ELECTRONIC DEVICE FOR IMPROVING THE - TECSI

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ELECTRONIC DEVICE FOR IMPROVING THE - TECSI
8º CONTECSI - International Conference on Information Systems and Technology Management
ELECTRONIC DEVICE FOR IMPROVING THE INITIAL LEARNING OF BRAILLE
WRITING IN BLIND CHILDREN
Luz M. Sabogal (Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Distrital, Bogotá D.C.,
Colombia) - [email protected]
Giovanni L. Ríos (Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Distrital, Bogotá D.C.,
Colombia) - [email protected]
The objective of this project is the implementation of a prototype electronic for improving the
initial learning of Braille for people with visual disabilities especially children. This project
poses the following problem: How can we improve the time in the initial training of learning to
write Braille on the people experiencing visual impairment, in order to achieve greater
accessibility, autonomy and performance? The development of this project is a braille digital
display which identifies and makes a translation of braille by a voice synthesis system that
generates the words in an artificial manner in order check if the writing in Braille is correct or
not. In addition to this we implemented a GSM module that allow the user to send text messages
from the device.
Keywords: Learning, braille, visual impairment, tool technology, social inclusion.
DISPOSITIVO ELECTRÓNICO PARA MEJORAR EL APRENDIZAJE INICIAL DE
LA ESCRITURA BRAILLE EN NIÑOS INVIDENTES
El objetivo de este proyecto es la implementación de un prototipo electrónico, que permita
mejorar los tiempos de aprendizaje inicial de la escritura braille en personas con situación de
discapacidad visual especialmente en niños. Este proyecto plantea el siguiente problema:
¿Cómo se puede mejorar los tiempos en la formación inicial de aprendizaje de la escritura braille
en las personas en situación de discapacidad visual, con el fin de lograr mayor accesibilidad,
autonomía y desempeño? El desarrollo de este proyecto, es un tablero digital braille el cual
después de realizar la escritura por parte del usuario, identifica y hace una traducción del braille
por medio de un sistema de síntesis de voz que genera las palabras de manera artificial con el
objeto de verificar si la escritura en braille es o no correcta. Adicional a esto se implementa un
Modulo GSM que permite enviar mensajes de texto desde el dispositivo.
Palabras clave: Aprendizaje, braille, discapacidad visual, herramienta tecnológica, inclusión
social.
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Resumo
O objetivo deste projeto é a implementação de um protótipo vezes eletrônicos para melhorar a
aprendizagem inicial Braille para pessoas com deficiência visual situação especialmente em
crianças. Este projeto coloca o seguinte problema: Como podemos melhorar o tempo na
formação inicial de aprender a escrever em Braille sobre as pessoas experimentam a deficiência
visual, a fim de alcançar uma maior acessibilidade, autonomia e desempenho?
O desenvolvimento deste projeto é uma braille display digital que, após praticar o ato pelo
usuário, identifica e faz uma tradução de texto em Braille por um sistema de síntese de voz, que
gera as palavras de uma forma artificial, a fim verificar a escrita em Braille é correta ou não.
Além disto você implantar um módulo GSM que permite enviar mensagens de texto a partir do
dispositivo.
1. Introducción
De acuerdo a cifras publicadas por el DANE en mayo de 2009, existe una población en Bogotá
de 64.701 personas con limitación visual, 4.786 personas particularmente en Ciudad Bolívar
[1].La ley 115 de 1994 (artículo 1) establece que la educación es un proceso de formación
permanente, personal, cultural y social que se fundamenta en una concepción integral de la
persona humana, de su dignidad, de sus derechos y de sus deberes. Otros artículos de referencia
como la ley 361 de 1997 (artículo 10) señala que el Estado Colombiano en sus Instituciones de
Educación Pública garantizará el acceso a la educación y la capacitación en los niveles primario,
secundario, profesional y técnico para las personas con limitación en sus derechos
fundamentales, económicos, sociales y culturales, quienes para ello dispondrán de una formación
integral dentro del ambiente más apropiado a sus necesidades especiales [2].
