UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA I NGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL ELECTRÓNICA
ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DOMÓTICA PARA VIVIENDAS SOCIALES
Trabajo de Titulación para optar al Título de Ingeniero Civil Civil Electrónico
PROFESOR PATROCINANTE: Sr. Pedro Rey Clericus
FRANCISCO JAVIER CALVO TORRES VALDIVIA 2014
CONTENIDO I
RESUMEN, INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ..................................... .................. ...................... ... 1 I.1 I.2 I.3 I.4 I.5
II
RESUMEN ...................................... ................... ....................................... ........................................ .......................... ...... 1 SUMMARY ...................................... ................... ....................................... ........................................ .......................... ...... 2 INTRODUCCIÓN ....................................... .................... ........................................ .................................... ............... 3 Objetivo general ..................................... ................. ........................................ ....................................... ................... 5 Objetivos específicos ........................................ ..................... ....................................... ............................. ......... 5
INTRODUCCIÓN A LA DOMÓTICA ...................................... .................. .................................... ................ 6 II.1 II.2
Definición y características..................................... .................. ....................................... ....................... ... 6 Elementos de un sistema Domótico ...................................... .................. ............................. ......... 8
II.2.1
Controlador ...................................... .................. ........................................ ....................................... ................... 8
II.2.2
Nodos ..................................... ................. ........................................ ........................................ ............................. ......... 9
II.2.3
Actuadores ....................................... ................... ........................................ ..................................... ................. 10
II.2.4
Sensores ....................................... ................... ........................................ ....................................... ..................... 10
II.2.5
Canal de comunicación ....................................... .................... ..................................... .................. 11
II.3
Aplicaciones ........................................ .................... ........................................ ....................................... ..................... 11
II.3.1
Domótica y eficiencia energética ........................................ .................... ........................ .... 11
II.3.2
Seguridad...................................... .................. ........................................ ....................................... ..................... 14
II.3.3
Climatización. ..................................... .................. ........................................ .................................. ............. 15
II.3.4
Integración de electrodomésticos electrodomésticos inteligentes inteligentes ......................... .................. ....... 16
II.4
Arquitectura de redes ....................................... .................... ....................................... ........................... ....... 16
II.4.1
Arquitectura Centralizada........................................ .................... .................................. .............. 16
II.4.2
Arquitectura distribuida ...................................... ................... ..................................... .................. 18
II.4.3
Arquitectura Mixta ..................................... .................. ....................................... ........................... ....... 19
II.5
Protocolos de comunicación ...................................... ................... ..................................... .................. 20
II.5.1
X.10 o Power Line Carrier (PLC) (PLC) ...................................... .................. ........................... ....... 22
II.5.2
LonWorks ...................................... .................. ........................................ ....................................... ..................... 23 I
CONTENIDO I
RESUMEN, INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ..................................... .................. ...................... ... 1 I.1 I.2 I.3 I.4 I.5
II
RESUMEN ...................................... ................... ....................................... ........................................ .......................... ...... 1 SUMMARY ...................................... ................... ....................................... ........................................ .......................... ...... 2 INTRODUCCIÓN ....................................... .................... ........................................ .................................... ............... 3 Objetivo general ..................................... ................. ........................................ ....................................... ................... 5 Objetivos específicos ........................................ ..................... ....................................... ............................. ......... 5
INTRODUCCIÓN A LA DOMÓTICA ...................................... .................. .................................... ................ 6 II.1 II.2
Definición y características..................................... .................. ....................................... ....................... ... 6 Elementos de un sistema Domótico ...................................... .................. ............................. ......... 8
II.2.1
Controlador ...................................... .................. ........................................ ....................................... ................... 8
II.2.2
Nodos ..................................... ................. ........................................ ........................................ ............................. ......... 9
II.2.3
Actuadores ....................................... ................... ........................................ ..................................... ................. 10
II.2.4
Sensores ....................................... ................... ........................................ ....................................... ..................... 10
II.2.5
Canal de comunicación ....................................... .................... ..................................... .................. 11
II.3
Aplicaciones ........................................ .................... ........................................ ....................................... ..................... 11
II.3.1
Domótica y eficiencia energética ........................................ .................... ........................ .... 11
II.3.2
Seguridad...................................... .................. ........................................ ....................................... ..................... 14
II.3.3
Climatización. ..................................... .................. ........................................ .................................. ............. 15
II.3.4
Integración de electrodomésticos electrodomésticos inteligentes inteligentes ......................... .................. ....... 16
II.4
Arquitectura de redes ....................................... .................... ....................................... ........................... ....... 16
II.4.1
Arquitectura Centralizada........................................ .................... .................................. .............. 16
II.4.2
Arquitectura distribuida ...................................... ................... ..................................... .................. 18
II.4.3
Arquitectura Mixta ..................................... .................. ....................................... ........................... ....... 19
II.5
Protocolos de comunicación ...................................... ................... ..................................... .................. 20
II.5.1
X.10 o Power Line Carrier (PLC) (PLC) ...................................... .................. ........................... ....... 22
II.5.2
LonWorks ...................................... .................. ........................................ ....................................... ..................... 23 I
II.5.3
CEBus....................................... .................... ....................................... ........................................ ........................ .... 24
II.5.4
EHS (European Home System)........................................ .................... ........................... ....... 25
II.5.5
KONNEX ....................................... ................... ........................................ ....................................... ..................... 25
II.5.6
ZigBee ....................................... .................... ....................................... ........................................ ........................ .... 26
II.6
III
Oferta de sistemas domóticos en Chile ....................................... .................... ..................... 27
II.6.1
BTcino....................................... .................... ....................................... ........................................ ........................ .... 28
II.6.2
Control4 ........................................ .................... ........................................ ....................................... ..................... 30
II.6.3
Functiodomo ....................................... .................... ........................................ .................................. ............. 31
II.6.4
Insteon ...................................... ................... ....................................... ........................................ ........................ .... 32
OPEN DOMO, PLC y ARDUINO COMO ALTERNATIVA DE CONTROL …………………………………………………………………………………….. 33
III.1 OpenDomo ...................................... ................... ....................................... ........................................ ........................ .... 33 III.2 Controlador Lógico Programable (PLC) ..................................... ................. ........................ .... 35 III.3 Plataforma de Hardware Arduino...................................... ................... .............................. ........... 37 III.3.1 Arduino Uno..................................... ................. ........................................ ..................................... ................. 38 IV
Domótica y viviendas sociales ...................................... ................... ..................................... .................. 43
IV.1 Características físicas ...................................... ................... ....................................... ........................... ....... 43 IV.2 Consumo Eléctrico Eléctrico en viviendas ....................................... .................... .............................. ........... 47 IV.2.1 Consumo de electricidad en la vivienda por aparato ............... 48 IV.3 Selección de los elementos a automatizar e integrar en la vivienda social ....................................... .................... ....................................... ........................................ ....................................... ..................... 52 IV.3.1 Elementos afectos a automatizar en la vivienda social ............ 52 IV.3.2 Análisis de elementos controlables en la vivienda social ......... 54 IV.3.3 Elementos seleccionados ..................................... .................. ..................................... .................. 59 V
DISEÑO DE SISTEMA DOMÓTICO PARA VIIVENDA TIPO ................. 62 II
V.1 V.2 V.3
Criterios de la propuesta adopatada ............................................ 62 Control de luces. ......................................................................... 63 Control de circuito de enchufes ................................................... 77
V.3.1 V.4 V.5 V.6 VI
Control de Humedad relativa en baño y cocina ............................ 82 Fuente alimentación.................................................................... 86 Arquitectura de red ..................................................................... 87 INTERFAZ DE USUARIO ................................................................ 94
VI.1 VI.2 VI.3 VI.4 VII
Disipador de temperatura para Triac de cto. de enchufes ....... 79
Teclas control de luz por zona .................................................... 95 Teclas Enchufes 1, 2 y 3 ............................................................. 96 Encendido total ........................................................................... 97 Extractor aire cocina y baño ....................................................... 97
COMENTARIOS Y CONCLUSIONES................................................ 98
VIII BIBLIOGRAFÍA............................................................................. 102 IX
ANEXOS ...................................................................................... 104
IX.1 Costo elementos del sistema ...................................................... 104 IX.2 Códigos de programación para los controladores Arduino del sistema domótico. .............................................................................. 105 IX.2.1 Sketch para Arudnio n°1. Control principal. ........................ 105 IX.2.2 Sketch para Arduino n°2 ..................................................... 108 IX.2.3 Sketch Arduino n°3 ............................................................. 112 IX.2.4 Sketch Arduino n°4 ............................................................. 116
III
ÍNDICE DE FIGURAS Figura II-1. Domótica, la integración de redes. .............................. ............ 7 Figura II-2. Módulos controladores. Logo de Siemens (iz.), ........................ 9 Figura II-3. Tarifa Chilectra Hogar Flex. .................................................. 14 Figura II-4. Sistema Centralizado. ........................................................... 17 Figura II-5. Arquitectura distribuida. ...................................................... 18 Figura II-6. Arquitectura distribuida, cada elemento es un ...................... 19 Figura II-7. Arquitectura Mixta. ................................ .............................. 20 Figura II-8. Tipos de protocolos para Domótica. ...................................... 21 Figura II-9. Protocolos Estándar para domótica. .................................... 22 Figura II-10. Algunos estándares propietarios. ........................................ 23 Figura II-11. Camara (iz.) y sensor de presencia (der.) de btcino. ............. 29 Figura II-12. Comando actuador (iz.) y panel monitor.............................. 29 Figura II-13. Algunos elementos de MY HOME de BTcino. ....................... 30 Figura II-14. MY HOME WEB .................................................................. 30 Figura II-15. Sistema Control4. ............................................................... 31 Figura II-16. Dispositivos Insteon. ................................ .......................... 32 Figura III-1. ODControl de OpenDomo. ................................................... 34 Figura III-2. LOGO! de Siemens. ............................................................. 37 Figura III-3. Arduino Uno. ...................................................................... 38 Figura IV-1. Plano de una vivienda social tipo. ........................................ 46 Figura IV-2. Consumo en kWh/año por aparato en viviendas. ................. 48 Figura IV-3. Viviendas y dispositivos en stand by. ................................... 50 Figura V-1. Sistema de control de iluminación. ....................................... 66 Figura V-2. Diagrama flujo control de iluminación. ................................. 67 Figura V-3. Acondicionador para LDR ..................................................... 70 Figura V-4. Relación de Resistencia y luminosidad de ............................ 71 Figura V-5.Circuito detector de cruce por cero. ....................................... 72 Figura V-6. Circuito disparo triac para control de luz. ............................. 73 Figura V-7. Máxima disipación de potencia triac BTA 08 ......................... 75 IV
Figura V-8. Diagrama flujo control enchufes. .......................................... 78 Figura V-9. Circuito control enchufes. .................................................... 79 Figura V-10. Triac con pasta térmica y disipador. ................................... 81 Figura V-11. Circuito equivalente térmico ............................................... 81 Figura V-12. Control de humedad relativa. ............................................. 83 Figura V-13. Característica tensión de salida en función de la ............... 84 Figura V-14. Diagrama de flujo sistema control de humedad relativa. ..... 85 Figura V-15. Fuente alimentación para arduinos y circuitería general. .... 87 Figura V-16. Arquitectura de red mixta escogida para sistema domótico. 93 Figura V-17. Disposición de los elementos del sistema ............................ 93 Figura VI-1. Disposición elementos interfaz principal. ............................. 94
V
ÍNDICE DE TABLAS Figura II-1. Domótica, la integración de redes. .............................. ............ 7 Figura II-2. Módulos controladores. Logo de Siemens (iz.), ........................ 9 Figura II-3. Tarifa Chilectra Hogar Flex. .................................................. 14 Figura II-4. Sistema Centralizado. ........................................................... 17 Figura II-5. Arquitectura distribuida. ...................................................... 18 Figura II-6. Arquitectura distribuida, cada elemento es un ...................... 19 Figura II-7. Arquitectura Mixta. ................................ .............................. 20 Figura II-8. Tipos de protocolos para Domótica. ...................................... 21 Figura II-9. Protocolos Estándar para domótica. .................................... 22 Figura II-10. Algunos estándares propietarios. ........................................ 23 Figura II-11. Camara (iz.) y sensor de presencia (der.) de btcino. ............. 29 Figura II-12. Comando actuador (iz.) y panel monitor.............................. 29 Figura II-13. Algunos elementos de MY HOME de BTcino. ....................... 30 Figura II-14. MY HOME WEB .................................................................. 30 Figura II-15. Sistema Control4. ............................................................... 31 Figura II-16. Dispositivos Insteon. ................................ .......................... 32 Figura III-1. ODControl de OpenDomo. ................................................... 34 Figura III-2. LOGO! de Siemens. ............................................................. 37 Figura III-3. Arduino Uno. ...................................................................... 38 Figura IV-1. Plano de una vivienda social tipo. ........................................ 46 Figura IV-2. Consumo en kWh/año por aparato en viviendas. ................. 48 Figura IV-3. Viviendas y dispositivos en stand by. ................................... 50 Figura V-1. Sistema de control de iluminación. ....................................... 66 Figura V-2. Diagrama flujo control de iluminación. ................................. 67 Figura V-3. Acondicionador para LDR ..................................................... 70 Figura V-4. Relación de Resistencia y luminosidad de ............................ 71 Figura V-5.Circuito detector de cruce por cero. ....................................... 72 Figura V-6. Circuito disparo triac para control de luz. ............................. 73 VI
Figura V-7. Máxima disipación de potencia triac BTA 08 ......................... 75 Figura V-8. Diagrama flujo control enchufes. .......................................... 78 Figura V-9. Circuito control enchufes. .................................................... 79 Figura V-10. Triac con pasta térmica y disipador. ................................... 81 Figura V-11. Circuito equivalente térmico ............................................... 81 Figura V-12. Control de humedad relativa. ............................................. 83 Figura V-13. Característica tensión de salida en función de la ............... 84 Figura V-14. Diagrama de flujo sistema control de humedad relativa. ..... 85 Figura V-15. Fuente alimentación para arduinos y circuitería general. .... 87 Figura V-16. Arquitectura de red mixta escogida para sistema domótico. 93 Figura V-17. Disposición de los elementos del sistema ............................ 93 Figura VI-1. Disposición elementos interfaz principal. ............................. 94
VII
I
RESUMEN, INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
I.1 RESUMEN Para implementar un sistema domótico enfocado a la vivienda social que consiga un mejor uso de la energía, se requiere encontrar el equilibrio entre tres variables que son el precio, comodidad y eficiencia. Diseñamos sobre la base de hacer más eficiente el sistema de iluminación de la vivienda, generando el control de los niveles de iluminación y de presencia humana en las distintas zonas, ofreciendo como solución un control de iluminación que permite el encendido/apagado de las luminarias de forma automática y manual, adaptando el nivel lumínico en relación a la disponibilidad de luz natural y a las necesidades del usuario. El consumo en modo espera de diversos aparatos existentes en la vivienda, representa el 10% del consumo energético nacional. Para reducir esta cifra, se diseña un sistema de control de enchufes que permite una reducción del consumo de energía de dispositivos en stand-by. Por otra parte, se diseña un control de ventilación para baño y cocina que busca reducir la humedad relativa al interior de la vivienda ya que esta representa un problema que contribuye a la pérdida de calor interior, aumentando la demanda por calefacción, y facilita el desarrollo de organismos en general dañinos para el ser humano. Se estima que la implementación de este sistema domótico, ofrece una reducción de hasta un 90% de la energía que se utilizaría en aplicaciones como ver una película o escuchar música en un ambiente de iluminación tenue y una caída del 33% del consumo en stand-by si tan solo se desconectan los circuitos de enchufes ocho horas diarias. 1
I.2 SUMMARY
To implement an automated system focused on social housing get better use of energy, is required to balance three variables that are price, convenience and efficiency. Designed on the basis of making the system more efficient lighting housing, generating control lighting levels and human presence in different areas, offering as lighting control solution that enables on / off luminaires automatically and manually adjusting the light level in relation to the availability of natural light and the needs of the user. Consumption in stand-by mode various existing devices in the home, accounting for 10% of national energy consumption. To reduce this number, a system control plugs allowing a reduction in energy consumption of devices in stand-by is designed. Moreover, control of ventilation for bathroom and kitchen that seeks to reduce the relative humidity inside the house because this is a problem that contributes to indoor heat loss, increasing the demand for heating, and facilitates the development is designed generally organisms harmful to humans. It is estimated that implementation of this automation system offers a reduction of up to 90% of the energy that would be used in applications such as a movie or listen to music in an atmosphere of dim lighting and a 33% fall in consumption in stand-by only by circuit plugs are disconnected eight hours.
