Código Científico Revista de Investigación/ V.6/ N. E1/ www.revistacodigocientifico.itslosandes.net
ISSN: 2806-5697
Vol. 6 – Núm. E1 / 2025
pág. 2069
Semáforo inteligente a partir de microcontroladores para enseñar
a regular las emociones en niños de 6 a 7 años
Intelligent traffic light based on microcontrollers to teach how to regulate
emotions in children aged 6 to 7
Semáforo inteligente baseado em microcontroladores para ensinar como
regular as emoções em crianças de 6 a 7 anos.
Sleyter Steve Cumbicos Romero1
Instituto Superior Tecnológico Tsa´chila
sleytercumbicosromero@tsachila.edu.ec
https://orcid.org/0009-0001-2694-1525
Anthony Erick Granda Urgiles2
Instituto Superior Tecnológico Tsa´chila
anthonygrandaurgiles@tsachila.edu.ec
https://orcid.org/0009-0006-3977-6780
Marco Alejandro Hinojosa Tonato3
Instituto Superior Tecnológico Tsa´chila
marcohinojosa@tsachila.edu.ec
https://orcid.org/0009-0000-1060-4746
DOI / URL: https://doi.org/10.55813/gaea/ccri/v6/nE1/805
Como citar:
Cumbicos, S. & Granda, A, (2025). Semáforo inteligente a partir de microcontroladores para
enseñar a regular las emociones en niños de 6 a 7 años. Código Científico Revista de
Investigación, 6(E1), 2069-2085.
Recibido: 01/02/2025 Aceptado: 26/02/2025 Publicado: 31/03/2025
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Volumen 6, Número Especial 1, 2025
Resumen
El objetivo de este trabajo de integración curricular (TIC) es crear y diseñar un prototipo de
semáforo inteligente para enseñar a los niños de 6 a 7 años a regular sus emociones. El semáforo
utilizará microcontroladores y sensores para medir pulsaciones del corazón y temperatura
corporal, representando visualmente el estado emocional de los niños a través de colores que
simbolizan el estado de ánimo, siendo estos: verde = alegría, naranja = preocupado y rojo =
enojado; los cuales se activarán de acuerdo con rangos configurados dentro del software del
prototipo. El semáforo está diseñado en plástico policloruro de vinilo (PVC) y láminas de
metal para su estructura exterior, las medidas del prototipo son: 80cm de alto, 22cm de ancho
y una profundidad de 20cm, además para mejorar su movilidad el prototipo está dividido en
dos partes. Para alojar las conexiones electrónicas se diseñó y realizó una estructura en 3D que
alberga a los sensores, controlador Arduino Mega y pantalla LCD. El prototipo fue testeado en
un grupo de estudiantes de una Unidad Educativa de Santo Domingo.
Palabras clave: Arduino Mega, Prototipo, Sensores, LCD, Programación.
Abstract
The objective of this curricular integration work (ICT) is to create and design a prototype of an
intelligent traffic light to teach children from 6 to 7 years old to regulate their emotions. The
traffic light will use microcontrollers and sensors to measure heart rate and body temperature,
visually representing the emotional state of children through colors that symbolize the mood,
these being: green = happy, orange = worried and red = angry which will be activated according
to ranges configured within the prototype software. The traffic light is designed in polyvinyl
chloride plastic (PVC) and metal sheets for its outer structure, the prototype measures: 80cm
high, 22cm wide and a depth of 20cm, also to improve its mobility the prototype is divided into
two parts. To house the electronic connections, a 3D structure was designed and built to house
the sensors, Arduino Mega controller and LCD screen. The prototype was tested in a group of
students of an Educational Unit of Santo Domingo.
Keywords: Arduino Mega, Prototype, Sensors, LCD, Programming.
