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Programa en c para la adquiccision de datos de un lector RFID.
Tipo: Apuntes
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Proyecto de grado
Modalidad: Monografía
Trabajo de grado para optar al título de
Ingeniero Electrónico
Dentro del ámbito empresarial existen necesidades que deben ser atendidas con diferentes tipos de herramientas, las compañías que se dedican a desarrollar materiales o herramientas piensan en una necesidad que no se encuentre atendida, con un enfoque acorde a las necesidades específicas de cada empresa.
Existen muchas herramientas que se desarrollan de una manera genérica que siempre se adaptan fácilmente a las necesidades del mercado y son adoptadas por las empresas con el fin de satisfacer esa necesidad en una compañía o institución. Por otra parte también existen empresas que requieren soluciones especializadas lo que se denomina desarrollo a la medida. Como este tipo de necesidades son específicas se requiere de un desarrollo adicional o una adaptación especifica de alguna herramienta.
Una necesidad muy clara de las instituciones o empresas es el manejo de sus inventarios, desde el equipo de inmueble hasta los equipos celulares o satelitales, tanto las que hacen parte del objeto social de la empresa, institución como las herramientas administrativas que hacen parte de la actividad desarrollada por un empleado o colaborador de la misma.
La tecnología provee hoy en día muchas formas prácticas de envío y recepción de información, de forma confiable y segura, de esta forma han nacido muchos protocolos y estándares de conexión que permiten usar diversos dispositivos y que se hacen compatibles con las nuevas tendencias tecnológicas nacidas para facilitar ciertas labores, el estándar NFC es un método de comunicación entre dispositivos. Dentro de este se heredó el concepto de etiqueta en la tecnología RFID, el cual permite almacenar información para después ser leída y usada por otro dispositivo, este método de intercambio de información es práctico y de fácil uso para la administración de información.
Viendo esta necesidad se encuentran disponibles muchas herramientas que permiten administrar los inventarios en una empresa o institución pero existen algunas necesidades específicas como la que presenta el objeto este proyecto, una necesidad que no radica en el control interno del inventario de la institución sino en la forma de administrar los recursos físicos, una forma de agilizar el proceso y ejercer un mejor control para el área encargada de la prestación del servicio.
En contexto se toma como ejemplo el método de manejo de préstamo de equipos que se ejecuta actualmente en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, donde se realiza el prestamos de los equipos de laboratorio de forma manual con una ficha que se llena en dos tipos de usuarios, los cuales son el monitor (si aplica en ese caso) y el estudiante. En la ficha se debe diligenciar como requisito los números de los equipos, la cantidad, el tipo y asociar un número de banco, el monitor debe verificar la entrega y la recepción de estos. Luego al finalizar la monitoria debe cargar en una base de datos los equipos prestados adicionales a la sala, aquí es donde este proyecto tiene su nicho y donde se encuentra su objetivo, con el uso de la tecnología NFC.
En los últimos años hemos sido capaces de observar la gran evolución que han tenido los dispositivos móviles y su uso cada vez más ligado a la vida cotidiana de la sociedad.
Debido a esto se han creado tecnologías compatibles con los dispositivos móviles como lo es la comunicación de campo cercano (Near Field Communication) la cual nos permite realizar intercambio de datos de forma inalámbrica a un corto alcance y con una velocidad de conexión.
El uso de estas tecnologías permite obtener una comunicación fiable. Bajo esta premisa es posible implementar un sistema que permita administrar un inventario a baja escala, ya que en la Universidad Distrital Francisco José De Caldas el préstamo de los equipos de laboratorio para uso de los estudiantes se realiza de forma manual y se encuentra la necesidad de hacer automático este proceso, de forma tal que favorezca la integración tecnológica con el uso de los espacios de laboratorio.
¿Puede el diseño e implementación de un prototipo para la administración de recursos físicos en los laboratorios de ingeniería de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas mediante el uso de tecnología NFC resolver la problemática del préstamo de equipos?
El documento actual como propuesta de trabajo de grado pretende generar la implementación del proceso que conlleva optimizar el sistema de préstamos de equipos de los laboratorios de ingeniería de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas el cual actualmente se realiza de forma manual con fichas impresas.
Se busca hacer una innovación en la forma de realizar los procesos empleando tecnologías de punta utilizadas en los países desarrollados. Empleando tecnología NFC y herramientas actualmente disponibles en el mercado, se puede obtener un sistema con niveles de seguridad acorde al manejo de la información, usando los protocolos destinados por el estándar NFC, permitiendo obtener un sistema ágil que optimice el proceso de préstamo de un material académico.