2
3
I.3 INTRODUCCIÓN El estado realiza grandes esfuerzos por mantener el equilibrio entre la generación de electricidad y la demanda por ella. Junto al desarrollo de las fuentes
de
energías
renovables,
la
generación
de
políticas
e
implementación de mejoras de eficiencia energética provocan que el tema energético no pase desapercibido para ningún sector. Las políticas sociales junto al ahorro energético, tampoco se quedan atrás. Ya hace un par de años el gobierno ha impulsado proyectos para viviendas sociales que incorporan sistemas de calentadores de agua solares (1), que generan un ahorro económico para las familias de escasos recursos y un ahorro energético para el país. La Domótica es un conjunto de tecnologías que se encuentra actualmente en pleno desarrollo, si bien sus orígenes comenzaron en la automatización industrial, hoy podemos encontrar casas totalmente equipadas con este tipo de tecnología que además de aumentar el confort, proporciona una mayor seguridad en la vivienda y permite hacer un uso más eficiente de la energía. Existen en la actualidad un sin número de empresas dedicadas a la automatización de viviendas, también una gran cantidad de fabricantes de dispositivos para estos sistemas, otros cuantos protocolos, pero, los costos de estos sistemas son bastante elevados; ¿cuál sería la mejor alternativa para ser implementada en viviendas sociales?, que más que aumentar el confort, necesitan generar un ahorro energético y por ende económico para sus propietarios. En este trabajo se presenta un análisis de un sistema domótico para viviendas sociales que permite el mejor uso de la energía utilizada en
4 iluminación, calefacción y gestión de aparatos electrónicos en modo standby. En una primera sección de este trabajo (II) se presentan antecedentes generales sobre la Domótica, sus características principales, aplicaciones y su potencial frente al ahorro energético además de su aporte al aumento del confort humano en la vivienda, también se ofrece un estudio de la oferta del sistema domótico en Chile y en el capítulo III las alternativas que este autor destaca a los sistemas de control ofrecidos en el mercado. En IV se realiza una relación entre la potencialidad de los sistemas domóticos y su aplicabilidad en las viviendas sociales consideradas la “vivienda tipo” en
este trabajo. Se muestran las características físicas de la vivienda tipo y la energía en comparativa a nivel nacional de consumo debido a iluminación, y diversos electrodomésticos. Ya en IV.3 se realiza una selección de acuerdo al criterio de eficiencia energética para escoger los elementos de la vivienda tipo a automatizar efectuando una marcada diferencia entre el objetivo que se persigue y la mejora del confort que puede llegar a ofrecer un sistema domótico. El diseño de un sistema domótico para la vivienda social en base a las características analizadas es desarrollado en la sección V, realizando una descripción de los elementos a integrar, control de luces, circuitos de enchufes, control de humedad relativa en baño y cocina, y los dispositivos necesarios para ello. En VII se presentan las principales conclusiones relacionadas con este trabajo en base a los objetivos planteados inicialmente. Se analiza el potencial ahorro energético que puede llegar a ofrecer el sistema domótico propuesto y las desventajas que pudiesen existir frente a factores adversos.
5
I.4 Objetivo general Proponer una solución tecnológica a través de la domótica que permita realizar una mejor gestión de la energía utilizada en la vivienda social, definida como vivienda tipo en este trabajo, favoreciendo el ahorro energético.
I.5
Objetivos específicos
a. Análisis de la arquitectura y topología de los sistemas domóticos, tecnologías aplicadas y desarrollo actual. Campo de aplicación y los beneficios de su implementación con respecto al mejor uso de la energía y recursos de un hogar. b. Determinar los consumos energéticos y características generales de una vivienda social. c. Seleccionar elementos a automatizar en la vivienda tipo con el objeto de generar un ahorro energético. d. Diseñar una red domótica para vivienda social sobre la base del ahorro energético. e. Diseñar interfaz hombre/máquina
II INTRODUCCIÓN A LA DOMÓTICA La vivienda del futuro ya cada vez más cercana, es aquella casa inteligente o automatizada con la que desde hace un buen tiempo, la sociedad y el mundo en sí han estado esperando, no es para menos, porque los servicios, aplicaciones o sencillamente el confort que nos puede brindar nos ofrece simplificarnos la vida. Este capítulo se centra en la definición de la domótica, sus implicancias y características que tanto la destacan.
II.1 Definición y características La Domótica como tal es un conjunto de sistemas que permite automatizar una vivienda (2), procede del latín Domus y de la palabra griega TICA que significa casa y automática correspondientemente. Consiste en la integración de los diversos sistemas (Figura II-1) o subsistemas que se encuentran presentes en cualquier vivienda, su objetivo es poner a disposición del usuario un sistema que sea capaz de albergar un conjunto de sistemas ofreciendo mayor comodidad y versatilidad de control. La idea de la integración es que en conjunto estos elementos interactúen entre sí para conseguir en muchos casos un fin en común. Para ser más precisos, la Domótica en sí, permite compartir la información sensada por todos los otros sub sistemas, analizarlos y generar una acción de acuerdo a ciertos parámetros que pueden ser de seguridad, confort o de eficiencia energética. La información del estado de los distintos sistemas, es posible ponerla a disposición del usuario a través de pantallas o indicadores luminosos, todo depende del nivel del sistema implementado. Información de como por ejemplo,
6
7
Estado de puertas y ventanas (abierto o cerrado)
Húmeda relativa (interior como exterior)
Humedad del jardín
Estado de persianas
Nivel de iluminación de distintas áreas de la vivienda, etc.
Y en consecuencia el usuario puede tomar la decisión de generar distintas acciones a través de los comandos del sistema como, cerrar determinada persiana, accionar el sistema de riego o apagar luminarias. De otro modo, automáticamente con una previa configuración del sistema, el sistema puede ejecutar acciones determinadas si se cumplen los parámetros establecidos, como contraer toldos si el viento es demasiado fuerte o apagar las luces si no existe presencia humana en un lugar de la casa.
Confort:
Control persianas, luminarias, riego...
Comunicación
Seguridad
DOMÓTICA Figura II-1. Domótica, la integración de redes.
8
II.2 Elementos de un sistema Domótico El sistema domótico puede estar constituido de una cantidad específica de redes, que pueden ser de control como de comunicación que senpueden encontrar en el interior o en el exterior de la instalación, como las redes de acceso a internet que trabajan en conjunto para generar un mayor confort, proporcionar servicios de gestión energética y servicios de comunicación (2). Gracias a la integración de los servicios de comunicación, un sistema domótico puede ser controlado desde cualquier parte del mundo. Los elementos principales de un sistema domótico son, el controlador, nodos, actuadores, sensores y canal de comunicación.
II.2.1 Controlador El controlador es el encargado de realizar las gestiones necesarias para tomar los datos enviados por los nodos del sistema, como medidas de humedad, temperatura, iluminación, etc. y procesarlos para tomar una acción al respecto. Posee terminales de entrada y salida. Los terminales de entrada permiten la conexión de diversos dispositivos y transductores, los de salida en cambio, permiten el accionamiento y control de motores, válvulas, etc.. El accionar de los terminales de salida se genera en función de los terminales de entrada, en relación a las señales que los dispositivos o transductores transmitan al controlador y según el programa almacenado. Dentro de los diversos controladores que podemos encontrar en el mercado para un sistema domótico, podemos hacer una diferencia entre los controladores diseñados específicamente para tareas de control domóticos
9 y aquellos que si bien no han sido diseñados para estas tareas son posibles de utilizar y obtener las mismas o mejores prestaciones (2). Una desventaja de los controladores no específicos para domótica, es que al no estar diseñados para el control en viviendas, su configuración puede ser un tanto más complicada y sus capacidades quizás sobredimensionadas, este es el caso de los PLC, por ejemplo. Los sistemas específicos para el control domótico proveen al instalador y al usuario una configuración de software pre establecida para realizar tareas específicas e invariables dentro de la vivienda, son sistemas físicamente compactos, en general, no permiten realizar otras tareas para las que no fueron diseñados. La desventaja de estos sistemas en comparación a controladores como los PLC, es que no poseen un estándar concreto que permita la interconexión de distintos elementos provenientes de otros fabricantes como si lo permiten los PLC o autómatas programables con sus buses de datos estandarizados.
Figura II-2. Módulos controladores. Logo de Siemens (i z.), ODControl de Open Domo (centro) y Domolon de ISDE.
II.2.2 Nodos Son los distintos elementos que tienen capacidad de comunicación con otros dispositivos del sistema. Un ejemplo de nodo es un sensor que
10 además de controlar alguna variable física se encarga gracias a un controlador integrado de procesar el dato sensado inmediatamente antes de transmitirlo al nodo central o realizar la activación de algún relé, por ejemplo.
II.2.3 Actuadores Un elemento actuador es aquel que permite concretar la operación iniciada por el controlador, se encarga de transformar un tipo de energía en la activación de un proceso cualquiera. El elemento actuador recibe la señal de control y activa por ejemplo un extractor de aire si existe humedad relativa sobre un nivel máximo o activa la electroválvula del riego automático o la electroválvula encargada de controlar el paso del gas o el agua en caso de presentarse alguna fuga.
II.2.4 Sensores Son los dispositivos encargados de convertir un tipo de magnitud física en una señal eléctrica proporcional a la variable medida. Fundamentales en el control de estado de las diversas variables existentes en una vivienda usadas
para
posteriormente
enviarlas
al
controlador
principal
o
procesarlas previamente y luego transmitirlas. Las variables a sensar dentro de una vivienda son múltiples, a continuación se señalan unas cuantas que son utilizadas para el control de variables comunes.
Luminosidad
Humedad en plantas
Humedad relativa
Presencia
11
Detector de humo
Detector de gas,
Etc..
II.2.5 Canal de comunicación El canal de comunicación es el que hace posible el intercambio de información y captación de estados de las diversas variables de estado de la vivienda. Los sistemas domóticos ofrecidos en el mercado permiten establecer la comunicación de los elementos del sistema a través de cableado exclusivo para el sistema, de forma inalámbrica o utilizando la red eléctrica de la vivienda.
II.3 Aplicaciones Gracias a la gran versatilidad y aplicaciones de un sistema domótico por el solo hecho de permitir la integración de todos los sistemas de control de una vivienda, es posible no tan solo obtener un mayor confort, por ejemplo despreocupándonos de si apagó o no las luces de su casa dado que el sistema lo hará por usted (3), sino que además, genera un valor agregado que es el correspondiente al ahorro energético por no tener una o varias luces encendidas sin necesidad alguna.
II.3.1 Domótica y eficiencia energética El ahorro energético es posible de conseguir de muchas maneras (4), una de ellas es reemplazar los electrodomésticos o aparatos de la vivienda que fuesen ineficientes por otros cuya eficiencia sea mejorada, pero esto implicaría un gasto económico elevado. La domótica nos ofrece herramientas que nos permiten hacer un uso eficiente de los recursos
12 energéticos destinados a la vivienda, ya sea por consumo de electricidad, agua, gas u otro combustible. A menudo nos disponemos a realizar diversas tareas dentro de la vivienda, que pasan por labores domésticas hasta de estudio, inclusive actividades de ocio. Pero ¿es necesario? por ejemplo, que la iluminación de la habitación en que nos encontramos estudiando sea la misma iluminación que requeriríamos solo para ver una película, sin duda, la respuesta en la mayoría de los casos sería no, puesto que cuando vemos una película, la excesiva iluminación de fondo tiende a molestar, sobre todo para aquellas películas te terror. Ahora, si además de reducir el consumo de electricidad por concepto de iluminación en esa habitación controlando el nivel de luz de acuerdo a la tarea que realizamos (en este caso para ver una película), además del ahorro, obtenemos un valor agregado adicional, un nivel de iluminación cómodo creando un ambiente de película, es decir, hemos aumentado el confort del morador y además hemos reducido el consumo eléctrico. Otra forma de reducir el consumo en electricidad y en mayor medida contribuir a nivel nacional a reducir la demanda (5), es la disminución del “consumo vampiro”.
El “Consumo Vampiro” es la energía que consumen los dispositivos electrónicos que aun estando apagados pero conectados a la red, siguen consumiendo un mínimo de energía en su modo de espera o “stand-by”, que si bien no tienen un gran impacto en la factura mensual, si sumamos la gran cantidad de consumo a nivel nacional, es bastante. Dispositivos como dvd´s, blu ray, microondas, cargadores de celulares, consolas de videojuegos, decodificadores de televisión, entre muchos otros. Según Chilectra, identificar lo s “consumidores vampiros” es sencillo, ya que son todos aquellos equipos que funcionan con un mando a distancia,
13 pantallas digitales, dispositivos con baterías recargables, los que se calientan aun estando apagados o los que no cuentan con un botón de apagado. Lo ideal, es desconectar de la alimentación eléctrica todos estos dispositivos cuando no se estén utilizando. Según
consumer.es,
dependiendo
de
la
cantidad
de
dispositivos
conectados, el consumo eléctrico puede aumentar de un 5% hasta un 20% a causa de estos aparatos. A través de la gestión energética, es posible ahorrar en energía y reducir la demanda al sistema interconectado en los periodos punta. La gestión energética a través de la domótica permite desconectar todos aquellos aparatos eléctricos y o electrónicos cuyos consumos sean elevados y sus tareas no prioritarias, por ejemplo, la lavadora o el termo acumulador de agua para uso sanitario. Esto se consigue aprovechando las tarifas en el que el kWh es menor durante el día. Chilectra, a través de su servicio de Tarifa FLEX residencial ofrece a sus clientes cambiar su tarifa plana por una variable durante el día, diseñada para optimizar el consumo eléctrico del hogar. La tarifa diferencia tres tramos: día, noche y punta. Se basa en su tarifa BT-1 regulada por la comisión nacional de energía. Los beneficios de esta tarifa es que consumir electricidad durante la noche resulta un 30% más económico que la tarifa BT-1 teniendo un recargo adicional durante el periodo punta. La gestión energética respecto a la iluminación permite fijar los niveles de iluminación óptimos a cada tarea que se realiza en una determinada habitación, pero también, permite fijar cuándo se encenderá la luz, habiendo presencia humana, y si los niveles de luz natural son mínimos, por ejemplo.
14
Figura II-3. Tarifa Chilectra Hogar Flex. (Fuente: Chilectra.cl.)
Además, el control también puede ser semiautomático, el usuario puede especificar el nivel de iluminación que requiera para sus tareas en un determinado momento.
II.3.2 Seguridad Las aplicaciones son diversas al igual que en confort o gestión energética, pasando desde el control de gases peligrosos dentro de la vivienda, o inflamables, como gas, que al haber una fuga, el sistema una vez detectado el hecho se encargará de cerrar la electroválvula de la red de gas, o la electroválvula de la red de agua en caso de presentarse una rotura en la red. Detectar humo. Es posible identificar un posible foco de incendio antes de que se materialice al detectar una cierta concentración de humo en la vivienda, tomando como medida la activación del sistema de incendios en la habitación alertada.