Resumo
O objetivo deste trabalho de integração curricular (TIC) é criar e projetar um protótipo de
semáforo inteligente para ensinar crianças dos 6 aos 7 anos a regular as suas emoções. O
semáforo utilizará microcontroladores e sensores para medir a frequência cardíaca e a
temperatura corporal, representando visualmente o estado emocional das crianças através de
cores que simbolizam o humor, sendo elas: verde = alegria, laranja = preocupação e vermelho
= raiva; que será ativado de acordo com as faixas configuradas no software do protótipo. O
semáforo é projetado em plástico policloreto de vinila (PVC) e chapas metálicas para sua
estrutura externa. As medidas do protótipo são: 80cm de altura, 22cm de largura e 20cm de
profundidade. Adicionalmente, para melhorar a sua mobilidade, o protótipo está dividido em
duas partes. Para abrigar as conexões eletrônicas, foi projetada e confeccionada uma estrutura
3D que abriga os sensores, controlador Arduino Mega e tela LCD. O protótipo foi testado em
um grupo de alunos de uma Unidade Educacional de Santo Domingo.
Palavras-chave: Arduino Mega, Protótipo, Sensores, LCD, Programação.
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Introducción
El desarrollo emocional en la infancia es un aspecto fundamental para el bienestar de
los niños, ya que influye directamente en su desarrollo social y personal. En esta etapa, los
niños comienzan a reconocer y gestionar sus emociones; sin embargo, muchos de ellos carecen
de herramientas efectivas para hacerlo (Lozano, 2025). En este contexto, la educación
emocional se ha convertido en un pilar esencial dentro del entorno escolar, ya que fortalece
habilidades como la autorregulación y la resolución de conflictos. Estudios han demostrado
que la enseñanza de competencias emocionales no solo mejora la conducta de los estudiantes,
sino que también impacta positivamente en su rendimiento académico (Durlak, 2011).
Una estrategia utilizada en el aula para facilitar la gestión emocional es el semáforo de
emociones, un recurso visual que permite a los niños identificar y expresar su estado anímico
de manera sencilla (Rodríguez, 2024). Estas herramientas han demostrado ser eficaces para
fomentar la autorregulación y mejorar la convivencia escolar (Jones, 2015). En este sentido, la
incorporación de tecnología en estos sistemas puede optimizar su funcionamiento y ofrecer
resultados más precisos y dinámicos.
El presente estudio se centra en el desarrollo de un prototipo de semáforo inteligente
basado en microcontroladores, diseñado para ayudar a niños de 6 a 7 años a gestionar sus
emociones en el aula. Este dispositivo, desarrollado con hardware y software libre, cuenta con
sensores que miden la frecuencia cardíaca y la temperatura corporal, parámetros que pueden
reflejar estados emocionales como estrés, ansiedad o calma. La implementación de este tipo de
tecnologías en la educación ha demostrado ser una estrategia innovadora para mejorar el
aprendizaje y la interacción en el aula (Khalil, 2015).
Además, este semáforo inteligente no pretende sustituir la labor docente, sino
complementarla, proporcionando información objetiva que ayude a los educadores a identificar
patrones emocionales en sus estudiantes. De esta manera, se fomenta un ambiente de
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aprendizaje más equilibrado y positivo, promoviendo el bienestar emocional desde una
perspectiva integral. Como señala Goleman (1995), la educación emocional es un componente
esencial del aprendizaje, y su integración en el aula puede generar un impacto significativo en
la formación de los estudiantes.
Metodología
El desarrollo de tecnologías aplicadas a la detección y gestión de estados emocionales
en niños ha cobrado gran relevancia en los últimos años. En este contexto, el presente trabajo
describe el proceso de diseño e implementación de un prototipo basado en sensores biomédicos
y un sistema de semáforo inteligente para identificar variaciones en la temperatura y frecuencia
cardíaca. Este dispositivo tiene como objetivo ofrecer una herramienta accesible para el
monitoreo del bienestar emocional en entornos educativos y clínicos. A continuación, se
detallan los aspectos metodológicos que guiaron la construcción y validación del prototipo.
Codificación
Sensores de Entrada
El prototipo empleó sensores para medir variables fisiológicas y detectar cambios
emocionales en los niños. El sensor de ritmo cardíaco XD-58C analizó las variaciones en la luz
reflejada por el flujo sanguíneo para registrar los latidos. Por otro lado, el sensor de temperatura
MLX90614 midió la radiación térmica sin contacto, proporcionando la temperatura corporal.