Siguiendo con el enfoque FLOSS (Free, Libre, Open Source Software), implementar un sistema de administración de recursos físicos de los laboratorios de ingeniería con las características tecnológicas ya mencionadas, permitirá llevar de mejor manera el inventario, así mismo busca generar un sistema amigable con el usuario, agilizando los préstamos de equipos y generando un mejor control sobre estos; también se eliminara la tarea de cada monitor de laboratorios al finalizar su turno, la cual es subir a la base de datos el inventario de préstamo de la sala asignada de forma manual.
Es necesario incentivar el uso de tecnologías amigables con el medio ambiente y reforzar la responsabilidad ecológica de una institución como la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, reduciendo el uso de papelería y tinta, generando así, un sistema que hace uso de una responsabilidad ecológica reclamada por los tiempos actuales.
Dentro del contexto general del desarrollo de la tecnología NFC lo más sobresaliente ha sido desarrollado en el entorno de la tecnología padre del NFC el RFID, dentro de los avances conseguidos en este campo específico se encuentran algunas aplicaciones muy específicas en tratamiento de mercancías e inventarios.
Se implementó un sistema de redireccionamiento de mercancías en la empresa Hewlett-Packard, la cual tenía problemas pues sus mercancías quedaban ubicadas en ciertas zonas geográficas y era necesario enviarlas a un destino diferente, el destino inicial era cambiado de esta forma identificar entre muchos cientos de containers de muchos productos, dentro de los cuales existían muchas referencias distintas, encontrar el equipó que debía ser redirigido era costoso y tedioso, inicialmente los embalajes de los productos eran marcados con distintas etiquetas planas de texto que debían ser leídas por un operario para identificar su origen y destino, enrutarlo si era el caso, Hewlett-Packard aposto por un desarrollo más intuitivo en el envío de sus mercancías, tanto para reducir costos como para poder cubrir las diferentes ofertas que podían surgir en países de todo el mundo en cierto momento.
Debido a que el mercado es cambiante, debían tener una estrategia que dirigiera su logística y se enfocara a cubrir los cambios del mercado.
La idea fue utilizar etiquetas RFID con el fin de localizar los productos de forma más rápida y con mayor eficacia, consistía en escanear las zonas, colocar etiquetas en los productos embalados y también marcar los containers. Así la búsqueda y ejecución de la acción era más rápida, se realizaron simulaciones del rendimiento del aplicativo, el cual fue desarrollado también enfocado a la medida a la necesidad, en esta técnica se usaron modelos matemáticos e implementaciones de la cadena de mercado.
Las conclusiones mostraron que una compañía se podía beneficiar de la asignación dinámica de inventario, reduciendo sus tiempos promedio de envío y recepción, si en la compañía se implementa un sistema RFID de transporte, y se enfrentan a un cambio en la demanda estarán mejor equipados y podrán responder de forma más eficaz.(Jain & Kumar, 2007)
En otro ámbito se ha hablado de las diferentes tipologías de estrategia logística las cuales son: estrategias de procesos, estrategias de mercado y estrategias de información (canales). Las estrategias deproceso enfatizan el logro de la eficiencia de la gestión de un amplio grupo de actividades logísticas incluyendo compras, fabricación, y distribuciones físicas a través de un sistema integrado.
Una estrategia de mercado se ocupa de la gestión de un grupo limitado de actividades logísticas y busca facilitar la venta y coordinación logística con una sola factura orden. Una estrategia de información se refiere a la gestión de actividades logísticas realizadas en forma conjunta con los
concesionarios y distribuidores. Un estudio realizado considera que la estrategia de información se superpone a las estrategias de proceso y de logística del mercado.
Han existido diferentes aplicaciones básicas con RFID: manejo de proveedores de abarrotes, en este aspecto se introdujo el RFID en el sector de minoristas de comestibles.; fabricación Wireless, donde se desarrolló una red inalámbrica RFID en un entorno de fabricación con el fin de recopilar datos en tiempo real y sincronizar maquinas; integración de un taller de fabricación, identificación de las piezas a usar; en integración de sistemas, en el caso de una cadena de manufactura y distribución. Esto por el enfoque de RFID en la logística de la manufactura. Otro uso del RFID en almacenamiento y logística de inventarios es: gestión de recursos de un almacén o bodega, enrutamiento de inventario, control y gestión de almacenamiento, almacenamiento y manejo de productos farmacéuticos, entre otros.(Cheung, Choy, Lau, & Leung, 2008)
También se realizó el desarrollo de un interfaz denominada FlexRFID, middleware (lógica de intercambio de información entre aplicaciones o interlogical), esta herramienta se implementó con un enfoque multiplataforma y multidispositivo, teniendo en cuenta que existen muchos dispositivos en el mercado, este dispositivo permite la sincronización de múltiples procesos, logrando aumentar la eficiencia del software y el rendimiento del proceso, este captura en tiempo real los datos necesarios del proceso, también adopta la escalabilidad para integraciones y compatibilidad futura, el software debe estar por decirlo así conectado a una red interna y tener los permisos necesarios para poder iniciar la adquisición de datos.