15 Alarmas de intrusos. Con un sistema domótico es posible alertar al usuario de la presencia de una persona ajena a la vivienda y generar una señal local y remota del suceso. Monitoreo. Gracias a la integración de los sistemas de comunicación, acceder a la red domótica no es un problema, siempre que se tenga acceso a internet, es posible monitorear el estado de la vivienda a través de los indicadores del sistema y/o de cámaras destinadas para ello. Además brinda mayores servicios de accesibilidad para personas que lo requieran prescindiendo del típico interruptor de luz o apertura/cierre de persianas entre otras cosas beneficiando a individuos con algún grado de discapacidad.
II.3.3 Climatización. Con la domótica, la climatización no es problema, ¿demasiado calor?, ¿mucho frio?, la gestión de la climatización brinda un confort absoluto al residente. Un sistema de climatización domotizado segmenta los espacios de la vivienda por habitación, mantiene la temperatura a un nivel óptimo y calefacciona o enfría solo si existe presencia humana, pudiendo mantener temperaturas mucho más bajas en ausencia de moradores. Además dispone la alternativa de programar el horario y las zonas que el usuario requiera calefaccionar, una aplicación concreta sería programar la calefacción en invierno para que a medida que se acerque la hora de despertar se aumente la temperatura a unos 20°C y así obtener un mejor nivel de confort al desertarse, a su vez, programar el sistema para que las persianas se abran o la luces enciendan paulatinamente.
16
II.3.4 Integración de electrodomésticos inteligentes La domótica también es capaz de integrar a su sistema a todos los electrodomésticos con capacidad de ser controlados por un sistema externo. Tareas básicas como hervir agua pueden resultar ser aún más sencillas y cómodas al enviar una orden desde el teléfono móvil a la central de gestión de la vivienda para que al llegar a casa el agua esté a la temperatura deseada o el café listo para servir o iniciar el lavado de ropa habiendo dejado la carga lista para ejecutarla en horario de tarifa rebajada, aun estando lejos de casa.
II.4 Arquitectura de redes La arquitectura de un sistema de control, corresponde al modo en que los diferentes elementos del sistema
se encuentran interconectados
físicamente y de la forma en cómo estos interactúan entre sí. Se destacan dos arquitecturas básicas; arquitectura centralizada y distribuida.
II.4.1 Arquitectura Centralizada Los sistemas de control centralizados se destacan por poseer una única unidad de control lo que ello implica que cada uno de los elementos periféricos del sistema como sensores, actuadores y pulsadores se encuentran enlazados directamente al nodo de control (único nodo). Sin el controlador, el sistema es incapaz de funcionar, en él se procesan las señales enviadas por los elementos periféricos y es ahí donde utilizando la información recibida se toman las decisiones de las acciones a ejecutar en base a la configuración establecida previamente. En Figura II-4, se puede apreciar un diagrama de sistema centralizado., en el podemos ver que cada uno de los elementos del sistema se encuentra directamente comunicado con el núcleo o controlador.
17 Los dispositivos del sistema centralizado son del tipo universal, no requieren comunicarse con otros dispositivos que no sea el controlador. Cada dispositivo cuenta con un único canal de comunicación con el controlador del sistema lo que lo pone en ventaja con otros tipos de arquitecturas ya que el costo de los elementos de la red es relativamente económico, fácil instalación y sencilla configuración. Una desventaja de este tipo de arquitectura, es la cantidad de cableado necesario para implementar la red, además, si el controlador falla, el sistema deja de funcionar completamente. Al momento de querer ampliar los dispositivos de la red, la necesidad se ve truncada por la limitación de entradas/salidas del controlador.
Figura II-4. Sistema Centralizado. (Fuente: Elaboración propia)
18
II.4.2 Arquitectura distribuida
Un sistema de arquitectura distribuida se presenta en la Figura II-5, podemos notar la importante diferencia con respecto a la Figura II-4, aquí existe más de un núcleo de control precisamente en este caso, dos, los que permiten una escalabilidad futura de acuerdo al aumento de las necesidades a cubrir. Al existir al menos dos controladores independientes pero capaces de intercomunicarse a través de un bus de datos, la falla de uno de los dos, no deja el sistema completamente inoperable, solamente se ve afectada la porción del sistema controlada por el controlador en falla. Las redes de arquitectura distribuida requieren de protocolos de comunicación que permitan enlazar los nodos de la red. Existe una gran cantidad de protocolos de red, algunos son de carácter estandarizado, de carácter abierto y bajo licencia, y otros son propios de los sistemas creados por los fabricantes, los llamados protocolos propietarios.
Figura II-5. Arquitectura distribuida. (Fuente: Elaboración propia)
19 Una red distribuida que proporcione mayor seguridad
frente a fallas
ocasionadas por el desperfecto de un nodo de control y que a su vez sea de gran escalabilidad se presenta en la Figura II-6 donde cada uno de los elementos de la red tiene la capacidad de control. Todos los elementos de la red interactúan entre sí a través del bus de datos principal, si un nodo de la red falla, solo se ve alterado el funcionamiento de su entorno cercano, por ejemplo si fuese un nodo con capacidad de sensar el nivel de luz de una habitación, en caso de fallar, no afecta a otros elementos de la red a no ser que otro nodo de control base su funcionamiento exclusivamente en el estado del nodo en falla.
Figura II-6. Arquitectura distribuida, cada elemento es un nodo de control. (Fuente: Elaboración propia)
II.4.3 Arquitectura Mixta La arquitectura de red mixta, constituye la red más completa, permite una gran escalabilidad. Dentro de una misma red existen las características de una red centralizada (Figura II-4) y de una distribuida (Figura II-5) que
20 permiten la comunicación entre todos los nodos de la red. La interconexión de los elementos controladores se realiza a través de protocolos específicos según los dispositivos de la red.
Figura II-7. Arquitectura Mixta. (Fuente: Elaboración propia)
II.5 Protocolos de comunicación Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas y normas aplicadas a un software que permiten comunicar un número específico de dispositivos de una red. Se encarga de definir la sintaxis y la sincronización de la comunicación, define la forma en que los mensajes circularan por la red, también permiten la detección y corrección de errores.
21 Existen tres tipos básicos de protocolos (Figura II-8) de acuerdo a la libertad de sus usos, protocolos propietarios, estándar bajo licencia y estándar libres. Los
protocolos
Propietarios
los
conforman
protocolos
diseñados
exclusivamente por fabricantes de sistemas domóticos para uso propio de sus sistemas, es por ello que sus dispositivos solo son compatibles entre sí. En general los fabricantes se encargan de ofrecer una gran gama de productos que sean capaz de interactuar entre sí pero que obviamente no serán compatibles con productos de otros fabricantes. Protocolos estándar bajo licencia; son protocolos accesibles por cualquier empresa que previamente adquiera una licencia, en cambio, los protocolos estándar libres son protocolos de uso público que no requieren licencia alguna, cualquier fabricante puede hacer uso de ellos por lo que aumenta la compatibilidad de productos entre una empresa y otra que lo utilicen. Han sido desarrollados en conjunto a diversos fabricantes, usuarios u organismos como la IEEE, ITU, o ISO.
Protocolo
Estándar abierto
Estándar bajo licencia
Propietarios
Figura II-8. Tipos de protocolos para Domótica.
22
BACnet X-10
BatiBus
LonWorks
CEBus
ESTÁNDARES
Konnex
EHS
HES
EIB HBS
Figura II-9. Protocolos Estándar para domótica.
II.5.1 X.10 o Power Line Carrier (PLC) Es uno de los protocolos m ás antiguos (años ’76 y ’78) diseñado por Pico Electronics Ltd. X.10 es un protocolo estándar abierto, cuyo único requisito para elaborar productos bajo X.10 es que se utilicen circuitos de Pico Electronics. Utiliza para la transmisión de datos el tendido eléctrico de baja tensión a través de corrientes portadoras. La mayor ventaja de este tipo de protocolo de red es que no necesita de una red propia o adicional a las ya existentes en la vivienda liberando de la instalación de nuevas y molestas redes cableadas. Además, es un protocolo de arquitectura descentralizada con una máxima
23 cantidad de dispositivos capaces de interactuar entre sí de 256 considerando una única red domótica. Al utilizar la red de baja tensión para la intercomunicación de los dispositivos de la red, X.10 es una excelente alternativa para viviendas ya construidas.
Cardio Concelac Dialoc Dialogo Domolon
Vantage VivimatPlus PlusControl Simon Vis
DomosCope
Maior-Domo
GIV
Domaike
Domotel
Simon Vox
Hometronic
Starbox
Figura II-10. Algunos estándares propietarios.
II.5.2 LonWorks Basado en el modelo de referencia OSI (considera las siete capas), es un protocolo estándar bajo licencia de elevado coste. Pertenece a la compañía Echelon. Sus aplicaciones se concentran en edificios de oficinas, hoteles e industrias en EE.UU. El núcleo principal del protocolo LonWorks es el micronontrolador Neuron Chip fabricado por Motorola y Toshiba. Neuron Chip posee tres procesadores, dos para efectuar la comunicación, y un tercero para las aplicaciones.
24 El protocolo de comunicación utilizado es LonTalk. En cuanto al medio físico, LonWorks ofrece la capacidad de utilizar los siguientes medios de comunicación,
Infra rojo
Cable coaxial
Par trenzado cat. IV de cinco hilos
Fibra Óptica
Radio frecuencia
Power line
RS-232
II.5.3 CEBus Consumer Electronic Bus (CEBus), desarrollado por la Asociación de Industrias Electronicas (sus siglas en inglés “EIA”) pensado para la
automatización de viviendas. A diferencia del LonWorks, CEBUS utiliza cuatro de las siete capas de referencia del modelo OSI,
Capa física
Capa de enlace
Capa de red
Capa de aplicación
Es un protocolo de arquitectura distribuida, es decir, cada elemento de la red tiene la capacidad de operar pos sí solo. Permite para la transmisión de datos los siguientes medios,
Red eléctrica
Par trenzado
25
Radio frecuencia
Coaxial
Fibra Óptica
Infrarrojo
II.5.4 EHS (European Home System) El EHS es un sistema abierto, nace como una solución a la necesidad de conseguir la mayor interoperabilidad de dispositivos pertenecientes a distintos
fabricantes
de
sistemas
domóticos.
Desarrollado
por
la
Asociación de Sistemas Europeos del Hogar, (EHSA) se caracteriza por su fácil instalación y permite una fácil configuración por parte del usuario de acuerdo a
sus necesidades. Se basa en tres capas del modelo de
referencia OSI, las capas física, de enlace y de aplicación. El medio de transmisión soportado por este estándar abierto puede ser,
Cable coaxial
Radio frecuencia
Par trenzado, clase 1 y 2
Red eléctrica
II.5.5 KONNEX Su principal objetivo es la convergencia de los estándares BatiBus, EIB (European Installation Bus) y EHS con el fin de crear un único estándar Europeo y conseguir la máxima interoperabilidad de dispositivos entre distintos fabricantes. EIB protocolo descentralizado propuesto por la EIBA, sus medios de transmisión son el par trenzado, la red eléctrica, radio
26 frecuencia e infra rojo. Su medio de transmisión principal es el cable de baja tensión de 24 v, permite conectar alrededor de 10.000 dispositivos.
II.5.6 ZigBee Es un conjunto de protocolos de comunicación inalámbrica de alto nivel para radiodifusión de bajo consumo desarrollado por ZigBee Alliance (agrupación de industrias sin ánimos de lucro), permite realizar comunicaciones de baja transferencia de datos maximizando lo mayor posible la vida útil de las baterías, se basa en el estándar IEEE 802.15.4 (capa física y control de acceso al medio) de redes inalámbricas de área personal (WPAN). Ofrece bajos consumos energéticos y una fácil integración de dispositivos en topología de malla. Es de carácter estándar libre, por lo tanto puede ser utilizado por cualquier fabricante. Características principales
Velocidad de transmisión entre 20 kB/s y 250kB/s
Alcance de 10 a 75 metros
Uso de bandas libres de 2,4 GHz en todo el mundo, 868MHz en Europa y 915 MHz en EEUU.
Gestión automatizada de direcciones de dispsitivos
Capacidad de 255 nodos por cada red ZigBee
Dentro de una red ZigBee se identifican tres tipos de dispositivos fundamentales,
Coordinador ZigBee. Genera las rutas de comunicación para cada dispositivo.
Router Zigbee. Interconecta disp. separados de la topología de red.
Dispositivo final
27 Tabla 1. Comparación estándares.
Protocolo Tipo Estandar X.10 LonWorks
Canal
soportado
Abierto Bajo Licencia
CEBus
Abierto
EHS
Abierto
KONNEX
Bajo Licencia
ZigBee
Abierto
comunicación Total dispositivos en la red
PLC
256
Infra rojo Cable coaxial Par trenzado cat. IV de cinco hilos Fibra Óptica Radio frecuencia Power line RS-232
Casi ilimitado
Red eléctrica Par trenzado Radio frecuencia Coaxial Fibra Óptica Infrarrojo Cable coaxial Radio frecuencia Par trenzado, clase 1 y 2 Red eléctrica par trenzado la red eléctrica radio frecuencia infra rojo Inalámbrico
65.536
1012 dispositivos
10.000
255
II.6 Oferta de sistemas domóticos en Chile En Chile existen una gran variedad de empresas dedicadas al diseño y montaje de sistemas de automatización para viviendas, unas cuantas
28 dedicadas a la venta de kits para sistemas domóticos fácilmente instalables como lo son en su mayoría los sistemas que utilizan el protocolo X.10, eso sí, no cualquier vivienda se encuentra en condiciones de albergar este tipo de redes, depende de factores del estado de la red eléctrica, y el impacto que puede provocar las señales a través de la red eléctrica sobre otros equipos ya que los conductores de la red de BT (baja tensión) se comporta como enormes antenas. En general no podemos decir que exista un sistema domótico mejor o peor que otro dado que todo radica en las necesidades del usuario que pueden pasar de simples medidas de confort a una mejor gestión de los recursos energéticos utilizados dentro de la vivienda.
II.6.1 BTcino Btcino ofrece una gran gama de productos para la automatización de la vivienda en su catálogo de productos MY HOME. Los productos ofrecidos por Btcino son todos totalmente compatibles entre sí. Se pueden encontrar de sencillos sistemas que controlen las luminarias ON/OFF o más sofisticados que permitan regular la intensidad de la luz, generar una programación horaria y por zona como también sistemas de control de calefacción por sectores de acuerdo a ciertos parámetros de confort que son posibles de definir por el usuario en función de sus necesidades (ver Figura II-13). En general, MY HOME de Tcino ofrece, aplicaciones de automatización para,
Comodidad
Seguridad
Ahorro de energía
Comunicación
Control
29
Figura II-11. Camara (iz.) y sensor de presencia (der.) de btcino. Sistema My Home.
Figura II-12. Comando actuador (iz.) y panel monitor de consumos de Bticino.
La interconexión de los dispositivos de la red MY HOME se basa en un Bus digital basado en Openwebnet, protocolo de comunicación desarrollado por Btcino a partir del año 2.000. Este protocolo es independiente del medio de comunicación utilizado permitiendo que los elementos de red puedan ser combinados según los deseos del usuario. MY HOME (Figura II-13) permite además ampliar el sistema a través de RF si fuese necesario prescindir de trabajos de albañilería.
30
Figura II-13. Algunos elementos de MY HOME de BTcino. De izquiera a derecha, video portero, dimmer, alarma, camara de video y panel de control touch. Dispositivos de interface de usuario.
Figura II-14. MY HOME WEB de BTcino.
II.6.2 Control4 Control4 ofrece su sistema de automatización de viviendas basado en Control4 y su sistema Home Control. Permite agrupar uno o más sistemas eléctricos o electrónicos en una sola interface la que consiste en un control remoto o mando a distancia reconfigurable según las necesidades del usuario del sistema, pudiendo crear comandos para determinadas aplicaciones como para la activación de una programación horaria de encendido de luces. Utiliza el estándar ZigBee.