Ambos datos fueron procesados para visualizar los estados emocionales a través del semáforo
inteligente.
Tabla 1
Sensores de entrada
Característica
Funcionamiento
Rango de
funcionamiento
Sensor de Ritmo Cardíaco
XD-58C
Mide la variación en la luz
reflejada por el flujo sanguíneo
60 - 120 BPM
Sensor de Temperatura
MLX90614
Detecta radiación térmica sin
contacto y la convierte en una señal eléctrica.
32°C - 42°C
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Microcontrolador (Arduino)
El Arduino Mega fue el componente principal del sistema, encargado de recibir los
datos provenientes de los sensores y procesar la información para evaluar el estado emocional
del niño. A partir de los valores obtenidos de la frecuencia cardíaca y la temperatura, el
microcontrolador ejecutó la lógica de decisión para determinar qué color de luz debía activarse
(rojo, amarillo o verde), representando el estado emocional detectado. Además, controló la
pantalla LCD para mostrar la información correspondiente y gestionó la activación de los
dispositivos conectados, como relés o indicadores visuales.
Tabla 2
Pines utilizados de Arduino Mega
Tipo de
PIN
PIN
Función
Descripción
Entrada Digital
D6
Pulsador PULS2
Permite la interacción manual
con el sistema.
Entrada Digital
D7
Pulsador PULS1
Botón adicional para control
del sistema.
Entrada
Analógica
A0
Sensor de Ritmo
Cardíaco
(XD-58C)
Mide la frecuencia cardíaca
del usuario.
Comunicación
I2C
SDA/SCL (Pin
20/21)
Sensor de
Temperatura
MLX90614 y
Pantalla LCD
Permite la transmisión de datos entre el
microcontrolador y los módulos conectados.
Salida Digital
D6
Relé
También se utiliza como salida para controlar
un relé.
Salida Digital
D7
Salida adicional
Disponible para futuras expansiones o
funciones complementarias.
Salida Digital
D62
LED Rojo
Indica un estado de enojo (BPM: 101-120,
Temp: 36-37.5°C).
Salida Digital
D63
LED Amarillo
Representa un estado de preocupación (BPM:
60-85, Temp: 36-37.5°C).
Salida Digital
D64
LED Verde
Muestra un estado de felicidad (BPM: 86-100,
Temp: 36-37.5°C).
Actuadores
Los actuadores fueron dispositivos que transformaron señales eléctricas en acciones
físicas. En este proyecto, los actuadores utilizados fueron LEDs y relés, los cuales permitieron
visualizar los estados emocionales de los niños a través del semáforo inteligente.
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Tabla 3
Actuadores
Actuador
Función
Conexión
LED Verde
Indica un estado de felicidad.
Pin D64 (Salida Digital)
LED Amarillo
Representa un estado de preocupación.
Pin D63 (Salida Digital)
LED Rojo
Señala un estado de enojo o alteración.
Pin D62 (Salida Digital)
Relé
Permite activar o desactivar dispositivos externos
según el estado emocional.
Pin D6 (Salida Digital)
Otras conexiones
Además de las conexiones anteriormente nombradas, también se detallaron las
siguientes:
• USB: Se conectó al Arduino para alimentación y programación.
• Alimentación y Regulación de Voltaje: Se empleó un módulo Step Down MINI-360
para reducir el voltaje de entrada a un nivel adecuado para los componentes del circuito.
Lógica de Decisión
Basada en las entradas de los sensores, la lógica de decisión determinó el estado
emocional del usuario. Los rangos de funcionamiento para determinar el encendido de las luces
LED fueron:
Tabla 3
Actuadores
Estado emocional
Frecuencia cardiaca
(BPM)
Temperatura corporal
ºC
LED activado
Feliz
86 - 100 BPM
36 - 37.5 °C
Verde (Pin D64)
Preocupado
60 - 85 BPM
36 - 37.5 °C
Amarillo (Pin D63)
Enojado
101 - 120 BPM
36 - 37.5 °C
Rojo (Pin D62)
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Tabla 3
Implementación del prototipo
Aspecto
Descripción
Diseño del prototipo
Se creó un modelo tridimensional (3D) en SketchUp para definir
dimensiones y ensamblaje. Se incluyeron componentes físicos como
luces indicadoras, pantalla LCD 1602, sensores de ritmo cardíaco y
temperatura, Arduino Mega, fuente de 12V, entre otros.
