Cronometraje RFID para carreras

El Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Ciudad de México (ITESM CCM), organiza anualmente la "Carrera TEC", una competencia atlética de 5 y 10 kilómetros con aproximadamente 1000 participantes. Actualmente, la organización renta un sistema de cronometraje basado en tecnología RFID, compuesto por lectores, antenas y etiquetas, además de una base de datos para gestionar la información. Sin embargo, el costo de alquiler de este equipo representa un gasto significativo para el ITESM CCM. Esta situación plantea la necesidad de buscar una solución más económica y eficiente para el cronometraje de la carrera, sin sacrificar la precisión y fiabilidad de los resultados. La existencia de sistemas alternativos, como el 'Foto Finish', con un costo estimado de $500,000 pesos, refuerza la necesidad de un sistema más accesible. La investigación de alternativas más económicas y eficaces es primordial para la viabilidad del evento a futuro. Además se mencionan empresas como IPICO SPORTS, CHAMPIONCHIP y AMBIT ACTIVE que ofrecen sistemas de cronometraje basados en RFID, pero que no son utilizados en competencias internacionales debido a la falta de precisión. El alto costo del cronometraje actual es un punto crucial que este proyecto busca solucionar.

Para abordar el problema del alto costo del cronometraje en la Carrera TEC, se propone el desarrollo de un prototipo de sistema de medición de tiempos basado en tecnología RFID. Este proyecto busca que cada corredor sea detectado al cruzar una antena situada en la línea de meta. La información recolectada se enviará a una computadora para su administración en una base de datos. El sistema se basa en la colocación de antenas emisoras y receptoras, posiblemente integradas en alfombras de tartán en la línea de meta, conectadas a un lector RFID. Cada corredor llevará una etiqueta RFID (posiblemente en el tenis) que emitirá un código relacionado con su número dorsal. Al cruzar la línea de meta, la etiqueta se energiza y envía su código de identificación al lector, que a su vez lo envía a una base de datos para su procesamiento. El sistema propuesto busca ser una alternativa más económica al sistema de alquiler actual, aprovechando las ventajas de la tecnología RFID en términos de precisión, almacenamiento de datos y facilidad de manejo. La propuesta se centra en el desarrollo de un sistema eficiente y económico para el evento deportivo.

El documento compara el sistema propuesto con otras opciones de cronometraje. Se menciona el sistema 'Foto Finish', con un costo aproximado de $500,000 pesos, como una alternativa costosa. También se hace referencia a sistemas de cronometraje RFID comerciales ofrecidos por empresas como IPICO SPORTS, CHAMPIONCHIP, y AMBIT ACTIVE. Sin embargo, se destaca que estos sistemas, a pesar de utilizar tecnología RFID, no son empleados en competencias internacionales debido a la percepción de una menor precisión en comparación con los sistemas oficiales. El costo del prototipo propuesto se estima en $52,110 pesos mexicanos, significativamente menor que el costo del sistema de alquiler actual y del 'Foto Finish'. Este costo incluye un lector RFID, tres antenas, un portal, etiquetas enmicadas y el trabajo de los ingenieros involucrados en el desarrollo del proyecto. La diferencia sustancial de costos entre el prototipo y las alternativas comerciales destaca la viabilidad económica de la propuesta. La investigación de costo es un aspecto importante de este proyecto.

El proyecto comenzó evaluando diferentes etiquetas RFID de distintos fabricantes. Inicialmente se consideraron las etiquetas EPC Class 1 Gen 2 Avery Dennison (AD-622) y EPC Class 1 Gen 2 Avery Dennison (AD-431), pero fueron descartadas debido a problemas con la fecha de entrega. Finalmente, se optó por realizar las pruebas con las etiquetas UHF Alien Squiggle y EPC Class 1 Gen 2 Avery Dennison (AD-222). La elección de la etiqueta RFID es crucial para el correcto funcionamiento del sistema, influyendo en la precisión de la lectura y en la resistencia a las interferencias. Se llevaron a cabo pruebas comparativas entre las etiquetas seleccionadas para determinar su eficiencia, en especial en relación a la resistencia a la interferencia de la humedad y el contacto con la piel, siendo las etiquetas UHF Alien Squiggle, las finalmente utilizadas. El buen desempeño de las etiquetas Alien Squiggle, en particular el modelo ALL-9440 (Squiggle 2.2), que ofrece una buena relación precio-desempeño, se destaca como factor importante en la selección. La capacidad de operar con productos que contengan metal o agua es una característica fundamental para este tipo de aplicación.