Se define entonces la limitación visual como la alteración del sistema visual que trae como
consecuencia dificultades en el desarrollo de actividades que requieran el uso de la visión, según
la Resolución 412 de febrero de 2000 [3]. Basado en el planteamiento anterior existen
dificultades evidentes para las personas en situación de discapacidad visual, entre ellas la
imposibilidad de acceder a la información, limitaciones en desarrollo motriz, cognitivo y social o
adquirir habilidades en la comunicación. Una solución dada a esta dificultad es un Dispositivo
electrónico que permite mejorar los tiempos en el aprendizaje Braille, ya que a través de este se
mejoró la participación e inclusión social de personas con limitación visual, convirtiéndose en
una herramienta útil en los procesos educativos, dicho proyecto está enfocado a niños
principalmente.
En el mercado nacional actual no existen dispositivos que permitan mejorar el tiempo de
aprendizaje de escritura del lenguaje braille a personas con limitación visual.
El proceso inicial de escritura se realiza con una tabla manual de braille, haciéndose necesario la
supervisión de un experto en este lenguaje, lo cual limita a la persona en situación de
discapacidad visual ser autodidacta y autónoma en determinadas áreas de aprendizaje.
Existen recursos tecnológicos importados de elevado costo que no son utilizados en su totalidad
por la tardanza en la capacitación básica del lenguaje braille a personas con esta limitación
específicamente en la Biblioteca del Tunal ubicada en la ciudad de Bogotá (Colombia). Esta
enseñanza inicial del estudiante se hace dispendiosa debido a que es un método lento y
personalizado. Dichos recursos son limitados para una población en Bogotá de 64.701 personas
con limitación visual, esto es un impedimento si se quiere disminuir la brecha de inclusión social
en el acceso a la comunicación, información y conocimiento para esta parte de la población.
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Por lo tanto el proyecto plantea el siguiente interrogante ¿Cómo mejorar este proceso con el fin
que el usuario en condición de discapacidad pueda verificar y disminuir los tiempos de la
escritura braille y se facilite la participación y la inclusión social en el aula de tecnología de la
Biblioteca del Tunal?
En este documento se presenta las especificaciones del prototipo, una descripción detallada de su
funcionamiento y los resultados de su desarrollo.
2. Descripción del proyecto
El proyecto en su totalidad se divide en cinco módulos principales como se indica en la Fig.1:
1.
2.
3.
4.
5.
Modulo de entrada
Modulo de Control
Modulo de almacenamiento
Modulo de Comunicación
Modulo de salida
Figura 1. Esquema General
2.1. Modulo de Entrada (Teclado)
En el diseño del proyecto se buscó que la implementación del sistema manejara la iteración entre
invidente - sistema y la funcionalidad en el proceso de aprendizaje de escritura braille.
Para el desarrollo del proyecto se adaptaron elementos funcionales de fácil reconocimiento y
maniobrabilidad para el usuario, en este caso la persona con discapacidad visual. Se elaboró el
tablero digital, fabricando las cajetillas de manera manual, verificando que se respetara el
estándar de medida general utilizado en diferentes regletas braille, con el fin de minimizar
dificultades en el proceso de cambio a otra forma de aprendizaje si se hace necesario.
2.1.1. Estructura Mecánica. El diseño de este sistema consiste en un tablero digital de escritura
braille, tal diseño está conformado básicamente por una estructura donde se encuentra la parte
electrónica, una regleta fabricada con los mismos estándares que la utilizada convencionalmente
y un punzón de agarre ergonómico, integrado todo en un solo sistema. En la Fig.2 se muestra la
vista frontal del tablero, se señala la lámina superior los cajetines, los orificios metálicos y
lamina guía.
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(a)
(b)
Figura 2 (a y b). Vista frontal del teclado tablero Braille
La estructura compuesta por un cuerpo base constituido por dos laminas de acrílicas de calibre 5
mm, la lamina superior se encuentra troquelada por orificios en los cuales se encuentran las
cajetillas braille que fueron adaptadas en series de 6 puntos conocidos como el símbolo
generador de braille, la separación entre cajetillas es 3mm.
La fácil remoción de los tornillos de la estructura, permite abrir el tablero, facilitando así el
mantenimiento y reparación de las diferentes partes y mecanismo electrónico. El punzón tiene un
agarre ergonómico con base de triangular y lados redondeado, que presenta una punta roma
metálica la cual permite la facilidad en los contactos. La elección final queda abierta según las
preferencias del usuario.