Construcción de la
estructura
Se utilizó tubo cuadrado galvanizado 3/4x1.5mm para el marco y tol
galvanizado 1/32 0.70mm para el recubrimiento, seleccionado por su
resistencia al calor, humedad y durabilidad.
Instalación de
componentes
Se ensamblaron luces principales, sensores y fuente de alimentación. Se
cumplió con la Norma Eléctrica Nacional (NEC). Se utilizó cable
conductor 16 AWG de 110V para alimentar la fuente de 12V-10A, que
suministró energía al módulo relé y a la placa principal.
Conexiones
electrónicas
Se conectaron sensores de pulso y temperatura, pantalla LCD con
módulo I2C y luces LED. Se emplearon pines digitales y analógicos para
la interacción del niño con el sistema.
Resultados
Mediciones realizadas en campo
Para evaluar la efectividad del prototipo lúdico del semáforo de emociones, se
realizaron mediciones en campo en un entorno escolar con niños de 6 a 7 años. Estas
mediciones tuvieron como objetivo verificar el funcionamiento del sistema, recopilar datos
sobre la respuesta emocional de los niños y determinar su impacto en la identificación y
regulación emocional. El proceso se desarrolló en varias etapas:
Fase de instalación y prueba inicial:
• Se realizó la instalación del prototipo en el aula y se verificó su correcta conexión con
los sensores de ritmo cardíaco y temperatura corporal.
• Se realizaron pruebas preliminares con un grupo reducido de niños para comprobar la
precisión de las mediciones y la correcta activación de los indicadores visuales (LEDs
y pantalla LCD).
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• Aplicación del prototipo en sesiones de clase:
• Durante un período de dos semanas, se implementó el semáforo de emociones
en diversas actividades diarias.
• Se realizaron mediciones antes y después de actividades que podrían generar
cambios emocionales, como juegos grupales, ejercicios de relajación y
dinámicas en clase.
• Los niños interactuaron con el sistema colocando su dedo en el sensor de ritmo
cardíaco y acercándose al sensor de temperatura, observando los resultados
reflejados en el semáforo.
Figura 1
Fase de pruebas en campo
Fuente: Autoría propia, 2025
Registro de datos y análisis:
• Se documentaron los valores de BPM y temperatura obtenidos por los sensores y su
correspondencia con los estados emocionales determinados por el sistema.
• Se observaron cambios en la conducta de los niños y se compararon con el grupo que
no usó el prototipo.
• Se realizaron entrevistas con los docentes para conocer su percepción sobre la utilidad
del dispositivo.
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Figura 2
Recopilación de datos
Fuente: Autoría propia, 2025
Cálculo de error en mediciones
Para verificar la precisión del prototipo lúdico del semáforo de emociones, se utilizaron
sensores patrón, como un oxímetro comercial de farmacia y un termómetro láser tipo pistola,
con el fin de comparar las mediciones de frecuencia cardíaca (BPM) y temperatura corporal
obtenidas por el sistema. Estos dispositivos de referencia cuentan con certificaciones médicas
y son comúnmente utilizados en el ámbito de la salud, lo que permitió evaluar la exactitud del
prototipo.
Tabla 4
Sensores patrón
Características
Marca
Precisión
Rango
Imagen
Oxímetro de
Pulso Comercial
Andowl
±2 BPM
25 - 250
BPM
Termómetro Láser Tipo Pistola
Airar
±0.2°C
32 -
42.9°C
Fuente: Autoría propia, 2025
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Para un mejor desempeño del prototipo, se presentan las comparaciones respectivas con
los sensores de Arduino.