Para asegurar la máxima eficiencia del sistema de lectura, se realizaron diversas pruebas para optimizar la colocación de las antenas y etiquetas RFID. Una prueba crucial consistió en determinar el ángulo de inclinación óptimo de las antenas ubicadas en la parte superior del portal de lectura. Considerando la variabilidad en la estatura de los corredores (con una altura promedio del pecho a la cabeza de 60 cm en la población mexicana), se colocaron etiquetas Alien Squiggle a diferentes alturas (0.71m, 0.81m, 0.91m, 1.01m, 1.11m, 1.21m y 1.31 m) para evaluar el ángulo que maximiza la cantidad de lecturas. Se llevaron a cabo pruebas en un laboratorio y posteriormente en un estacionamiento, con un portal de 4m de ancho y 2.1 m de alto, probando la colocación de las etiquetas en el pecho y en la espalda de los corredores. Los resultados de estas pruebas permitieron determinar que la posición ideal de la etiqueta Alien Squiggle es en la espalda del corredor, con las antenas inclinadas a 43 grados. También se probó la eficiencia de un material enmicado para proteger la etiqueta RFID de la interferencia del agua y el contacto con la piel, demostrando su eficacia en la obtención de lecturas precisas. Finalmente, se determinó que se necesitan 3 antenas separadas a 1.1m una de la otra para cubrir el ancho del portal de 4m y asegurar lecturas efectivas.

El sistema de cronometraje RFID se compone de un lector Mercury 4 de ThingMagic, capaz de leer etiquetas que cumplen con los estándares ISO y EPC. Se utiliza el protocolo Gen2, por su alta capacidad de lectura y algoritmos anticolisión, para la comunicación entre las etiquetas y el lector. La transmisión de datos del lector a una computadora se realiza mediante un puerto Ethernet 10/100. La base de datos, implementada en MySQL, cuenta con registros para información de la carrera (ubicación, hora, descripción), corredores (nombre, fecha de nacimiento, categoría), y otros datos relevantes. La aplicación, desarrollada en Java con NetBeans, permite la comunicación con el lector utilizando comandos RQL (para consultas) a través del puerto 8080, y facilita la adición de datos a la base de datos. La interfaz del sistema está desarrollada en HTML, ofreciendo una manera sencilla de ingresar información y visualizar los resultados. La base de datos MySQL es multiusuario y multiplataforma, permitiendo el acceso simultáneo de varios usuarios. La comunicación entre la computadora y un servidor externo (vía internet) se lleva a cabo para el almacenamiento de los datos de la carrera. El diseño del sistema es modular, flexible, y pensado para ser eficiente en el registro, procesamiento y despliegue de la información.

Las pruebas realizadas para optimizar la posición de las antenas y etiquetas RFID arrojaron resultados significativos. Se determinó que la mejor ubicación de las etiquetas Alien Squiggle es en la espalda de los corredores, con las antenas inclinadas a 43 grados. Esta configuración maximizó la cantidad de lecturas exitosas. Pruebas con la etiqueta en el pecho no mostraron el mismo nivel de éxito. Se realizaron pruebas variando la altura de las etiquetas, simulando diferentes estaturas de corredores, y se concluyó que la inclinación de 43° es la que proporciona el mejor rendimiento. También se encontró que las etiquetas UHF Alien Squiggle presentan problemas de lectura cuando están húmedas o en contacto directo con la piel. Para solucionar este inconveniente, se probó un encapsulado con mica dura, el cual demostró ser efectivo en la prevención de interferencias causadas por el agua y el contacto con la piel, garantizando lecturas consistentes y confiables. La prueba con 6 etiquetas en una camioneta en movimiento, a velocidades entre 35 y 40 km/h, también aportó datos valiosos para ajustar el diseño final. El estudio destaca la importancia de la ubicación de las antenas y las etiquetas para lograr una correcta detección.

Se llevó a cabo una prueba de cronometraje con 26 corredores en una carrera de 400 metros, utilizando el prototipo del sistema RFID. Si bien el sistema logró cronometrar satisfactoriamente a todos los participantes, se detectó una limitación del sistema para carreras cortas. El software registró al corredor número 7 llegando antes que el corredor número 23, a pesar de que ambos tenían el mismo tiempo. Esto se atribuye a la proximidad de los corredores en una carrera corta, donde la separación entre ellos es mínima, a diferencia de las carreras de fondo donde la distancia entre corredores es mayor. Esta observación indica que el sistema, en su configuración actual, es más adecuado para carreras de 5 km o más, donde la separación entre los corredores es suficiente para evitar ambigüedades en la detección. La prueba resalta la importancia de considerar la distancia de la carrera al diseñar e implementar un sistema de cronometraje preciso. El resultado puso de manifiesto la necesidad de ajustes o consideraciones adicionales para carreras de distancias menores.

En resumen, el proyecto logró desarrollar un prototipo de sistema de cronometraje RFID funcional y costo-efectivo para eventos deportivos. Las pruebas realizadas permitieron optimizar la ubicación de las etiquetas (en la espalda) y las antenas (inclinación de 43°), asegurando la máxima eficiencia del sistema. El uso de etiquetas enmicadas con mica dura mitigó satisfactoriamente los problemas de interferencia causados por la humedad y el contacto directo con la piel. Sin embargo, se evidenció la necesidad de considerar la distancia de la carrera para evitar errores de cronometraje en eventos de corta distancia. Se concluye que el prototipo es eficiente para carreras de 5 km en adelante. Como recomendaciones se propone implementar un sistema de preinscripciones en línea, y un diseño claro de los pasos a seguir para aplicar el sistema en futuros eventos. También se sugiere seguir evaluando la selección de la etiqueta RFID, aunque las utilizadas en la prueba final no generaron problemas. La investigación realizada demuestra la viabilidad de un sistema de cronometraje RFID económico y eficiente, superando las limitaciones de los sistemas actuales.