31
Figura II-15. Sistema Control4.
Control4 ofrece,
Home Theater en un solo click
Música Multi-Zona
Iluminación Inteligente
Control de temperatura
Seguridad y confort
II.6.3 Functiodomo SXsolar, pone a disposición en Chile el sistema de control para viviendas inalámbrico Functiodomo, la interfaz de usuario consiste en dispositivos portables como tablets, celulares o laptops con los cuales los usuarios pueden controlar desde cualquier parte con acceso a red de internet su vivienda. Posee una red wifi interna para el control desde el hogar. El sistema contempla,
Cámaras de seguridad
Control de Climatización
Control de iluminación
32
Control de riego
Control de toldos y persianas.
II.6.4 Insteon Insteon con su distribuidor en Chile, Insteon Chile, trae una variedad de dispositivos para controlar la vivienda. Ofrece kits (Figura II-16) de control escalables básicos como control de luminaria, control de seguridad, cada uno de ellos con un hub que permite la futura ampliación del sistema. La comunicación e interconexión de dispositivos se realiza con el protocolo Insteon (protocolo propietario), el cual se basa en transmisión inalámbrica y por red eléctrica a la vez lo que ofrece una mayor seguridad de los datos. Cada dispositivo actúa como repetidor, al recibir información, se retrasmiten al resto de los elementos del sistema asegurando la correcta transmisión de los datos. Es compatible con X.10 y A10 (protocolo X.10 mejorado).
Figura II-16. Dispositivos Insteon.
III OPEN DOMO, PLC Y ARDUINO COMO ALTERNATIVA DE CONTROL
A nivel internacional son muchas las alternativas que buscan satisfacer las necesidades de control de una vivienda, pero todas ellas con un coste elevado. Open Domo, los PLC y Arduino se pueden presentar como una alternativa a los sistemas de control domótico convencionales, su gran ventaja es que son dispositivos que tanto sus elementos físicos como de software son plataformas libres en las que el diseñador puede indagar y utilizar para ejecutar los más interesantes proyectos que se imagine, todo esto sin necesidad de gastar cuantiosas sumas de dinero en patentes.
III.1 OpenDomo OpenDomo se encuentra desarrollado bajo la licencia pública general (GPL), su objetivo es el crear un sistema de automatización para viviendas que permita integrar todos los sistemas de control de forma accesible y segura. “OpenDomo se puede utilizar, copiar, modificar y distribuir libremente” (6).
OpenDOmo pone a disposición del diseñador, un completo sistema de automatización para la vivienda que permite integrar los distintos sistemas presentes en la vivienda, control de luces, persianas, riego, seguridad, etc.. El elemento principal del sistema, lo conforma el ODControl, un controlador eléctrico IP con configuración estándar, no necesita ser programado, tan solo configurado de acuerdo a los requerimientos del sistema a implementar. Al ser controlado a través de IP, ODControl permite controlar el sistema desde cualquier lugar geográfico desde el cual se tenga acceso a internet. ODControl posee ocho puertos de entrada y ocho puertos de salida, los
33
34 puertos de entrada son ampliables a 16 con la incorporación de un módulo de 4-20mA.
Figura III-1. ODControl de OpenDomo. Controlador para redes domóticas.
Tabla III-1. Características físicas ODControl.
Elemento
Características
Puertos digitales entrada
8 puertos
Puertos digitales de salida de estado sólido Puertos ADC
8 puertos 8 puertos Interfáz IP con conector RJ45
Comunicación
10/100M
Puertos de expansión
1 interno + uno externo
Reloj
en tiempo real
Montaje
Riel DIN (Fuente: Elaboración propia en base a datos de opendomo.org.)
35
Tabla III-2. Parámetros de tensiones y corrientes de E/S controlador OpenDomo.
Parámetro Tensión alimentación
Mínimo Típico 8 Vcc
12Vcc
Máximo 14Vcc
Corriente alimentación
150mA 180mA
1,5A
Tensión puertos digitales salida
Vcc-0,7
--
12Vcc
Corriente puertos digitales salida
--
--
170mA
Potencia puertos digitales salida
--
--
2W
Tensión puertos digitales entrada
0V
--
30V
Valor Lógico alto
5V
12V
30V
Valor lógico bajo
0V
0V
1,5V
Tensión entrada puertos ADC
0V
--
+2,5V
(Fuente: Elaboración propia en base a datos de opendomo.org.)
OpenDomo ofrece medidores de consumo eléctrico para controlar el gasto energético de la vivienda en tiempo real, permite gestionar alarmas de consumo anormal a través de correo electrónico entre otras características. El OD485, Pasarela Modbus/RTU está diseñado para la adquisición de datos de los elementos sensores de la red domótica OpenDomo proporciona el software necesario para el control de luces, persianas, riego automático, alarmas de emergencia, ect… por lo que a
diferencia de un autómata programable, OpenDOmo solo requiere ser configurado de acuerdo a los elementos o número de ellos que pertenecen al sistema, dejando de lado la programación técnica que haría del sistema un sistema poco amigable con el usuario requiriendo de la ayuda de un programador para agregar nuevos dispositivos a la red.
III.2 Controlador Lógico Programable (PLC) Otra alternativa para construir un sistema domótico es utilizando como sistema de control los ya muy utilizados PLC, que si bien su principal
36 objetivo es la automatización de tareas en la industria, es posible adaptar su uso para la automatización de vivienda obteniendo de este modo una gran máquina de control. Los PLC o autómatas programables, cumplen un importante rol en los sistemas de control modernos. Son máquinas electrónicas diseñadas para controlar en tiempo real procesos secuenciales en un medio industrial. Sus principales funciones son la conversión serie/paralelo, temporizaciones, conteos, cálculos, emisión de comandos, etc.. Dispone además de facilidades para acceder a un subsistema de comunicaciones. Como todo controlador, posee terminales de entrada y/o salida A diferencia de los controladores para domótica existentes en el mercado, el PLC no trae una configuración mínima para por ejemplo el control de persianas, luces o riego automático como si lo incluyen los controladores para sistemas domóticos, es decir, el autómata programable debe de programarse en su totalidad para realizar las tareas requeridas por el diseñador. La ventaja de los autómatas programables radica en su gran cantidad de puertos de entrada y salida que permiten el control de múltiples procesos Los PLC son dispositivos que poseen grosas características, existen PLC’S
en la actualidad cuyas capacidades de procesamiento, almacenamiento y de comunicación son similares a las de un computador convencional. En Figura III-2 se puede ver un controlador lógico programable, es el modelo LOGO! de siemens.
37
Figura III-2. LOGO! de Siemens.
III.3 Plataforma de Hardware Arduino El proyecto Arduino nace en Italia en el año 2005 como un proyecto para estudiantes. Arduino es una plataforma de hardware libre que permite a multitud de usuarios realizar diversos proyectos
dado que se basa en software y
hardware fáciles de usar y posibilita la necesidad de modificarlos y contribuir además a la mejora del proyecto Arduino. El hardware dado su firma libre, nos permite adquirirla en el comercio o construirlas utilizando los planos que se encuentran a libre disposición. Si bien las placas Arduino no poseen la capacidad procesadora que pudiesen tener otros hardware disponibles en el mercado, da la posibilidad realizar proyectos que ameritan un bajo costo. Se basa en Microcontroladores Atmel AVR de 8 bits y CortexM3 de ARM de 32 bits que se programa a través de la plataforma de software IDE de Arduino que se basa en proceccing/WIRING, (processing para el entorno de desarrollo y wiring para la programación de Arduino) permitiendo de este modo que la placa pueda ser controlada de forma independiente del
38 pc
(autónoma) o conectada directamente a este utilizando Processing,
Matlab, Visual BASIC, Python, Java, C++, etc… Como Arduino se basa en el lenguaje de programación de alto nivel Processing, basado en C, este soporta todas las funciones de C y unas cuantas de C++ (7).
III.3.1
Arduino Uno
La placa Arduino Uno, posee un total de 20 pines entre entradas y salidas, de ellas 14 corresponden a pines digitales de E/S (6 permiten salida PWM), un total de 6 entradas analógicas. Cuenta con un conector USB y conector de alimentación y un HEADER ICSP además de un botón de reinicio.
Figura III-3. Arduino Uno.
Pines 2 y 3: pueden configurarse para realizar la activación de una interrupción en un valor bajo, un flanco ascendente o descendente, o un cambio en el valor.
Pines 3 al 11: permiten salida PWM de 8 bits.
Pines A0 a A5 (analógicos): proporcionan una resolución de 10 bits de 0 a 5 V permitiendo además modificar el nivel superior utilizando el pin AREF.
Pin AREF: Permite establecer tensión de referencia para pines analógicos.
39
Reset: permite reiniciar el microcontrolador llevando el pin a un nivel bajo.
III.3.1.1
Comunicación soportada
Pines 0 y 1 (RX y TX): Los pines 0 y 1 están diseñados para la recepción y transmisión de datos en el formato serie. SPI; Comunicación Serial Peripheral Interface en los pines 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Este protocolo de comunicación serie es un protocolo registrado por Motorola y permite la comunicación entre microcontroladores o periféricos, permite la transmisión y recepción de forma simultánea de forma sincrónica (Full Duplex). La velocidad puede llegar a los 5Mbpsd. El protocolo consiste en una línea de reloj, dato entrante, dato saliente y un pin de chip select el cual conecta/desconecta la operación del dispositivo con el que uno desea comunicarse permitiendo la multiplexación de las líneas de reloj. Posee tres líneas por las cuales se transmite la información en paquetes de 8 bits, dos líneas se encargan de transmitir la información de un lado al otro en una sola dirección y la tercera corresponde a la línea del reloj. Este protocolo de comunicación seriel, permite velocidades mayores a las alcanzadas por I 2C. Pines A4 (SDA) Y A5 (SCL): Comunicación TWI (I 2C ) utilizando la librería Wire. TWI es un protocolo de comunicación diseñado por Philips para la comunicación de dispositivos pertenecientes al mismo circuito, al igual que SPI. Es una comunicación half duplex Permite velocidades de 100Kbps o 400Kbps en el modo de alta velocidad. Se utiliza la configuración maestro/esclavo. A diferencia de SPI, TWI tan solo necesita de dos líneas, SDA (serial data line) y SCL/CLK (serial clock line). Utiliza 8 bits para la transmisión de datos (7).
40
III.3.1.2
Características de la placa UNO
Microcontrolador: Atmega328 Tensión de funcionamiento :5v
Voltaje de entrada recomendado: 7-12v
Límites tensión de entrada: 6-20v
Pines E/S digitales: 14
Salida PWM: si (6 pines digitales)
Entrada analógica: 6
Corriente CC para pines de E/S: 40mA
Corriente DC para pin 3,3v: 50mA
Memoria Flash: 32 kB, 0,5 kB utilizados por el gestor de arranque
SRAM: 2kB
EEPROM: 1kB
Velocidad del reloj: 16 MHZ
En general, todas las placas Arduino permiten la comunicación serie, I 2C, TWI, una placa tiene más pines de E/S que otras, todo depende de las necesidades del diseñador. Arduino, además, ofrece para el diseñador, una gran variedad de placas adicionales a la arduino UNO, en la Tabla III-3 se presentan otros modelos de placas Arduino y sus características principales. Se tienen además, elementos adicionales como placas GSM que permiten conectar las placas Arduino a internet a través de la red GPRS.
Arduino Ethernet shield conecta las placas Arduino a la red Ethernet, permitiendo controlar las placas desde cualquier rlugar con acceso a internet.
Arduino Wifi Shield, placa de Arduino que proporciona la posibilidad de conectar a Arduino a la red inalámbrica, desligándose del molesto
41 cableado para de este modo poder comunicar la placa arduino con otras o algún/os periféricos que conforman un sistema en particular.
Arduino motor Shiel: permite el control de cargas inductivas, relés o motores.
42
Tabla III-3. Otras placas de Arduino. Características generales.
PLACA Arduino
. o r c i M
o t n e n i ó m i s a ) n n V ( e o T i c n u f
a d o a r d a t n d e n n e ó i m s o n c e e r T
e t e i d m l n í ó i a s d n a r e t T n e
s e l S a / i t E g i D
g ó l a n a E
g ó l a n a S
) C A C m e ( t n S / e E i r r a o r C a p
h s a l F a i r o m e M
) M A B R K ( S
M ) O B R P K ( E E
k ) c z o H l M C (
Leonardo
Atmega32U4
5
7-12
6-20
14
6
--
40
32 KB
2,5
1
16
Due
AT91SAM3X8E
3,3
7-12
6-16
54
12
2
130
512 KB
96
--
84
Yún
Atmega32U4
5
5
5
20
12
--
40
16 MB
2,5
1
16
Micro
Atmega32U4
5
7-12
6-20
20
12
--
40
32 KB
2,5
1
16
Mega ADK
Atmega2560
5
7-12
6-20
54
16
--
40
256 KB
8
4
16
Ethernet
Atmega328
5
7-12
6-20
14
6
--
40
32 KB)
2
1
16
Mega
Atmega2560
5
7-12
6-20
54
16
--
40
256 KB
8
4
16
Mini
Atmega328
5
7-9
14
8
--
40
32 KB
2
1
16
(Fuente: Elaboración propia en base a datos de ar duino.cc)
IV DOMÓTICA Y VIVIENDAS SOCIALES
Las viviendas sociales nacen con el objetivo fundamental de entregar una solución inmobiliaria a las miles de familias cuyos recursos económicos son bajos y muchas veces insuficientes para acceder a la compra de un bien inmobiliario. Los proyectos habitacionales buscan resolver problemas de marginalidad habitacional y se caracterizan por su valor de tasación el cual no excede las 520 UF. En su totalidad, los criterios que aplican a la solución habitacional de este tipo de viviendas es la economía en equilibrio con la eficiencia de la construcción y un nivel de comodidad mínimo. El principal financiamiento que reciben estos tipos de proyectos
IV DOMÓTICA Y VIVIENDAS SOCIALES
Las viviendas sociales nacen con el objetivo fundamental de entregar una solución inmobiliaria a las miles de familias cuyos recursos económicos son bajos y muchas veces insuficientes para acceder a la compra de un bien inmobiliario. Los proyectos habitacionales buscan resolver problemas de marginalidad habitacional y se caracterizan por su valor de tasación el cual no excede las 520 UF. En su totalidad, los criterios que aplican a la solución habitacional de este tipo de viviendas es la economía en equilibrio con la eficiencia de la construcción y un nivel de comodidad mínimo. El principal financiamiento que reciben estos tipos de proyectos habitacionales, corre principalmente por cuenta del estado, el cual en un claro ejemplo de mejorar la situación inmobiliaria del sector más necesitado del país, anualmente invierte grandes sumas de dinero para construir un número significativo de viviendas para así mejorar la calidad de vida de miles de chilenos. Pero el estado no queda libre una vez entregada la solución inmobiliaria, debemos considerar que dependiendo de la calidad de las construcciones y los parámetros de eficiencia que se aplicaron, estas nuevas viviendas contribuirán de una u otra forma en la demanda por más y más energía. No es lo mismo calefaccionar una vivienda cuya aislación resulta insuficiente a una que sí lo es, o iluminar una casa que poca o nada luz natural recibe a una que aprovecha al máximo la luz natural, en los primeros casos el uso de la energía será mayor.
IV.1 Características físicas Una vivienda económica es aquella que se construye en conformidad a las disposiciones del D.F.L. n°2, DE1959; las construidas por las ex corporaciones
de
la
vivienda,
de 43
Servicios
Habitacionales
y
de
44 Mejoramiento Urbano y por los servicios de Vivienda y Urbanización y los edificios ya construidos que al ser rehabitados o remodelados se transforman en viviendas, en todos los casos siempre que la superficie edificada no supere los 140 m2 y mientras su valor de tasación no exceda las 400 UF y 520UF en el caso de condominios de viviendas sociales según LGUC, artículo 162. El Decreto 49 del año 2012 del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, manifiesta que el metraje mínimo (ver Tabla IV-1) que deben poseer estas soluciones habitacionales debe ser de 42 m2 ampliables en el caso de casas y de 55 m2 mínimos para departamentos.