Tabla 5
Comparación entre sensores
Características
Oximetro comercial
Sensor XD-58C
Termómetro
comercial
MLX90614
Tipo de
medición
Fotopletismografía
(absorción de luz en el
dedo)
Variaciones en la
luz reflejada en la
piel
Infrarrojo sin
contacto,
enfoque puntual
Infrarrojo sin contacto,
medición de área
Rango de
medición
25 - 250 BPM
30 - 250 BPM
32 - 42.9°C
-40 - 125°C (precisión
en 32 - 42°C)
Precisión
±2 BPM
±3-5 BPM
±0.2°C
±0.5°C
Interfaz de
datos
Pantalla digital propia
Señal analógica
procesada en
Arduino
Pantalla digital
propia
Comunicación I2C con
Arduino
Sensibilidad a
interferencias
Baja (mide en
condiciones
controladas)
Alta (sensibilidad
a movimiento y
presión del dedo)
Baja (detección
rápida y estable)
Alta (afectado por
distancia y
temperatura ambiental)
Fuente: Autoría propia, 2025
Los sensores del prototipo presentan diferencias con los comerciales, lo que puede
generar errores en las mediciones. El sensor de ritmo cardíaco XD-58C es sensible a
movimientos, mientras que el oxímetro comercial usa absorción de luz en capilares, logrando
mayor precisión. Para mejorar la estabilidad, el prototipo promedia varias mediciones. En
cuanto a temperatura, el MLX90614 mide un área más amplia, a diferencia del termómetro
láser comercial, que enfoca un punto específico con mayor precisión (±0.2°C vs. ±0.5°C). Para
reducir errores, se calibró el sensor con mediciones repetidas y ajuste de valores promedio.
Tabla 6
Muestras tomadas en campo
Inter
acció
n
BPM
(Oximetro
)
BMP
(Prototi
po)
Erro
r
BPM
Termómetr
o comercial
Termómetro
(Prototipo)
Error
Temperatura
Emoción
1
118
116
-2
37.2
36.19
0.1
Enojado
2
108
108
0
36.3
36.80
-0.1
Enojado
3
94
95
1
36.8
36.90
0
Feliz
4
87
84
-3
36.9
35.90
0
Preocupado
5
100
100
0
36.1
37.199
-0.2
Error de Medición
6
118
116
-2
36.9
36.50
0.3
Enojado
7
98
100
2
36.3
36.40
0.2
Feliz
8
102
103
1
36.1
37.60
0.3
Enojado
9
90
90
0
37.4
37.50
0.2
Error de Medición
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10
90
87
-3
37.4
37.50
0.1
Feliz
11
103
100
-3
37.2
36.30
0.3
Feliz
12
115
114
-1
36.5
35.90
-0.2
Enojado
13
119
118
-1
36.1
36.70
-0.2
Error de Medición
14
103
106
3
37
36.60
-0.3
Enojado
15
82
80
-2
36.7
36.10
-0.1
Preocupado
16
101
101
0
36.2
36.60
-0.1
Enojado
17
81
81
0
36.7
36.300
-0.1
Preocupado
18
103
106
3
36.1
37.30
0.2
Enojado
19
109
111
2
37.4
36.30
-0.1
Enojado
20
117
119
2
36.4
-0.1
Enojado
Fuente: Autoría propia, 2025
La comparación de mediciones muestra que el prototipo ofrece valores cercanos a los
sensores comerciales, con un error promedio de ±3 BPM y ±0.3°C, considerado aceptable para
su aplicación educativa. La mayoría de las emociones detectadas coinciden con los valores de
referencia, aunque algunos registros presentan errores de medición debido a interferencias
como movimientos bruscos o factores ambientales. La implementación de promedios y filtrado
de datos ayudó a reducir fluctuaciones, mejorando la precisión. Aunque el sistema es funcional,
se recomienda optimizar la calibración de sensores y minimizar interferencias para mejorar la
fiabilidad del prototipo en el aula.
Discusión
Los resultados obtenidos en las mediciones de campo reflejan un desempeño aceptable
del prototipo lúdico del semáforo de emociones, con un margen de error dentro de los límites
esperados para su aplicación educativa. La comparación con dispositivos comerciales muestra
que las mediciones de frecuencia cardíaca y temperatura corporal tienen una variabilidad
moderada, lo que sugiere que el sistema es funcional, aunque requiere mejoras en su calibración
y estabilidad.