2.1.2. Captura de Datos. El proceso de captura y la codificación braille se realiza mediante el
tablero digital. El usuario (persona en situación de discapacidad visual) ingresa la secuencia de
pulsos en los símbolos generadores como en un sistema tradicional de regleta manual braille. La
escritura se debe realizar de derecha a izquierda, invirtiendo la numeración de los puntos del
cajetín, esta es la forma en la cual se debe aprender a escribir braille [4].
Antes de empezar conviene adquirir precisión mecánica en el punteado por lo que se pueden
hacer series de puntos. Empezando por letras o silabas. El modulo de entrada suministra los
pulsos eléctricos ingresados por el usuario, los cuales van a un Microcontrolador PIC16F877A,
este dispositivo es el encargado de traducir los pulsos recibidos y hacer la equivalencia entre el
lenguaje braille y el código ASCII.
Cada punto es interpretado como 1 bit, en este caso serian 6 puntos que constituyen el símbolo
generador. Se diseña un arreglo matricial de 6 bits, haciendo la equivalencia y un barrido en cada
punto. Si alguna de las 20 columnas (bordes) de la regleta realiza un contacto con el punto, el
algoritmo del Microcontrolador le dará la ubicación y la letra. Luego estos datos se almacenan y
se envían por el puerto serial.
2.2. Modulo de control
La integración del diseño entre los diferentes módulos, esta determinado por el modulo de
control, conformado por un Microcontrolador Microchip de la serie PIC16877A, y los buses de
datos que lo comunican con los demás módulos. [3] El código de programación del
Microcontrolador ha sido desarrollado en etapas con el fin de verificar cada proceso y obtener el
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funcionamiento integral de las tareas simultaneas en la identificación de los datos del Modulo de
entrada y la coordinación de todo el sistema.
El algoritmo empleado se indica en la Fig. 3:
Figura 3. Algoritmo General
2.3. Modulo de voz
El Microcontrolador gestiona y envía de forma simultánea al Modulo Sintetizador de Voz
(Vstamp) [5] dada la importancia de estimular el sentido auditivo, en razón de que este sentido
en las personas con discapacidad visual, produce una motivación y consideración aceptable. Este
Modulo es el encargado de generar la voz de manera artificial y reproducir una señal audible por
medio de un parlante. También se puede visualizar la información ingresada por medio de una
LCD para que pueda ser monitoreado el proceso de aprendizaje por una persona vidente que no
conozca el lenguaje braille. El Modulo GSM podrá ser activado para el envió de mensajes de
texto por medio de un pulsador el cual me ejecutará la orden de envío al teléfono de destino. La
interfaz de salida se realiza con la idea de brindar un ambiente sencillo y amigable al usuario.
2.4. Modulo de comunicaciones
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Para la decodificación y control del sistema se utiliza el PIC 16F877A y se desarrolla un código
que permita interactuar con el hardware. A continuación se detalla todas las etapas y secuencia
de operación.
El programa en el Microcontrolador PIC debe realizar las siguientes tareas, para cumplir con los
objetivos planteados:
¾ El Microcontrolador debe establecer un enlace con el modulo GSM (Enfora GSM0108) por
medio del puerto serial [6].
¾ Una vez establecida la comunicación entre los dos dispositivos se debe programar el
Microcontrolador para que transmita los caracteres que forman los comandos AT.
¾ El PIC siempre está detectando los datos que ingresa el usuario, para ser decodificados y
enviados.
¾ Dependiendo del comando recibido, el PIC ejecutara envío del mensaje. Estas funciones se
ejecutan de manera secuencial y ordenada, formando así el programa principal, estructura
que se muestra en el diagrama de flujo de la Fig. 4.
Figura 4. Diagrama de envío de Mensajes SMS
2.5. Modulo de almacenamiento
La memoria interna es utilizada como buffer de entrada y salida del módulo de comunicaciones,
la memoria externa se utiliza para almacenar los datos que se van a presentar y el mapa de bits
con la información que se envía a para visualización y reproducción [7]. El Microcontrolador
está diseñado para que en su memoria de programa se almacenen todas las instrucciones del
programa de control. Como éste siempre es el mismo, debe estar grabado de forma permanente.