Tabla IV-1. Superficie mínima de una vivienda Social.
MODALIDAD Construcción en sitio propio
SUPERFICIE MÍNIMA 45 m 2
Densificación Predial
42 m2
Construcción en Nuevos Terrenos
42 m2
(Fuente: Elaboración propia en base a datos de MINVU.)
Una vivienda social básica se encuentra constituida en una etapa inicial por una unidad sanitaria consistente en una cocina y baño con inodoro, lavamanos y ducha cuyo sitio donde se emplaza posee al menos 100m2 si la vivienda es de una planta y de 60 metros cuadrados si corresponde a vivienda de dos plantas o más. Si bien existen varios tipos de proyectos de viviendas sociales estipulados por la ley, las viviendas sociales deben cumplir con un mínimo de metros cuadrados construidos los cuales deben ser ampliables a al menos 55 metros cuadrados. La Tabla IV-2, presenta las dimensiones mínimas que deben poseer los interiores de estas viviendas.
45 Tabla IV-2. Dimensiones mínimas por habitación de vivienda social.
Recinto
Dimensiones mínimas
Dormitorio Principal
7.3m2
Dormitorio Secundario 7m2 Dormitorio Terciario
8m2
Comedor
3.6m2
Living
3.6m2
Cocina
4.32m2-5.32m2
Baño
2.4m2-3.4m2
Escaleras
0.70 m/0.85m (ancho)
(Fuente: Elaboración propia en base a datos de decreto supremo n°49 del MINVU)
Deben poseer al menos una zona de estar, comedor, cocina, dos dormitorios y un baño. Existe otra alternativa de viviendas sociales en que la vivienda se encuentra inicialmente constituida por tres recintos, cuya superficie total sea al menos de 50m 2 ampliables. También pueden existir aquellas viviendas con dos dormitorios siempre y cuando puedan ampliarse al menos a un tercer dormitorio. La superficie total construida mínima no podrá ser inferior a 42 m 2. En general, tomando en cuenta los requisitos que impone el MINVU para soluciones habitacionales de viviendas sociales, estas viviendas deben poseer con sus ampliaciones proyectadas o la construcción final acabada un metraje de 55m2 ya sean casas o departamentos, esta será la base para el desarrollo de la solución domótica considerándola como vivienda tipo bajo las ya definidas características constructivas. Una vivienda social tipo entonces corresponderá a la presentada en la siguiente tabla cuyo metraje corresponde a 55m2. En Tabla IV-3 se resumen las dependencias de la vivienda social o “vivienda tipo” considerada.
46
Número dormitorios Baños Cocina Living Comedor 3
1
1
1
1
Tabla IV-3. Número de habitaciones. Vivienda social.
Figura IV-1. Plano de una vivienda social tipo. (Fuente: Elaboración propia en base a características de la vivienda social)
El ministerio de vivienda y urbanismo está buscando constantemente dar solución a los diversos problemas y necesidades a las que se ven enfrentados los habitantes de viviendas sociales, ya sea en la calidad estructural como en la eficiencia energética que se pueda conseguir en este tipo de proyectos inmobiliarios con el afán de permitir entregar un mayor confort a los residentes a la vez que se proporciona un mejor uso de las energías del hogar. De este modo, una de las iniciativas del MINVU es la
47 implementación de sistemas de agua potable sanitaria para proyectos nuevos o ya construidos los que buscan una reducción del gasto en concepto de agua caliente sanitaria. Se busca con estos sistemas generar un ahorro del 30% anual en esta materia la cual se ve reflejada directamente en los gastos del hogar. La ley 20.365 del ministerio de hacienda establece franquicia tributaria respecto de sistemas solares térmicos, un incentivo a las empresas constructoras que incluyan en sus proyectos habitacionales de viviendas sociales sistemas solares térmicos, les ofrece deducir del monto de sus pagos previsionales obligatorios por ley sobre impuesto a la renta, un crédito equivalente a todo o parte del valor de los sistemas solares térmicos y de su instalación.
IV.2 Consumo Eléctrico en viviendas La demanda por la energía a nivel internacional aumenta cada día más, y los planes de eficiencia energética por hacer un mejor uso de la energía cobras más relevancia, sobre todo porque impactan directamente a la economía de forma favorable, utilizar de mejor forma la energía pasó a ser uno de los focos principales a nivel internacional. Chile en materia energética ve una clara alternativa en los planes de eficiencia energética que pasan por una mejor construcción de viviendas, mejoras en la aislación, orientación geográfica de esta, promoción de aparatos y dispositivos para el hogar eficientes y la utilización de la tecnología en sí para dar un mejor uso a la energía. En este capítulo se presenta el consumo energético que experimentan las viviendas por concepto de uso de electricidad principalmente a nivel nacional, y grupo socioeconómico D cuyas características de viviendas y gastos concuerdan con las viviendas de carácter social.
48
IV.2.1
Consumo de electricidad en la vivienda por aparato
Un estudio del Sernac (8) indica que del total del presupuesto de las familias chilenas, un 15% de este era destinado a servicios básicos. Pero analizando el segmento socioeconómico bajo, un 18,9% de los ingresos familiares eran destinados a servicios básicos. Por otra parte, los segmentos socioeconómicos alto y bajo gastan más en gas, un 31,7% y 31,03%, en cambio, el grupo socioeconómico bajo, gasta más presupuesto en electricidad, un 28% y un 25,89% en calefacción. Según el Ministerio de Energía (9), el consumo promedio a nivel nacional por vivienda es de 124,60kWh para el grupo socioeconómico D, si consideramos una tarifa promedio de $113,6 pesos chilenos, una vivienda de este grupo socioeconómico desembolsa $14.154,56 pesos chilenos por concepto de electricidad. Si seccionamos el consumo por vivienda vemos que la electricidad consumida se reparte según Figura IV-2.
Figura IV-2. Consumo en kWh/año por aparato en viviendas. (Fuente: Elaboración propia según antecedentes Ministerio Energía)
49 Se destaca que del total de la energía eléctrica utilizada en la vivienda, se estima que el 10% de ella se debe al consumo de aparados en modo Standby, 186,4kWh anuales, es decir, que a pesar de no estar encendido, ni mucho menos siendo utilizados, siguen consumiendo una mínima cantidad de energía, aunque en muchos casos el costo económico por vivienda no sea considerable, al año genera un desembolso importante para la vivienda y además una demanda adicional a nivel país por electricidad mal utilizada. Si comparamos los consumos anuales por stand-by y el consumo por concepto de iluminación, el primero corresponde al 64,4% del total debido a iluminación (289,4 kWh/año) destacando la importancia de este consumo. A nivel nacional, el consumo por concepto de iluminación al año es de 1.523GWh de los cuales el 39,9% (603GWh) provienen del grupo socioeconómico D. Un dato importante de mencionar es que el consumo mundial de electricidad en materia de iluminación es del 20% del total, lo que pone de manifiesto la importancia por tomar medidas de eficiencia aplicada a esta área. Se estima que para el 2030 la demanda de energía para iluminación crecerá en un 60%. Como consecuencia de estas cifras y de las líneas internacionales que se siguen en Chile en búsqueda de la eficiencia energética, a través del ministerio de energía se determinó eliminar del mercado nacional las lámparas incandescentes a causa de su baja eficiencia. El plan de eficiencia a través del decreto n°60 publicado por el ministerio de energía en el diario oficial, fija el estándar mínimo de eficiencia que deben cumplir los dispositivos de iluminación para su comercialización en el país, la idea es que a finales del 2015 la desaparición de este tipo de ampolletas sea absoluta iniciándose su descontinuación de manera paulatina a fines del año 2014.
50
Lavadora de ropa
28,30%
Consola de video juego
29,90%
Hervidor
36,90% 28,30%
Horno Microondas
57,30%
Computador
55%
Radio/equipo música Televisor
69% 0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
Figura IV-3. Viviendas y dispositivos en stand by. (Fuente: Elaboración propia en base a datos CCHC.)
Según estudio realizado por la cámara chilena de la construcción, en por lo menos un 69% de las viviendas se mantiene el televisor enchufado sin ser utilizado, es decir este aparato es consumidor de electricidad en modo stand-by en más de la mitad de las viviendas a nivel nacional. En la Figura IV-1 se muestran los porcentajes de viviendas a nivel nacional en la que se dejan enchufados diversos aparatos electrónicos que consumen energía aun estando apagados, aparatos que dada su fácil adquisición, están presentes en la mayoría de las viviendas del país lo que se traduce en un consumo anual por hogar de 186,4kWh/año. La Tabla IV-4, muestra el consumo eléctrico que generan un conjunto de dispositivos existentes en la vivienda al estar en “modo espera” o “stand by” (10).
51 Tabla IV-4.Consumo en Stand-by de diversos dispositivos presentes en la vivienda.
Dispositivo Televisor
Potencia consumida en stand-
Tenencia a nivel nacional en
by (W)
viviendas (%)
6,08
94
9,71
88,7%
3,13
57,3%
1,0
20,8%
0,26
92,5%
2,64
93,6%
2,2
15,2%
1,13
---
2,84
59,4%
8,9
--
4,42
--
Equipo de música o radio DVD Consola de video juego Cargador de celular Lavadora de ropa Secadora de ropa Monitor LCD PC Laptop apagado Cargador laptop solo
(Fuente: Elaboración propia en base a fuente: Lawrence Berkeley National Laboratory y corporación de desarrollo tecnológico, CCHC).
52
IV.3 Selección de los elementos a automatizar e integrar en la vivienda social Con la finalidad de proporcionar herramientas y tecnologías que permitan realizar un uso más eficiente de las energías consumidas en la vivienda tipo, es necesario identificar los elementos que pueden ser afectos a automatizarse y de este modo mejorar la forma en que estos consumen energía sin la necesidad de reemplazarlos por otros más eficientes y por supuesto más caros. La domótica se presenta principalmente como un conjunto de tecnologías que permiten aumentar el confort en una vivienda que incluyen como valor agregado, la seguridad y eficiencia energética, pero, muchas veces, comodidad y eficiencia no van siempre de la mano, y cuando se adiciona además otra variable como la económica, podemos comprobar que la tendencia es proporcional, a mayor confort, mayor gasto económico. Por ello es fundamental el análisis de las necesidades reales de automatizar ciertos elementos que traigan en este caso, un valor agregado que consiste en un ahorro económico más que un aumento significativo de la comodidad de la vivienda y principalmente un mejor uso de la energía.
IV.3.1
Elementos afectos a automatizar en la vivienda social
Como en todo tipo de viviendas, los elementos postulantes a ser automatizados pueden ser innumerables, siempre se debe lograr un equilibrio entre lo necesario y lo económicamente factible, más todavía si el objetivo (como el del presente trabajo) de la automatización apunta a conseguir un ahorro económico, y de paso una disminución por concepto de demanda energética al sistema interconectado. También, el confort y la eficiencia energética pueden ir de la mano, dado que el funcionamiento de los distintos elementos de la red domótica se ajustan a las necesidades del
53 momento del usuario, las cuales tienden a ser distintas para cada ocación y/o situación. Tomemos el siguiente ejemplo: un individuo al llegar a su casa de noche, necesitará algo de iluminación para poder abrir la puerta y acceder si la luz de la luna no le acompaña. Se pueden dar dos casos, el primero, nuestro personaje intenta insertar la llave en el cerrojo a punta de prueba y error, y en el segundo caso, antes de salir de su casa deja encendida la luz, que a su vez, dependiendo de las horas que han transcurrido desde su salida del hogar hasta su regreso, implicará un aumento considerable en su factura eléctrica, sobre todo si dicho comportamiento se repite durante toda la semana o todo el mes. Es indispensable que la luminaria del acceso a la vivienda se encienda, pero momentos antes de su llegada e inmediatamente después a su ingreso la luz debe apagarse, si no se utiliza, no tiene sentido dejarla encendida, a excepción de luminarias decorativas. Así, es posible identificar muchas otras áreas dónde la domótica puede tomar acción. En la vivienda, podemos identificar los siguientes elementos:
Aire acondicionado
Extractor de aire
Persianas
Toldos de ventanas
Lavadora
Refrigerador
Luminarias
Hervidor
Cocina
Riego
Electrodoméstico
Aparatos electrónicos varios
Fuentes de energía en general (cargadores celulares, consolas v.j.,…
54 A la anterior lista es posible agregar unos cuantos más, pero, como ya se mencionaba al inicio de este capítulo, este autor busca la disminución del consumo eléctrico en la vivienda equilibrado con la comodidad que puede brindar un sistema Domótico.
IV.3.2
Análisis de elementos controlables en la vivienda social
La automatización de sistemas como los de calefacción, de los diversos electrodomésticos o aparatos electrónicos utilizados en una vivienda, no es necesariamente posible de efectuar en nuestro caso ya que para controlarlos, en general, se necesita que estos elementos posean capacidad de control a través de sistemas externos, si pensamos en el sistema de calefacción utilizado en nuestra vivienda tipo y sus moradores, dicho segmento de la población calefacciona sus hogares con leña, gas o parafina, sistemas que resultan también ser suficientes por el tamaño de la vivienda y muchas veces más económicos en el corto plazo. Estos sistemas no poseen la capacidad de ser controlados automáticamente, implementar un sistema completo de calefacción elevaría los costos. Un sistema de calefacción más sofisticado escapa de los recursos de este grupo. Por otro lado, el invierno más humedad no es lo más agradable si muestran sus efectos sobre todo
dentro de la vivienda. En la época
invernal la condensación de agua dentro de las viviendas puede convertirse en un gran problema sobre todo porque se le suma la humedad generada por los procesos cotidianos, como cocinar, ducharse o calentar agua, inclusive la calefacción empleada como gas o parafina, si más aun, le sumamos la mala aislación de la vivienda, la existencia de puentes térmicos y una mala ventilación natural que proporcione una corriente de aire fresco desde el exterior para renovar el aire interior y reducir la
55 humedad. Todo material húmedo favorece el proceso de transmisión de calor, aumentando la perdida de éste hacia el exterior lo que se traduce en un gasto en calefacción. El porcentaje de humedad relativa recomendado es de un 30 a un 60%, por debajo de 40% el aire se torna muy seco siendo la humedad optima la que se encuentra en niveles del 40 al 50%, cuanta más humedad tienen los materiales de construcción, menos resistencia al paso del calor presentan. La ventilación en todo tipo de viviendas es una necesidad que dependiendo de qué tan buena sea, aumenta el confort y disminuye la aparición de hongos, y organismos que afecten la salud del habitante. En general, las viviendas tienden a tener una ventilación deficiente, a pesar de lo que ordena la OGUC Artículo 4.10 sobre los materiales aislantes que se incorporan en la construcción de viviendas, la mala aislación permite además, el paso de la humedad exterior, lo que genera puentes térmicos que favorecen la condensación en el interior de las viviendas. La condensación se genera en la superficie interior de muros, ventanas, pisos, etc. y en otros elementos de la envolvente de la vivienda. El vapor de humedad, al entrar en contacto con las superficies como muros o cielo que tienden a tener una temperatura menor debido a la mala aislación y a causa de la alta humedad relativa, contribuye a la transferencia de calor, la humedad en sí aumenta la transmisión de calor. La presencia de fenómenos de condensación al interior de la vivienda además de depender de las propiedades de conductividad térmica, resistencia al paso de vapor de los materiales usados depende también de la presencia de vapor de agua en el ambiente interior, mientras mayor sea la humedad interior, más grande es la probabilidad de alcanzar la condensación. Por ello es necesaria una buena ventilación y una modificación en los hábitos de los moradores, como dejar secar la ropa en un lugar externo a la vivienda y ventilar periódicamente porque el exceso de humedad interior puede reducirse con estas medidas. Se debe mantener el equilibrio en todo
56 aspecto, una ventilación exagerada, contribuye a una reducción de la temperatura interior, requiriendo una mayor calefacción. Solucionar el problema de la ventilación en la vivienda es una tarea compleja si buscamos equilibrar nuestro objetivo con el aspecto económico, más del 50% de la humedad en la vivienda es generada por el sudor y respiración de sus habitantes, el porcentaje restante es debido a las labores cotidianas de duchas, lavado de loza, cocinar, secar ropa al interior, etc., una solución es la implementación de extractores de aire en baño y cocina que se activen sólo cuando las condiciones de humedad sobrepasen cierto nivel. El extractor de aire es un elemento fundamental en un baño o cocina, este dispositivo contribuye a evitar el aire viciado dentro de la vivienda y elimina
además,
la
humedad
de
estos
recintos.