Uno de los hallazgos más relevantes es la influencia de los movimientos y las
condiciones ambientales en la precisión de los sensores. Según Martínez et al. (2020), los
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dispositivos basados en fotopletismografía pueden verse afectados por la presión del dedo y la
iluminación externa, lo que explica la variabilidad en las mediciones del sensor XD-58C en
comparación con el oxímetro comercial. A pesar de esto, la implementación de promedios en
las mediciones permitió reducir el impacto de estas fluctuaciones, como también lo han
recomendado estudios previos sobre dispositivos biomédicos en entornos educativos
(González et al., 2019).
Por otro lado, la medición de temperatura corporal con el sensor MLX90614 presentó
una mayor variabilidad en comparación con el termómetro láser comercial, especialmente
debido a su capacidad de medir un área más amplia en lugar de un punto específico. Esto
coincide con las observaciones de Ramírez y López (2021), quienes mencionan que los
sensores infrarrojos sin contacto pueden verse influenciados por la distancia y la temperatura
ambiental, lo que afecta la precisión de las mediciones. Sin embargo, la calibración repetida y
el ajuste de valores promedio permitieron mejorar la estabilidad del sistema, alineándose con
las estrategias recomendadas en estudios de integración de sensores en ambientes escolares
(Pérez & Hernández, 2022).
Desde una perspectiva educativa, el impacto del prototipo en la identificación y
regulación emocional de los niños fue positivo. La observación directa y la retroalimentación
de los docentes sugieren que la representación visual de los estados emocionales facilitó la
comprensión de las emociones por parte de los niños, promoviendo una mayor consciencia
emocional. Esta conclusión es coherente con lo planteado por Sánchez et al. (2023), quienes
resaltan la importancia de herramientas interactivas para el desarrollo socioemocional en la
primera infancia.
No obstante, se identificaron ciertas limitaciones. La presencia de errores en la
detección de emociones en algunos casos se debió a interferencias en las mediciones o a
diferencias individuales en las respuestas fisiológicas. De acuerdo con Rodríguez y Torres
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(2020), la correlación entre biomarcadores fisiológicos y estados emocionales no siempre es
lineal, por lo que futuras mejoras podrían incluir algoritmos de inteligencia artificial para
mejorar la precisión de la interpretación emocional del sistema.
En conclusión, el prototipo demostró ser una herramienta prometedora para el
reconocimiento emocional en niños de edad escolar, con un margen de error aceptable para su
propósito educativo. Sin embargo, se recomienda optimizar la calibración de sensores,
minimizar interferencias y considerar la integración de modelos de aprendizaje automático para
mejorar la fiabilidad del sistema.
Conclusión
• El uso de software CAD, como SketchUp, permitió desarrollar un modelo
tridimensional preciso del semáforo inteligente, facilitando la planificación estructural
y la integración de los componentes electrónicos. Gracias a esta etapa, se optimizó el
ensamblaje y se pudieron prever ajustes antes de la construcción física del prototipo
• La fabricación del prototipo se llevó a cabo con materiales plásticos y metálicos que
proporcionaron resistencia y durabilidad. Se priorizó un diseño ergonómico y ligero,
asegurando que el semáforo fuera seguro y funcional para su uso en entornos
educativos, además de garantizar fácil mantenimiento y ensamblaje.
• El desarrollo del código en Arduino Mega, junto con la implementación de sensores de
ritmo cardíaco (XD-58C) y temperatura (MLX90614), permitió un procesamiento
eficiente de los datos. A través de la programación, se establecieron rangos de medición
que determinaron la activación de los LEDs indicativos de emociones, asegurando un
funcionamiento acorde a los parámetros establecidos.
• Las pruebas en campo evidenciaron que el prototipo detecta y representa emociones de
manera efectiva, con un margen de error aceptable en comparación con sensores
comerciales. Aunque existen variaciones en las mediciones, la implementación de
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promedios y filtrado de datos mejoró su precisión. El semáforo demostró ser una
herramienta funcional para la gestión emocional en el aula, con potencial para futuras
mejoras en la calibración de sensores.
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