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El tipo de información almacenada es un arreglo de matrices por la cual se hace la equivalencia
entre el carácter ingresado a código ASCII. El programa que se realizo con la finalidad de que el
usuario interactúe de forma directa con el sistema y es aquí donde se ingresa los datos (palabras
o frases) que se deseen reproducir o enviar, este tiene por objeto detectar si se ingresa algún dato,
verificando la palabra o frase como se muestra en la Fig.5.
Figura 5. Diagrama de flujo de Almacenamiento
3. Resultados
En la implementación final y las pruebas se obtuvo un prototipo de Dispositivo electrónico de fácil acceso
y comprensión a un costo razonable que permite mejorar tiempos en el proceso de aprendizaje
inicial de la escritura braille, elevando el grado de autonomía del usuario, como se indica en la
Fig.6.
Figura 6. Tablero digital Braille
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3.1. Validación
Las pruebas y validación se realizan en la Biblioteca del Tunal en la sala de Tecnología para
discapacitados y en el INCI (Instituto Nacional para ciegos), con los Docentes encargados del
área de aprendizaje de escritura braille.
Se realizan las pruebas con cinco personas en situación de discapacidad visual que inician el
proceso de aprendizaje de escritura braille. Estas pruebas se realizan para determinar si el
dispositivo corresponde a las necesidades de mejoramiento del aprendizaje.
Prueba Preliminar: El trabajo de manipulación del tablero digital permite la familiarización cada
vez mas de el signo generador braille y con el apoyo del sintetizador de voz se hace más fácil
conocer, localizar e identificar los puntos del signo generador en el proceso de escritura.
Primera Prueba: Se ingresa en el tablero digital braille la frase “Dios nos bendiga”, el tiempo de
respuesta para comenzar a decir la frase después de pulsar el botón reproducir es de 4 segundos
aproximadamente.
Segunda prueba: Se ingresa en el tablero digital braille la frase “Un muy buen día” el tiempo de
respuesta para comenzar a decir la frase después de pulsar el botón reproducir es de 5 segundos
aproximadamente.
Tercera Prueba: El tiempo de envío del mensaje SMS desde el modulo GSM a un móvil de
destino del operador Comcel con la misma frase, su tiempo de respuesta es de 3 minutos
aproximadamente.
Cuarta Prueba: El tiempo de envío del mensaje SMS desde el modulo GSM a un móvil de
destino del operador Tigo con la misma frase, su tiempo de respuesta es de 4,3 minutos
aproximadamente.
Quinta Prueba: El tiempo de envío del mensaje SMS desde el modulo GSM a un móvil de
destino del operador Movistar con la misma frase, su tiempo de respuesta es de 4 minutos
aproximadamente.
Sexta Prueba: Si se ingresa un punto en el cajetín incorrecto el tiempo de Reset del punto es de 1
segundo.
Séptima Prueba: La utilización de restos visuales permite notablemente un aprendizaje con
menos tiempos en la utilización y el aprendizaje del sistema
Octava Prueba: Debido a que en el proceso de aprendizaje, se presentan inseguridades al
escribir, pueden presentarse omisiones, sustituciones de letras y palabras parecidas o perdida de
línea, el dispositivo nos brinda un 95% de confiabilidad al reproducir lo que se escribe, dicho
proceso permite mejorar significativamente los tiempos de aprendizaje.
Novena Prueba: El cajetín que no se le ha marcado ningún punto lo interpreta como espacio lo
cual es correcto.
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Décima Prueba: Reconoce adecuadamente el ingreso de la secuencia de puntos para que
determine cuando es un número y esto permita identificar el envío un mensaje de texto.
Es necesario trabajar de derecha a izquierda e invertir el orden de los números en el cajetín, se
debe escribir punteando de forma ordenada.
Se eleva el tiempo de autonomía en el aprendizaje inicial de escritura braille en un 80% con
respecto al sistema tradicional.
La siguientes tablas presentan los tiempos aproximados de reproducción y envío de SMS con
diferentes operados después de ingresar los caracteres al tablero digital Braille.