Los
proyectos
habitacionales de viviendas sociales no incluyen este tipo de elementos pero su implementación no implica una gran inversión. Los elementos como toldos y persianas automáticos, permiten además de entregar mayor comodidad, aprovechar la luz natural del día y proteger del sol durante las horas en que la incidencia de este sobre las ventanas es directa. Los toldos de ventanas, se retractan por ejemplo en temporadas invernales y se expanden en época de verano o sencillamente cuando los días son soleados. Las persianas o cortinas como todos sabemos contribuyen a la privacidad y bloquear la luz directa del sol y de aislar los fríos invernales. Son una buena alternativa para aprovechar al máximo la luz natural a través de un sistema automático pero este autor, no considera prudente para este proyecto ya que su implementación requiere de un mayor costo a diferencia de los extractores de aire por ejemplo y porque la tendencia de si hace frio del morador común, es cerrar cortinas y si amaneció, abrirlas, es decir más que una solución energética tienen un alto aporte al aumento del confort de los habitantes permitiendo crear
57 espacios interiores con iluminaciones acorde a la actividad que se dispondrán a realizar los moradores, por ejemplo si el panorama es una película en casa con la familia, la pulsación de un simple botón de pared o en el mando a distancia del sistema domótico, hará que las persianas se expandan al nivel deseado por el usuario o en caso de desear un despertar más ámenos y acogedor, el usuario puede realizar una programación horaria de la apertura de las persianas. Los sistemas de control inteligente permiten integrar una gran variedad de redes a su sistema principal, pero también brindan la posibilidad de integrar el control de los electrodomésticos como la lavadora, televisor, microondas, cafetera, etc., cuando estos poseen la capacidad de control digital o la calidad de “inteligentes”. El beneficio de automatizar este tipo de dispositivos es que es posible controlarlos desde cualquier lugar del mundo en el caso de los sistemas domóticos más complejos, lo que se traduce en un aumento de la capacidad de control que poseen los moradores de acuerdo a sus necesidades, dejar el televisor encendido al salir de la casa ya no es problema para este tipo de sistemas, basta con acceder al control de la vivienda
a través del Smartphone, laptop o
cualquier otro dispositivo móvil con capacidad de conectarse a internet. Los electrodomésticos convencionales no son posibles de automatizar, el máximo control que se les puede efectuar es alimentar o desalimentar la toma de corriente, lo cual no entrega mayor funcionalidad, pero la desconexión de alimentación de ciertos electrodomésticos o dispositivos electrónicos que cuenten con transformadores o posean indicadores luminosos, permite eliminar el consumo vampiro cuando no se están utilizando. La automatización de las luminarias de la vivienda se puede conseguir integrando elementos sencillos y accesibles que permitan el encendido automático de las luces ya sea por déficit de luz natural, programación
58 horaria, por detección de presencia o considerando ambas variables a la vez. La ventaja de automatizar las luminarias es que estas solo se encenderán cuando sea necesario a la intensidad que se requiera según la tarea o la luminosidad natural existente en el momento. Puede además programarse la hora en que las luces de una habitación comienzan levemente
a
bajar
su
intensidad
hasta
finalmente
apagarse
completamente, o en una mañana invernal encender poco a poco la luz de su habitación hasta llegar a un máximo para dar la sensación del amanecer y tener un despertar más placentero y libre de por ejemplo ruidosas alarmas, puede además adicionar el encendido del equipo de música con su canción favorita, excelente para comenzar un nuevo día. En cuanto al riego automático, el sistema de control entrega al usuario mayor libertad al permitirle despreocuparse de esta tarea prescindiendo de revisar si aquella planta delicada se encuentra con la cantidad de humedad necesaria o si es necesario o no regar el césped de su patio si las condiciones climáticas parecieran mantenerlo húmedo. El riego automático puede activarse solo bajo ciertas condiciones, por ejemplo, cuando la humedad de la tierra sea insuficiente, la temperatura ambiente esté bajo cierto nivel y no haya presencia de lluvia. Estos requisitos permiten optimizar el uso del agua que se destina a dicha labor, permitiendo la reducción del consumo y procurando que los espacios verdes se mantengan con la humedad que necesitan. En la actualidad el tema de seguridad personal para evitar accidentes intradomiciliarios, y la seguridad antirrobo, se encuentran tomando gran importancia dentro de los hogares, las tasas de delincuencia no van a la baja y dado a la gran cantidad de elementos de alto riesgo que hoy se manejan en la casa, como gas, parafina, o sencillamente la electricidad que de contar con una instalación deficiente pueden provocan un incendio
59 o una intoxicación por inhalación de monóxido de carbono por la quema de combustible al interior, el disponer de sensores que se encuentren periódicamente tomando datos de estas variables, permite ejercer una alarma que alerta primero al habitante y que además de eso, ejecute otras tareas, como activar el extractor para limpiar el aire contaminado, activar el sistema anti incendio y/o dar aviso a la unidad de emergencia correspondiente. El control de una electroválvula para la red de gas, para que en caso de existir una fuga se cortara de inmediato el suministro, lo mismo con una electroválvula para la red de agua. Del mismo modo, una alarma anti intrusión permite informar al propietario que su vivienda ha sido víctima de la delincuencia o previo a esto, puede advertir al delincuente que se encuentra grabado y que la policía se dirige al área de los hechos. Todos los sistemas anteriormente mencionados, pueden ser controlados tanto desde la vivienda a través de un panel táctil, teclados o por mando a distancia como también vía remota desde cualquier parte del mundo desde la cual se tenga acceso a internet lo que brinda una gran movilidad al control del usuario sobre el sistema permitiéndole estar al tanto de todo lo que sucede en cada segundo.
IV.3.3
Elementos seleccionados
Como ya se mencionó inicialmente, al automatizar e integrar los sistemas de una vivienda, es necesario determinar el objetivo principal que se quiere conseguir
y
equipararlo
con
los
recursos
disponibles
para
su
implementación. En el presente trabajo, se busca un mejor uso de la energía de la vivienda con su correspondiente reducción en gastos por este mismo ítem. Del listado de elementos de la sección anterior y centrándonos en obtener un sistema lo más económico posible se determina el siguiente análisis.
60 La inclusión de sistemas de seguridad, ya sean anti robo o de seguridad personal más que generar una contribución a la eficiencia energética de la vivienda entrega un conjunto de herramientas que permiten un control aún mayor de las distintas variables dentro del hogar como el control de personas, monitoreo de personas con algún tipo de enfermedad. Pero en resumidas cuentas, de ocurrir un hecho fortuito como fuga de agua o gas, podríamos sacar ventaja de ahorrarnos lo que podrimos perder por la fuga y además, evitaríamos aumentar la probabilidad de accidente dentro de la vivienda, pero, ¿cuán concurrente son estos hechos?, sin duda alguna, son mínimas las oportunidad en que ocurren, si no nulas, o la intrusión de un delincuente a la vivienda, todos estos casos con la contribución de la domótica prometen un mejor control de estos eventos, pero ¿su aporte a la eficiencia energética de la vivienda?, a criterio de este autor, ninguno. La automatización y por supuesto integración de los sistemas de climatización quedan descartados puesto que el gasto en calefacción de las viviendas en general, queda determinado, además de las costumbres típicas de los habitantes de cada hogar, en un gran porcentaje por las características de aislación térmica que posean las viviendas y el tipo de ventilación que posean estas, es decir, si buscamos reducir los costos de calefaccionarse en una vivienda social, además de recurrir a un sistema automático que
implicaría el recambio del sistema de calefacción que
permita ser controlado por un sistema de control general, demanda una completa reestructuración física del entorno, modificaciones en ventanas y puertas, mejora de la aislación y envolvente térmica. La principal ventaja de automatizar la climatización en la vivienda es el valor de generar un mejor confort térmico en lugares donde existan presencia humana, es decir, una climatización sectorizada, muy útil para viviendas cuya superficie está por sobre la vivienda social. Sectorizar la calefacción de una vivienda social dada sus limitadas dimensiones, no parece ser la mejor
61 solución cuando una única fuente de calefacción pequeña es más que suficiente en muchos casos. La automatización de las luminarias y de las persianas de la vivienda contribuye en conjunto a aprovechar el máximo de la luz natural, permitiendo el encendido de las luces solo cuando fuese necesario y abriendo automáticamente las persianas cuando existe luz natural aprovechándola al máximo. Se considerará el encendido/apagado automático de las luminarias de la vivienda en función de la presencia humana y de los niveles de iluminación natural existentes, además, de la regulación manual acorde a las necesidades que el morador pueda tener en un determinado momento. El extractor de baño y cocina se considera un elemento fundamental de la instalación, así mismo lo indican las propuestas públicas de la UC, en cuanto a aumentar la eficiencia energética de la vivienda social ya que permite eliminar la humedad interior y el aire viciado. También es útil para eliminar fugas de gas u otros gases tóxicos como monóxido de carbono. Se diseñará un sistema de control de humedad relativa para baño y cocina con ventilación forzada para reducir la pérdida de calor hacia el exterior con concepto de humedad. El control de circuitos de enchufes en la vivienda social es una buena medida
para
reducir
el
consumo
vampiro
de
los
diferentes
electrodomésticos y dispositivos electrónicos presentes en ella, es por ello que se plantea un sistema que permite dar solución al problema de muchos que tienen la costumbre de dejar enchufadas las fuentes de energías de celulares, consolas de videojuegos, inclusive de computadores portátiles sin necesidad alguna ya que en muchos casos los equipos no se encuentran conectados por un tema de comodidad y por la tediosa acción de tener que desenchufarlos uno por uno cada vez que no se utilicen.
V DISEÑO DE SISTEMA DOMÓTICO PARA VIIVENDA TIPO
En este capítulo, se presenta el diseño propuesto de la red domótica que busca en su conjunto dar solución al mal uso de la energía dentro de la vivienda social. Se pensó en el control de las luminarias de la vivienda, los circuitos de enchufes de electrodomésticos o aparatos electrónicos que consumen energía en su modo de espera y el control de la humedad relativa generada en el interior del baño y la cocina. El elemento controlador escogido, dada su simpleza, economía y características técnicas que resultan ser suficientes para este proyecto es Arduino Uno. Si bien se puede considerar como una placa básica, es posible expandir sus características adicionándole las “arduino shields”,
placas que proporcionan acceso a internet a arduino, comunicación infra roja, xbee que permiten la comunicación con otros dispositivos o placas arduino, sensores de todo tipo, etc. con lo que su aplicabilidad solo queda a imaginación del diseñador.
V.1 Criterios de la propuesta adoptada El diseño expuesto en el presente capítulo fue adoptado considerando los elementos de la vivienda que en su conjunto al ser mejorados se transforman en potenciales ahorros energéticos para sus moradores. Se excluyen los elementos de la vivienda que para ser automatizados requieren de una inversión aún mayor, como lo es el recambio de ellos por otros con capacidad de “control inteligente” mediante un sistema de
control externo. La elección de los componentes electrónicos de la red domótica propuesta radica principalmente en su sencillez y economía frente a otros dispositivos. 62
63
V.2 Control de luces. El control de las luces de la vivienda comprende las siguientes funciones básicas que en conjunto buscan hacer más eficiente el uso de la electricidad utilizada para iluminar lo recintos de la vivienda,
Control de encendido/apagado según presencia humana
Control de encendido/apagado manual
Control de nivel de iluminación según iluminación natural
Control de nivel de iluminación manual
Se considera el control de la totalidad de las luminarias de la vivienda tipo, los centros de luces de dormitorios (3 centros), living (1 centro), comedor (1 centro), cocina (1 centro), escalera (1 centro), entrada (1 centro) y una luz de patio trasero y baño. En total son diez los centros de consumo de luces a controlar. Para generar el control tanto de on/off como el de regulación del nivel de iluminación, se consideró un dispositivo de estado sólido, el Triac BTA08, con este dispositivo se busca generar el recorte de la señal de alimentación 220V/50Hz a diferentes ángulos de la onda senoidal con el fin de que la potencia media en la carga varíe de acuerdo a la intensidad de luz natural y controlar el encendido/apagado según configuración establecida o de acuerdo a las necesidades del usuario. El circuito necesario para generar dicho control de fase, es el mostrado en la Figura V-1. El circuito es el sugerido por el fabricante, consta de una etapa de control optoaislada de la etapa de potencia la cual controla directamente el disparo del triac a través de la puerta. La entrada al optoacoplador es controlada desde uno de los pines digitales de arduino. El disparo del triac queda determinado por el estado de salida de un pin de control de arduino De no existir requerimiento de nivel de iluminación en particular por parte del usuario, el triac es disparado en el cruce por cero de la señal de CA, o, en un
64 determinado ángulo de la señal CA si la iluminación está por debajo de un mínimo. Para ello, se requiere el circuito detector de paso por cero mostrado en la Figura V-5 su función sencillamente es indicar al controlador cuando la tensión de la red tiene un cruce por cero para que de este modo de acuerdo a las necesidades del sistema y del usuario, generar un retardo equivalente del disparo del triac, este proceso se repite indefinidamente mientras se necesite luz y/o exista presencia humana en el lugar. El sistema está pensado para lámparas con capacidad de ser dimeadas, las cuales pueden ser halógenas, fluorescentes compactas y leds, también las ya casi descontinuadas ampolletas incandescentes. El uso de las ampolletas fluorescentes compactas mientras tengan capacidad de ser dimeadas es posible de utilizarlas en el sistema, pero tienen una gran desventaja ya que su vida útil disminuye con respecto a la cantidad de ciclos de encendido y apagado a las que son sometidas, además, dependiendo de su calidad pueden tardar más o menos en entregar el máximo de luminosidad para las que han sido diseñadas, estas, claramente desventajas si pensamos que el control de luces que se diseña considera un ciclo de encendido y apagado alto de acuerdo a la concurrencia y/o utilización de los distintos espacios de la vivienda en ocasiones por periodos mínimos de tiempo como lo pueden ser el uso de pasillos, acceso de la vivienda, baño, etc., lo que terminaría por generar un costo superior por la adquisición de nuevas ampolletas ya que las LFC fallarían mucho antes de lo presupuestado. La tecnología de ampolletas ideal para este sistema de iluminación son las ampolletas de tecnología LED, estas que además de tener un mínimo consumo de electricidad, alta eficiencia, no tienen problemas con los ciclos de encendido y apagado como si lo tienen la mayoría de los otros modelos de ampolletas, ofreciendo todas sus ventajas, si bien tienen un costo por ahora, superior a las ampolletas fluorescentes compactas, su durabilidad
65 es mucho mayor, son de encendido instantáneo, y más resistentes a golpes, y factores de temperaturas que a diferencia de las LFC, nuevamente, estas no ven alterado su luminosidad por causa de la temperatura. La Figura V-1, presenta un esquema que ilustra el control de los centros de iluminación, está constituido por un sensor resistivo que de acuerdo a la intensidad de luz incidente de su entorno varía su resistencia, un sensor de movimiento infrarrojo PIR que detecta la variación de radiación infrarroja, y los dispositivos que serán de interfaz para el usuario, un pulsador, y un dispositivo de control general desde donde podrán controlarse los estados de las distintas luminarias, circuitos de enchufes y extractores de aire. El código de programación para arduino, se basa en el Figura V-2 al inicio el sistema se encuentra sensando la cantidad de luz ambiente, si en algún momento, el sensor de movimiento detecta la presencia humana, envía una señal al arduino alertando del evento e inmediatamente el controlador decide si es pertinente encender o no la luz en el sector que se ha detectado movimiento, para ello, realiza una comparación de los niveles de luz existentes en el sector y los compara con un valor preestablecido, si la luz es menor, la luminaria se enciende a la intensidad necesaria para igualar la medición con el nivel mínimo preestablecido. El encendido de la luz se realiza en el cruce por cero de la señal de AC, cuando el nivel de luminosidad ambiente decae sobre el mínimo. Para niveles de iluminación intermedios, el disparo del triac se realiza en un ángulo proporcional a la luz que se desea conseguir.