Utiliza capas AAL de ATM con lo cual se basa en la adaptación de formatos de celda en la capa de enlace de datos, ATM es Asynchronous Transfer Mode (ATM) y AAL abrevia ATM AdaptationLayers.(Kribach, Boulmalf, & Harroud, 2010)
Se han desarrollado métodos en aspectos relacionados a inventarios fuera del lugar, es decir que no son in situ, aunque estos desarrollos, se enfocan entorno a la tecnología RFID, no son implementaciones reales, solo son elementos de revisión y que son ejecutados desde ámbitos matemáticos y logísticos, lo más rescatable son las distintas simulaciones realizadas.(Ren & Fan,
Por otra parte la implementación de un sistema multi-escalón para implementación de un control hibrido con RFID, evaluando elementos de logística y de alto acoplamiento, así como del aumento en el control de la logística, todo esto enfocado a la cadena de suministro.
Se ejecutó un modelo de simulación en el cual el objetivo era desarrollar un sistema multi- escalón que fuera adaptable a los cambios de las necesidades del entorno, usando elementos matemáticos de estrategias de logística, se realiza un cambio dinámico de las etiquetas, es decir se modifica su información acorde a lo que la situación amerite, tomando en cuenta toda la cadena de producción desde el momento de la manufactura, hasta la entrega a los clientes finales, pasando por los distribuidores y lo vendedores de retail, todo se desarrolló bajo un entorno simulado.(Guojia & Dingwei, 2014)
Near fiel comunication (NFC) es una tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance que permite a los dispositivos móviles la interacción con elementos físicos pasivos y otros dispositivos móviles activos a alta frecuencia. NFC se basa en la identificación por radiofrecuencia (RFID) en conjunto con tecnologías de tarjetas inteligentes sin tener contacto, lo que permite “leer” los datos almacenados a una distancia limitada con su máximo a los 10 cm.(Cavoukian, 2011)(Nokia, 2011)(Near & Comunication, 2012)(Opperman & Hancke, 2011)
La tecnología NFC comenzó a desarrollarse en el año 2002 en una acción conjunta de Philips y Sony, con el fin de conseguir un protocolo compatible con las tecnologías sin contactos propietarias existentes en el mercado: Mifare de Philips y FeliCa de Sony. Finalmente, NFC fue aprobado como el estándar ISO 18092 en diciembre de 2003 y posteriormente, en marzo de 2004, Philips, Sony y Nokia formaron el NFC Forum para avanzar en el desarrollo de las especificaciones NFC.(Wu, 2013)(Ramanathan & Imtiaz, 2013)
Figura 1. Logotipos oficiales de NFC.(Near & Comunication, 2012)
La organización encargada de regular y determinar los estándares de NFC nace en el 2004 cuando es creado el NFC-Forum, pero no es hasta 2006 cuando sale a la luz la primera especificación técnica de dicha tecnología.(Rodríguez Junco, 2014)
Figura 2. Logo del NFC fórum.(Campa Ruiz, 2011)
Todo empieza al acercar el dispositivo móvil a la etiqueta (tag) y comienzan las acciones determinadas para la lectura del mismo, estas acciones pueden ser la redirección de una dirección URL, hasta realizar cambios en las configuraciones internas del dispositivo.(Shen, 2013; Xiao & Luo, 2013)
La tecnología NFC posee modos de funcionamiento:
Modo Pasivo: un dispositivo genera un campo electromagnético y el otro aprovecha este campo para trasferir datos.
En la siguiente figura: sentido izquierda derecha el dispositivo activo inicia la comunicación emitiendo una señal electromagnética, e indicando la velocidad, recepción/transmisión de datos.
En el sentido derecha izquierda el dispositivo pasivo utiliza el campo magnético de la señal electromagnética incidente para alimentar su circuito y transmitir una señal de respuesta, a la velocidad establecida por el circuito iniciador.
Figura 3. Modo de operación pasivo.(Cient, Delgado, & Pav, 2011)
Modo Activo: ambos dispositivos trasmiten y reciben de forma bidireccional.
