulsos establecidos a una
frecuencia de oscilación de 40kHz, donde se cumple que, la longitud de onda es
8.5mm (calculados de la siguiente relación: = c / f), donde c es la velocidad del
42
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