66
Figura V-1. Sistema de control de iluminación. (Fuente: Elaboración propia)
Si el usuario determina controlar el nivel de luz de la habitación de forma manual, de acuerdo a su necesidad según la tarea a realizar en la zona, puede pulsar el botón del área en la que se encuentra o directamente del panel de control principal, desde ahí, puede establecer el nivel de luminosidad que desee en la habitación que quiera. Para volver al estado automático, el usuario puede indicarlo manteniendo presionada la tecla o botón del área en cuestión. La librería keypad.h que es de uso libre, se encarga de leer las pulsaciones del teclado que sirve de interface de usuario.
67
Control luz
pir=0, ldr=0, pre=0, aut=true, ret=0
Keypad.h
cer no
cer=tru
si pre=micros(
no
pul=tru
aut=tru
si
pir, ret=(ldr/mldr)*900
no
si pir=high y min ldr max
≤ ≤
ret=ret+1000
no
si
≤
≤
ret millis()-pre ret+50 si
Lig=o
Figura V-2. Diagrama flujo control de iluminación.
no
Lig=off
68
V.2.1.1
Sensado nivel de luz
Para medir los niveles de luz del interior de las dependencias de la vivienda, se utilizará un circuito (Figura V-3) compuesto por un dispositivo fotoresistivo (LDR) el que es acondicionado (11) con un divisor de tensión se encargará se entregar en su salida una señal analógica de tensión cuya relación no lineal con la medida de la iluminancia (Lux) no será inconveniente dado que se busca mantener la iluminancia de las áreas de la vivienda a un nivel constante sin requerir medir otros niveles. El funcionamiento del circuito de la Figura V-3 es bastante sencillo, a medida que la luz incidente en la LDR aumenta, implica una reducción en su resistencia alterando la caída de tensión V 0 en el divisor. La señal de salida V0 se utilizará para mantener la iluminación del recinto constante regulando el disparo del triac del control de luz, para ello, V 0 se conectara a una entrada analógica del controlador que a su vez, según los niveles de iluminación establecidos y la detección de presencia tomará la decisión de disparar o no el triac en un determinado ángulo generando el corte de fase complementario al nivel de luz sensado. La detección de presencia humana se realizará a través de un sensor infrarrojo PIR, cada vez que se detecte presencia, el sensor enviará un valor lógico alto al controlador indicando el evento. En la Figura V-4 se puede observar la relación de la resistencia de la LDR en función de la luminosidad (Lux) representada en escala logarítmica correspondiente al modelo NORP-12. La máxima corriente soportada por la NORP-12 es de 75mA, para limitarnos a ese valor máximo, considerando RLDR=0Ω a máxima iluminación, R 1 debe limitarse según V.2-1, es decir R1 ≥66,7Ω. Para 10 lux la LDR presenta una resistencia de 9k Ω, para
1.000lux, 400Ω y en la oscuridad llega a valores mínimos de 1MΩ.
69 Diseñamos para un mínimo de iluminación de 100lux para cada zona, considerándolo como un nivel de luz apropiado para tareas que no requieren de mayor precisión, aunque de ser necesaria una mayor iluminación, se podrá establecer de forma manual a través de los dos tipos de interfaz de usuario que se disponen y presentan en el capítulo VI.
V.2-1
Según la Figura V-4 que muestra la relación de la resistencia de la LDR en función de la luminancia, se observa que para 100lux, el valor resistivo equivalente se encuentra a la mitad entre las décadas uno y diez, lo que
equivale según V.2-2 a 3,16K .
V.2-2
Teniendo presente la limitación de corriente máxima, se escoge R1=500Ω, con lo que para una resistencia de LDR de 3,16K Ω (a 100lux), se obtiene una salida V0=4,31V. Con R1=500Ω, la corriente máxima en el lazo del divisor es de 10mA, es decir, se consume un máximo de 50mW. El conversor análogo digital de arduino es de 10 bits, por lo que su resolución con una tensión de referencia de 5V es de 4,88mV (V.2-3)
70 aproximadamente. Por lo tanto, la salida de V 0=4,31V que corresponde al nivel 883 (V.2-4). (V.2-4).
V.2-3
V.2-4 VCC
R1
V0
LDR
GND
Figura V-3. Acondicionador para LDR
Cada vez que la entrada analógica de arduino correspondiente al sensado de iluminación esté por debajo de 883, se generará un retraso en el disparo del triac de la lámpara complementario según V.2-5. según V.2-5. El El periodo de la señal AC es de 20ms, 10ms el medio ciclo, dadas las condiciones del triac que requiere una corriente de disparo por un mínimo de tiempo, el retraso máximo escogido es de 9900µs. El código correspondiente se encuentra disponible en IX. en IX.
71
V.2-5
Por otra parte, para saber en qué momento se debe de realizar el disparo del triac, es necesario sincronizar el controlador con la frecuencia de la señal AC de red. El circuito de Figura V-5 conformado por un puente rectificador limitado en corriente por R 6 se encarga de generar una excitación en el diodo del optoacoplador U 3 de tal modo de que cada vez que la señal de AC tenga un cruce por cero, la salida del optoacoplador genera un nivel alto (lógica invertida) en la salida, es esta misma señal la que se ha de transmitir hasta el controlador, ahí, cada vez que ocurra un cruce por cero, se tomará la decisión de disparar o no el triac de acuerdo a los niveles de iluminación requeridos que se traducen en un retraso en el disparo.
Figura V-4. Relación de Resistencia y luminosidad de LDR en escala logarítmica. (Fuente: Silonix Inc.)
72 VCC R6 1
V1 4
R5
P1
3
U3
Salida 2
Figura V-5.Circuito detector de cruce por cero.
El circuito detector de cruce por cero de la Figura V-5 se basa en el optoacoplador 4N26, los parámetros característicos para este modelo son una corriente de conducción del diodo de 10mA (I F) con una tensión de conducción (V F) de 1,15V, tensión de ruptura V (BR)CEO= 45V, V(BR)CBO=100V. La tensión de entrada V 1 corresponde a la señal de red reducida a 9V AC a través de un transformador perteneciente a la fuente de alimentación de la placa arduino y V cc=5V. R5 se escoge lo suficientemente grande (10k Ω) para generar una corriente máxima de 0,5mA según se presenta en V.2-6. V.2-6. A su vez, R6 es escoge de modo de limitar la corriente por el led del optoacoplador en 10mA con lo que según V.2-7 según V.2-7 se obtiene una resistencia de 1.380 Ω.
V.2-6
√ √ V.2-7
73
Figura V-6. Circuito disparo triac para control de luz.
El Figura V-6 se presenta el circuito encargado de controlar el disparo del triac que activa/desactiva la luminaria de acuerdo a la señal de control enviada desde Arduino. El optoacoplador es el MOC3022 y el triac el BTA08. Los valores de R7 y R8 (se limitan según las características del optoacoplador y el triac. Las características del MOC3022 son I F=10mA, VF=1,2V (típico) soporta una máxima corriente de entrada de 50mA y la corriente mínima de disparo es de 5mA, diseñamos para unos 10mA, obteniéndose una resistencia de 380 Ω (V.2-8), por su parte R8 se escoge de 180Ω para asegurar una corriente mínima de mantenimiento del gate como lo sugiere el fabricante.
V.2-8
Características del triac del MOC3022,
Tensión de ruptura (VDRM o VB): 400V Mínima corriente para conducción (I H): 100µA Tensión entre terminales de conducción (V T ): 1,4V
74
V.2.1.2
Potencia disipada en forma de calor por el Triac para
control de luz El triac encargado de realizar el control de iluminación, deberá disipar una potencia generada por el paso de la corriente debido a la carga y por la caída de tensión en sus terminales en estado de conducción. Considerando que las luminarias no exceden los 100W por centro, lo cual es más que suficiente si se consideran ampolletas LED o halógenas, la corriente debida a la carga será de 0,45A (V.2-9). La temperatura de juntura estimada de acuerdo a la carga se obtiene según V.2-10.
V.2-9
() () V.2-10
Utilizando la información proporcionada por el fabricante (Tabla V-1 y Figura V-7), que nos indica que para una corriente de 0,45A tenemos una potencia disipada de 0,5W, si consideramos que el dispositivo podrá alcanzar fácilmente temperaturas de 40°C montado junto a otros componentes dentro de una caja y su resistencia térmica es de 60°C/W, la temperatura de juntura generada será de 70°C (V.2-11).
75
V.2-11
Tabla V-1. Características Triac BTA-08
Característica
Valor
Tensión disparo de puerta (VGT )
1,3V
Corriente disparo de puerta (I GT )
5 a 50mA
Corriente mínima de conducción (I L )
10 a 70mA
Corriente de mantenimiento (I H)
10 a 50mA
Voltaje entre terminales en conducción (V T )
1,55V
Máxima corriente de conducción (I T(RMS))
8ª
Resistencia térmica juntura ambiente Rth(j-a) 60°C/W Resistencia unión cápsula, Rth(j-c)
2,5°C/W
Temperatura de juntura máxima T jmáx
125°C
(Fuente: Elaboración propia en base a datos de STMicroelectronic)
Figura V-7. Máxima disipación de potencia triac BTA 08 en función de la corriente de carga. (Fuente: STMicroelectronic)
76 Como podemos observar (V.2-11), la temperatura estimada que deberá disipar el dispositivo es inferior a la temperatura máxima de juntura soportada por el triac por lo que no es necesario el uso de un disipador.
Es más, considerando el peor de los casos, en donde la temperatura estimada es igual a la temperatura máxima de operación del triac (tomando como máximo 100°C considerando margen de resguardo) para el cual no se ve afectado su funcionamiento normal,
() Lo cual corresponde según las características del triac a una corriente de carga de 1,5A, es decir, podríamos conectar sin ningún problema, un total de tres ampolletas de 100W (V.2-12). De todas formas, nuestro diseño contempla el control de una luminaria por centro.
V.2-12
77
V.3 Control de circuito de enchufes Se ha pensado en un total de tres circuitos de enchufes a los cuales se realizara un control todo o nada, dependiendo de las necesidades del usuario, se ha de utilizar un circuito electrónico a base de un dispositivo semiconductor de potencia, el triac, el cual se utilizará como interruptor biestable, el porqué de su elección en vez de un relé, se debe al nulo ruido que emiten tras su conmutación de un estado a otro y su larga vida puesto que los relés tienden a deteriorarse con el tiempo si las conmutaciones son demasiado constantes. El triac será disparado a través de un optopacoplador, el MOC-3042 que posee circuito detector de paso por cero, es decir, solamente se dispara cuando la tensión en sus bornes ha pasado por cero. El código de programación para el control de circuitos de enchufes consiste en recibir la información de parte del usuario quién interactúa con el sistema a través del teclado matricial para modificar el estado de los enchufes. Siguiendo el diagrama de la Figura V-9, inicialmente el sistema se encuentra esperando una orden, si el usuario presiona la tecla correspondiente a alguno de los tres circuitos de enchufes, el controlador envía la señal de activación hacia el actuador conformado por el triac, que cierra el circuito generando la alimentación de las tomas de corrientes correspondientes. Si mantiene la tecla presionada por al menos tres segundos, el circuito es desconectado dejando sin alimentación a los aparatos asociados a él.
78
Control enchufe enc=low Lectura pulsadores
enc=high
si Hold e
no Press h
si enc=low
no
Figura V-8. Diagrama flujo control enchufes.
El control del optoacoplador se realizará directamente desde Arduino según sean las necesidades del usuario, la señal de control se enviará al circuito de la Figura V-9, similar al control de luz, la diferencia radica en la adición del circuito RC que se encarga de filtrar las cargas inductivas para proteger al triac de
cargas
que pudiesen conectarse al circuito como
pueden ser transformadores o motores. R7=380Ω para limitar la corriente a través del diodo a no más de 10mA, los demás componentes del circuito son escogidos según recomendaciones del fabricante, R8=180Ω, R9=2,4kΩ y C1=0,1µf.
79
Figura V-9. Circuito control enchufes.
Estos circuitos de enchufes se utilizarán para alimentar dispositivos electrónicos, como cargadores de celulares, televisores, equipos de música, consolas de video juegos, y en general todo aquel dispositivo que aun estando apagado consuma energía eléctrica dada las condiciones de su fuente de energía o modo stand-by.
V.3.1 Disipador de temperatura para Triac de cto. de enchufes Para cargas inferiores a 300 watts, no resulta necesaria la utilización de un disipador de temperatura sobre el triac, puesto que el controlador de circuitos de enchufe controlará un centro (toma de corriente) por circuito, el cual pude ser utilizado para alimentar hasta 3 dispositivos electrónicos u inclusive lámparas. Por ello, el consumo será superior a los 100 watts Un televisor, consume entre 50 y 125W según su tamaño y tecnología, un computador entre 50 y 100W
1000 watts un microondas
500 watt una lavadora
Cargador de celular 10 w
Impresora 50 w
Monitor 250w
80
Equipo audio 50 w
Consola videojuegos 55 w
Un toma corrientes convencional, puede llegar a soportar una carga total de 2.200 W considerando un circuito diseñado para 10 amperes, lógicamente, una carga de ese tipo estaría utilizando la totalidad de la capacidad diseñada por lo que no podría utilizarse otro enchufe del mismo circuito. Asumiendo una carga del 80 % de la capacidad total y pensando que su uso será de exclusivo para electrodomésticos, la potencia que disipará en forma de calor el triac según informa el fabricantes viene dada por la ecuación V.2-10, utilizando los valores entregados por el fabricante del BTA08 (Tabla V-1 y Figura V-7), para una corriente de carga de 8A, el dispositivo debe disipar 9,5W, con estos datos, se obtiene que la temperatura de juntura estimada es de 610°C.
V.3-1
Como la temperatura estimada resultó ser mucho mayor a la temperatura de juntura máxima soportada, resulta necesaria la utilización de un disipador de temperatura para proteger el dispositivo frente a altas temperaturas debido a grandes cargas.
81
Figura V-10. Triac con pasta térmica y disipador. (Fuente: Elaboración propia)
Para el cálculo del disipador se utilizará la analogía de la ley de ohm para resistencias en base al circuito equivalente térmico de Figura V-11. En V.3-2 se muestra la relación de la resistencia equivalente térmica total en relación a los distintos elementos que componen el circuito Figura V-11 considerando el triac, la pasta térmica y el disipador (Figura V-10), dónde,
Rth(j-a) : Resistencia térmica entre la juntura y ambiente
Rth(j-c) : Resistencia juntura cápsula
Rth(c-d): Resistencia cápsula disipador (pasta)
T j
: Temperatura de operación máxima
T a
: Temperatura del ambiente
Tj
Rth(c-d)
Rth(j-c)
Td
Tc P
Tj-Ta
Rth(d-a) Ta
Figura V-11. Circuito equivalente térmico para cálculo de disipador.