Figura 6. Arquitectura de lectura-escritura.(Nokia, 2011)
5.2.3 Emulación de tarjeta: El dispositivo NFC se comporta como una tarjeta inteligente, apareciendo ante otro dispositivo como una tarjeta sin contacto. Con esta configuración se pueden utilizar las características del elemento de seguridad incorporado como medio de pago, así como para el almacenamiento y gestión de todo tipo de entradas y recibos (Cavoukian, 2011; Near & Comunication, 2012; Nokia, 2011).
Figura 7. Arquitectura de emulación de tarjeta.(Nokia, 2011)
Figura 8. Las tres arquitecturas en las que NFC trabaja.(Campa Ruiz, 2011)
Las principales especificaciones para NFC son propuestas por el NFC Forum y son las siguientes
5.3.1 NFC Data Exchange Format (NDEF): Define el formato de intercambio de información pudiendo estar compuesto por uno más registros, formando de esta manera un mensaje NDEF.
Figura 9. Formato NDEF (Albi & Piles, n.d.)
5.3.2 NFC Record TypeDefinition: La especificación NDEF define el formato común de la información pero no específica ninguno en detalle.
Cada NDEF contiene una cadena con el nombre del tipo registro, cada RTN (Records TypeName) se puede especificar en diferentes formatos.
Los tipos conocidos por NFC Forum contienen un identificador (NID) “nfc.” Nadie puede utilizar este identificador para especificar otro espacio de este tipo. Existen de dos
Figura 11. Tag NFC. (Nokia, 2011)
Figura 12. Tags NFC.(Campa Ruiz, 2011)
Estas etiquetas inteligentes están especificadas en 4 grupos o tipos:
Tipo 1: (ISO14443-A). Las etiquetas son de lectura y escritura.
Tipo 2: (ISO 14443-A estándar). Las etiquetas son de lectura y escritura que además pueden venir en varios formatos (etiquetas de interior y etiquetas sin contacto). Se ha utilizado en varias RFID y soluciones móviles RFID/NFC.
Tipo 3: (JIS x 6319-4). Incluye un chip sin contacto IC. Configuradas de fábrica para ser de escritura o solo lectura con disponibilidad de memoria variable.
Tipo 4: (ISO / IEC 7816- 4 - ISO 14443-A - ISO 14443-B). Configuradas de fábrica para lectura y pueden ser reescritas.
Figura 13. Pila de protocolos ISO 14443.(Nokia, 2011)
Los primeros usos de la tecnología NFC están estrechamente ligados a los teléfonos móviles debido a su ubicuidad y al hecho de que sea el único dispositivo que todos necesitamos llevar a todas partes (Chavarría Chavarría, 2011; Near & Comunication, 2012).
Figura 14. Aplicaciones móviles.(Campa Ruiz, 2011)
La forma de uso básica a la que se acoge el uso de la tecnología NFC es aquella situación en la que es necesario un intercambio de datos de forma inalámbrica. Lo usos que más futuro tienen son la identificación, la recogida e intercambio de información y sobre todo, el pago (Chavarría Chavarría, 2011).
5.5.1 Pagos móviles: Entre las aplicaciones más comunes, la más conocida de la tecnología NFC es la de pagos mediante móviles. Pasando el terminal móvil por un sensor se puede producir una transacción de manera cómoda y ágil. Para esta transmisión se requiere un terminal NFC y además disponer de una SIM NFC insertada en el terminal que contiene los datos bancarios de forma segura (Near & Comunication, 2012).
5.5.2 Tarjetas de acceso: En algunas universidades en el extranjero, los estudiantes utilizan el NFC para acceder a las instalaciones del campus y además esta acreditación permite realizar un control de asistencia automático (Near & Comunication, 2012).
5.5.3 Identificación: El acceso a lugares donde es precisa una identificación podría hacerse simplemente acercando nuestro teléfono móvil o tarjeta con chip NFC a un dispositivo de lectura. Los pasajes de autobús son un ejemplo muy válido (Chavarría Chavarría, 2011).
5.5.4 Libros con contenido Multimedia: La tecnología NFC puede incluirse en los libros a través de etiquetas que se encuentran en las hojas del interior. Gracias a acercar el terminal móvil a estas etiquetas existe la posibilidad de descargarse archivos multimedia que complementan las lecturas (Near & Comunication, 2012).
5.5.5 Intercambio de datos: Google es el principal protagonista de este uso, pues en combinación con las etiquetas RFID, utilidades como marcar dónde estamos, recibir información de un evento o