Tabla 1. Tabla comparativa de tiempos de respuesta en reproducción de voz
Tabla 2. Tabla comparativa de tiempos en envío de mensajes SMS
3.1.1. Tiempos de aprendizaje. Se debe tener en cuenta en el proceso de aprendizaje de
escritura, el estimulo personal por aprender de la persona invidente ya que esta no cuenta con
estímulos propios por lo que es necesario hacer atractivo el proceso. Otros aspectos a tener en
cuenta:
¾ Apoyo familiar
¾ La edad de la persona
¾ El grado de desarrollo del tacto. Se debe tener en cuenta que no toda persona con limitación
visual tiene un mayor desarrollo del sentido de tacto.
¾ La forma de aprendizaje. Implica habilidades profundas en el método utilizado para la
consecución de la meta.
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Para medir los tiempos de aprendizaje contamos con la colaboración de la Biblioteca Tunal y
del INCI (Instituto Nacional para Ciegos), los cuales proporcionaron a disposición docentes de
braille que con reuniones teóricas y prácticas periódicas, llegamos a los siguientes resultados:
¾ El tiempo máximo para un estudiante de braille de escribir un carácter o cajetilla es de 2
minutos
¾ El tiempo mínimo promedio de digitar o escribir un carácter es de 2 segundos, alcanzado
únicamente por los docentes los cuales gracias a su habilidad adquirida por años de práctica.
Con el prototipo digital se mejora el aprendizaje del lenguaje y la velocidad de digitación ya que
el estudiante recibe una confirmación audible cada vez que ingrese un carácter, esto genera un
reflejo condicionado y una reacción mas rápida en el momento de expresar una idea. El
abecedario tiene 27 letras, el cual tiene una representación en braille. Medimos el tiempo de
aprendizaje de los diferentes caracteres y su obtuvo la siguiente gráfica.
Figura 7. Gráfica Comparativa
El usuario aprende por medio del tacto es la localización de sonido. Si el niño pequeño voltea
sus ojos hacia los sonidos familiares, tales como la voz la mamá, el medio de aprendizaje
predominante es el oído. El aprendizaje por medio del oído sincroniza con el aprendizaje del
tacto aumenta la información del usuario que recibe de su medio ambiente. Usa sus habilidades
del oído usualmente depende de las señas táctiles para añadir más detalles a la información que
capta por medio de su oído.
3.2. Porcentaje de error
El porcentaje de error del sistema es de 10% debido a que se puede presentar una pronunciación
no acentuada es decir no hay diferencia por ejemplo entre papa y papá y la no posible
identificación de caracteres especiales.
3.3. Costos
La siguiente tabla resume los costos de materiales utilizados en la elaboración del prototipo.
Tabla 3. Costos de Componentes
COSTOS
CANT
COMPONENTE
CARACTERISTICAS
VALOR
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1
LCD
2X20
$22.000
20
LAMINAS DE CONTACTO
LAMINAS DE
COBRE
$20.000
2
MICROCONTROLADORES
16F877
$20.000
1
BAQUELITA
CIRCUITO IMPRESO
$25.000
2
1
2 V-STAMP +
PROGRAMADOR
SINTETIZADOR DE
VOZ
$465.000
GASTOS DE ENVIO VSTAMP
7 DOLARES POR
LIBRA+10% DEL
FLETE + 16% IVA
$145.000
2
IRF 740
MOSFET
1
LM1117
REGULADOR 3.3V
1
MODULO GSM
MODULO GSM
40
RESISTENCIAS
1
PROGRAMADOR USB
$10.000
$1.600
$300.000
$2.000
PROGRAMADOR
PIC
$80.000
2
CRISTALES 20M
4
CONDESADORES
22pf
$2.000
1
PARLANTE
8 OHMIOS / 1W
2
PULSADORES
1
CAJA DE ACRILICO
$50.000
1
$1.000
6
ZUMBADOR PIEZO
ELECTRICO
LED
1
INTERRUPTOR
$1.000
1
CABLE RIBBON
$8.000
4
CONECTORES RIBBON
$ 4.000
2
BASES
MICROCONTROLADORES
TOTAL
$ 2.000
$400
$3000
$1.500
$1.500
$ 1.165.000
3.4. Especificaciones Técnicas
En la siguiente tabla se describen los parámetros técnicos del sistema:
Tabla 3. Parámetros Técnicos del sistema
4. Conclusiones
El desarrollo del proyecto cumple con los objetivos propuestos inicialmente. Al terminar este
desarrollo se tiene un dispositivo electrónico que permite mejorar los tiempos de aprendizaje de
la escritura braille. Además de esto se pudo implementar como valor agregado un Modulo GSM
que permite enviar mensajes de texto desde el prototipo a un móvil de destino.
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El sistema desarrollado facilita el proceso de escritura del lenguaje braille, con la supervisión de
un instructor, se puede obtener un proceso integral donde se conjugan la pedagogía y la
tecnología.
El trabajo realizado en la implementación de este proyecto demuestra que es posible desarrollar
proyectos que tengan un aporte en la inclusión social de personas en situación de discapacidad
visual en el País.
El modulo de comunicaciones funciona en cualquier sitio con cobertura GSM y permite tener
una conexión transparente a la red móvil celular GSM, mediante la utilización de comandos AT.
Con la realización de este proyecto podemos concluir que se ha desarrollado una herramienta
eficaz para el proceso de aprendizaje de escritura braille. Este dispositivo permite que el tiempo
de aprendizaje se reduzca en comparación con los métodos tradicionales, permitiendo que la
persona en situación de discapacidad visual interactué con el dispositivo de una manera sencilla.
Este dispositivo puede ser usado por personas videntes que deseen adquirir conocimiento en la
escritura Braille.
La utilización de restos visuales permite notablemente un aprendizaje rápido en la utilización
del sistema.
5. Recomendaciones
Dentro del desarrollo del proyecto es importante identificar las líneas de trabajo para dar
continuidad al esfuerzo invertido. Por esto, esta sección pretende recomendar el trabajo futuro
que es necesario realizar para seguir avanzando en el desarrollo de tecnologías de enseñanza
para personas en situación de discapacidad visual. Estas líneas pueden resumirse en los puntos
siguientes:
¾ La implementación y adaptación de una interfaz USB la cual permita la comunicación con un
PC para guardar los datos que se ingresen al modulo. Este desarrollo sería muy práctico ya
que funcionaría como una agenda digital para invidentes.
¾ Desarrollar Módulos de enseñanza de diferentes áreas que se puedan implementar en el
prototipo. Se deja el registro de Código completo de la implementación con el fin de facilitar
las modificaciones de este dispositivo y las posibles mejoras futuras con fines de inclusión
social en personas discapacitadas especialmente con recursos limitados.
La implementación de un sistema de celdas de lectura braille que complete el prototipo detallado
en esta monografía, creando un dispositivo totalmente portable con fines de aprendizaje.
6. Agradecimientos
Universidad Distrital Francisco José de Caldas, INCI (Instituto Nacional para ciegos), CRAC
(Centro de Rehabilitación para Adultos Ciegos), Red Capital de Bibliotecas Públicas.
7. Referencias
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[1].
[2].
[3].
Declaración de los Derechos de los Impedidos (1975). La Convención Interamericana contra
todas las formas de Discriminación contra las Personas Discapacitadas OEA (1999)
ratificada por Colombia Ley 762 de (2002). [En línea] Disponible en: Instituto Nacional para
Ciegos – INCI Fuentes de Información estadística de la población con limitación visual
disponible en http://www.inci.gov.co/info_estadistica.shtml (Consultado de 15-10-2009)
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en: http://www.mineducacion.gov.co/1621/articles-85906_archivo_pdf.pdf (Consultado de
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2000.
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http://www.pos.gov.co/Documents/Archivos/Normatividad_Regimen_Contributivo/resolucio
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Braille
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Disponible
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PIC16F87XA
Data
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Disponible
en:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39582b.pdf (Consultado 05 -03-2009)
LUZ MARLEN SABOGAL MORENO. Ingeniera en Telecomunicaciones – Universidad
Distrital Francisco Jose de Caldas. Temas de Interés: Telecomunicaciones, Redes, DSP,
Dispositivos Móviles, sistemas de información, Gestión de tecnología.
GIOVANNI LEANDRO RIOS. Estudiante de Ingeniería de Telecomunicaciones – Universidad
Distrital Francisco Jose de Caldas. Temas de Interés: Redes, Telecomunicaciones.
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