82 V.3-2
( ) V.3-3
Tomando los valores de los parámetros del Triac BTA08 entregados por el fabricante del dispositivo y reemplazándolos en V.3-3 se obtiene una
(V.3-4). Es decir, se escoge un disipador cuya resistencia térmica sea a lo mas de . V.3-4
V.4 Control de Humedad relativa en baño y cocina La Agencia de Protección Ambiental de EE.UU., establece que una humedad relativa entre 30% a 50% son los niveles óptimos para un buen confort dentro de la vivienda. Nuestro objetivo es, proporcionar un sistema que se encargue de no sobrepasar el 50% de la humedad relativa generada en baño y cocina debido a sus distintos usos. Para ello, se determinó medir los niveles de humedad relativa con el sensor analógico HIH-4030 que proporciona una salida lineal de tensión en función de la variable sensada. Posee una pequeña variación de su curva de respuesta con respecto a la temperatura pero que para nuestro caso práctico no genera problema ya que no se busca el diseño de un equipo de precisión, solo buscamos mantener un máximo de humedad para disminuir la probabilidad de la condensación
83 superficial en la vivienda a causa de la excesiva humedad generada en baño y cocina. Podemos observar en la Figura V-13 que para una humedad relativa del 50%, la salida del sensor es de aproximadamente 2,3V que según la resolución del conversor de arduino, se traduce en el nivel 471. Cada vez que la humedad relativa sobrepase el 50% (según la temperatura podría llegar al 55%) equivalente a 471 en decimal, el sistema se encarga de activar el extractor de aire hasta reducir el nivel de humedad relativa de la zona. En el caso de operar en el modo manual, la humedad sensada no tiene relevancia alguna. La salida del sensor HIH4030 se ingresa a una de las entradas analógicas de arduino, una vez leídos los datos, arduino se encarga de tomar la decisión de activar o desactivar el extractor de aire.
Sensor Humedad
CONTROLADOR
Actuador extractor
Pulsador
Figura V-12. Control de humedad relativa.
84
Figura V-13. Característica tensión de salida en función de la humedad relativa del sensor de humedad HIH-4030 a 25°C y 5V. (Fuente: Honeywel International Inc. )
La instrucción para el controlador se basa en el diagrama de flujo indicado en la Figura V-14. Inicialmente el controlador establece la variable “hr” a 471, correspondiente al 50% de humedad relativa., posteriormente, se lee la entrada analógica del arduino en que se encuentra conectado el sensor de humedad, estableciendo la variable hr a dicha lectura, luego en una etapa de decisión, el controlador compara hr con el valor preestablecido (valor de humedad relativa máxima fijada en 50%), si el valor de humedad relativa es superior, se ejecuta la orden de accionar el extractor de aire correspondiente a la zona de lectura, cuando la humedad iguala a la referencia, el controlador envía la orden de desactivación del extractor. La lectura de los datos se realiza constantemente en busca de una variación de la humedad relativa. El control del extractor también es posible de efectuar en modo manual, si el
usuario
presiona
el
pulsador
asociado
al
extractor,
éste
se
activará/desactivará por el tiempo que el usuario determine saliendo del modo automático. Si se mantiene presionado el pulsador, por al menos
85 tres segundos, el control de humedad pasará al modo automático nuevamente.
Control Humedad Relativa
hr=50, ex=low, aut=true Sensor humedad no no
aut=true si
Se pulsó si
si
Se pulsó
aut=false
no
ℎ >
ex=!ex
no
ex=low
si hold si
no ex=high
aut=true Figura V-14. Diagrama de flujo sistema control de humedad relativa.
Si consideramos un extractor de aire cuya potencia sea de 24W, más que suficiente para las dimensiones del baño y cocina de la vivienda tipo, generamos una corriente a través del triac de aproximadamente 0,1A lo que según la Figura V-7 no alcanza a ser 0,5W que disipará el triac, notamos que la temperatura de juntura estimada es de 70°C (V.4-1) lo que
86 está muy por debajo de la temperatura de juntura máxima (120°C). Según este análisis, no resulta necesaria la utilización de un disipador de temperatura.
V.4-1
V.5 Fuente alimentación Las placas controladoras Ardunio poseen su propio regulador de tensión por lo que solo se precisa de una alimentación según recomienda el fabricante de entre 7 a 12 volts rectificada. La Figura V-15 corresponde al circuito de fuente de alimentación diseñada para el sistema domótico, la tensión V1 es la señal de corriente alterna de red (220v/50hz), T 1 es un transformador reductor de 220V/9V de 1A. El condensador C1 se calculó aplicando la regla del 10% de rizado según V.5-1 para una corriente máxima de 0,5A (máximo consumo estimado de los circuitos) y una tensión máxima de 8,27V (a causa de la caída de tensión en puente rectificador), lo que arrojó una capacitancia de 4.660
. Se pensó en una
fuente de alimentación para cada controlador y sus circuitos asociados. El regulador de tensión escogido es el 7805 que proporciona una salida lineal de 5V que se puede utilizar para la resistencia de pull up del circuito detector de paso por cero además de otros circuitos que pudiesen agregarse en una mejora posterior. Del secundario del transformador, se obtiene la señal para la detección del paso por cero en el circuito de la Figura V-5.
87
1
T1
Hacia detector cruce por cero
P1
U1
V1 4
3
LI NE VR EG VOLTAGE
C1 2
Alimentación Arduino
COMMON
Alimentación general
Figura V-15. Fuente alimentación para arduinos y circuitería general.
V.5-1
V.6 Arquitectura de red La topología de red seleccionada es de tipo mixta, es decir, cada nodo controlador comanda a sus periféricos y acoge las variables sensadas, además establece una comunicación con el nodo controlador que le sigue. La comunicación es en un solo sentido. Los nodos se comunican a través de la comunicación serie UART. La falla de uno de los nodos de control provocaría el quiebre de la comunicación entre la red de nodos pero estos pueden seguir administrando sus periféricos en topología de estrella sin ningún problema. El Tabla V-2 se presenta las asignaciones de entradas y salidas para el control principal del sistema (Arduino n°1). A este controlador se encuentran conectados la interfaz principal de usuario (teclado matricial), el control de iluminación de la zona cero y la zona uno correspondiente al área de la entrada de la vivienda (luz exterior de acceso) y el control de
88 iluminación de la sala de estar respectivamente. Además se incluye uno de los sistemas de control de tomas de corriente. A través de la interfaz de usuario se pueden manipular los estados de los bloques de control de la totalidad de la vivienda. Si se desea controlar un sistema perteneciente a otra área controlada por unos de los restantes tres Arduinos, Arduino “n°1” envía el comando necesario vía comunicación UART a través del pin digital uno. En la Tabla VI-1, se puede observar la simbología utilizada para cada uno de los elementos de control de las respectivas zonas junto con el carácter representativo con el que se establece la comunicación entre los arduino. Cabe mencionar que la comunicación es unidireccional (anillo). El carácter en minúscula es utilizado para el control manual, en cambio, si se activa el modo automático de un determinado sector, el carácter
enviado si fuese
necesario, sería en mayúscula. En el caso del control de enchufes, el carácter en mayúscula es usado para desactivar la alimentación. El parámetro “Asignación” hace referencia a las variables utilizadas en el
sketch de control (ver anexoIX.2). La placa controladora Arduino n°2, está encargada de controlar las luminarias de las zonas dos, tres, cuatro y cinco que representan el control de iluminación de comedor, pasillo (escalera), dormitorio dos y tres además del circuito de enchufes n°2. En la Tabla V-3 se puede observar la distribución de las E/S de la placa según las distintas zonas de control. En las tablas Tabla V-4 y Tabla V-5 se muestran los pines de los controladores asociados a cada elemento de la red correspondientes a arduino n°3 y arduino n°4. En la Figura V-17 se muestra la disposición de los elementos del sistema domótico diseñado para la vivienda tipo. La interconexión de los dispositivos se realiza con cable par trenzado sin aislación (UTP)
89 Tabla V-2. Asignación de E/S controlador Arduino n°1.
PIN Asignación Descripción E/S PIN Asignación Descripción E/S A0
---
Colum.
E
4
---
teclado m. A1
---
Colum.
---
Colum.
S
m. E
5
---
teclado m. A2
Fila teclado Fila teclado
S
m. E
6
sec0
Luz sect 0
S
E
7
sec1
Luz sect 1
S
E
8
enc0
Enchufe 0
S
E
9
detC9
Det. paso
E
teclado m. A3
---
Colum. teclado m.
A4
ldr0
Sensor luz sect. 0
A5
ldr1
Sensor luz sect 1
por cero
0
---
Rx serial
E
10
mov0
PIR zona 0
E
1
---
Tx serial
S
11
mov1
PIR zona 1
E
2
---
Fila teclado
S
12
pul0
Pulsador
E
m. 3
---
Fila teclado m.
enchufe 0 S
13
---
Libre
--
90 Tabla V-3.Asignación de E/S controlador Arduino n°2.
PIN Asignación Descripción A0
ldr2
Sensor luz
E/S PIN Asignación Descripción
E/S
E
4
sec4
Luz zona 4
S
E
5
sect5
Luz zona 5
S
E
6
enc1
Enchufe 1
S
E
7
detC
Det. paso
E
zona 2 A1
ldr3
Sensor luz zona 3
A2
ldr4
Sensor luz zona 4
A3
ldr5
Sensor luz zona 5
A4
pul2
Pulsador luz
por cero E
8
mov2
PIR zona 2
E
E
9
mov3
PIR zona 3
E
zona 2 A5
pul4
Pulsador luz zona 4
0
---
Rx serial
E
10
mov4
PIR zona 4
E
1
---
Tx serial
S
11
mov5
PIR zona 5
E
2
sect2
Luz sect. 2
S
12
pul5
Pulsador luz
E
zona 5 3
sec3
Luz sect. 3
S
13
---
Libre
--
91 Tabla V-4. Asignación de E/S controlador Arduino n°3.
PIN Asignación Descripción A0
ldr6
Sensor luz
E/S PIN Asignación Descripción
E/S
E
4
sec8
Luz zona 8
S
E
5
detC
Detector
E
zona 6 A1
ldr7
Sensor luz zona 7
paso por cero
A2
ldr8
Sensor luz
E
6
mov6
PIR zona 6
E
E
7
mov7
PIR zona 7
E
zona 8 A3
hum0
Detector humedad 0
A4
---
Libre
--
8
mov8
PIR zona 8
E
A5
---
Libre
--
9
ext0
Extractor 0
S
0
---
Rx serial
E
10
pul6
Pulsador luz
E
zona 6 1
---
Tx serial
S
11
pul7
Pulsador luz
E
zona 7 2
sec6
Luz zona 6
S
12
pex0
Pulsador
E
extractor 0 3
sec7
Luz zona 7
S
13
enc13
Enchufe 3
S
92 Tabla V-5. Asignación de E/S controlador Arduino n°4.
PIN Asignación Descripción A0
ldr9
Sensor luz
E/S PIN Asignación Descripción
E/S
E
4
mov9
PIR zona 9
E
E
5
ext1
Extractor 1
S
--
6
pul9
Pulsador luz
E
zona 9 A1
hum1
Detector humedad 1
A2
---
Libre
zona 9 A3
---
Libre
--
7
pex1
Pulsador
E
extractor 1 A4
---
Libre
--
8
---
Libre
--
A5
---
Libre
--
9
---
Libre
--
0
---
Rx serial
E
10
---
Libre
--
1
---
Tx serial
S
11
---
Libre
--
2
sec9
Luz zona 9
--
12
---
Libre
--
3
detC
Detector
E
13
---
Libre
--
paso por cero
93
Figura V-16. Arquitectura de red mixta escogida para sistema domótico.
Figura V-17. Disposición de los elementos del sistema domótico en la vivienda tipo.
VI INTERFAZ DE USUARIO
Se ha pensado en una interfaz de usuario sencilla y económica que permita controlar la mayor cantidad de funciones que proporciona el sistema. Consiste en un teclado matricial de cuatro filas y cuatro columnas con el que se puede acceder a las siguientes funciones:
Encendido individual de luces Encendido de todas las luces Regulación individual de nivel de iluminación por sector Activación modo automático luces Activación circuitos de enchufes Activación extractor aire
Figura VI-1. Disposición elementos interfaz principal.
94
95
VI.1 Teclas control de luz por zona El sistema de control de iluminación permite encender a intensidad máxima la o las luminarias o a un nivel acorde con la tarea que el morador considere apropiada De existir la necesidad de mantener una luminaria fija, ya sea por seguridad o por uso permanente del recinto, el usuario puede mantener presionada por tres segundos la tecla correspondiente a la zona deseada y la luminaria del lugar se encenderá en su nivel máximo sin necesidad de que exista presencia en la dependencia. Para volver al modo automático, se puede pulsar la tecla correspondiente al área a modificar y el sistema iniciará nuevamente el control automático. Es posible también, ingresar al modo automático presionando por tres segundos la tecla “Encendido total” lo que provocará que todo el sistema de iluminación de la vivienda ingrese al modo automático. Dado que el control de luz regula la intensidad del alumbrado según la iluminación natural del recinto y solo si además de existir un déficit de iluminación existiese además presencia en la habitación en cuestión, para evitar su encendido indeseado durante las horas de sueño, el usuario podrá activar la escena nocturna a través de un pulsador ubicado en cada uno de los dormitorios. Para su activación, se deberá pulsar hasta obtener la escena deseada. Para desactivar el modo nocturno, basta con pulsar el botón durante tres segundos. Este sistema es idéntico para las demás luminarias. El modo nocturno además, podrá desactivase también desde el panel de control principal ubicado en un lugar accesible al ingreso de la vivienda.
96 Tabla VI-1. Simbología teclas interfaz principal y carácter representativo en la comunicación serial entre Arduinos
Símbolo
Zona Luz living
Carácter Símbolo --
Zona
Carácter
Extractor baño
f, F
Luz comedor
a, A
Luz pasillo
i, I
Luz cocina
b, B
Luz Acceso
--
Luz dor. 1
c, C
Enchufes 1
--
Luz dor. 2
d, D
Enchufes 2
l, L
Luz dormitorio
e, E
Enchufes 3
m, M
k, K
Encendido
j, J
3 Extractor cocina Luz baño
total g, G
Control luz
h, H
patio
VI.2 Teclas Enchufes 1, 2 y 3 A través de las teclas “Enchufes 1”, “Enchufes 2” y “Enchufes 3”, es
posible alimentar los tomacorrientes correspondientes a cada circuito de electrodomésticos de la vivienda. Para activar los tomacorrientes, se debe pulsar la tecla correspondiente al circuito a utilizar. Para desactivar el toma corrientes, se debe mantener presionada la tecla por al menos 3 segundos.
97
VI.3 Encendido total El encendido de la totalidad de las luminarias pertenecientes al sistema puede efectuarse a través de la tecla “Encendido total” desde la interfaz
principal del sistema. Para encender la totalidad de las luces de la vivienda, basta con presionar brevemente dicha tecla, las luminarias de la vivienda se encenderán a su máxima potencia sin requerir presencia en las dependencias, es decir, mientras este modo esté activado, las luces no se apagarán al no detectarse presencia. Para desactivar el modo “Encendido total”, el usuario deberá pulsar por tres segundos la tecla “Encendido total” con lo que el sistema de luces volverá al modo automático de forma
inmediata. Este modo permite al usuario iluminar completamente su vivienda en el caso de presentarse una situación de emergencia, ya sea de delincuencia o para evitar el encendido y apagado de luces en algún evento especial.
VI.4 Extractor aire cocina y baño El botón “Extractor aire cocina” o “Extractor aire baño” , permite poner en funcionamiento el extractor general de aire de la cocina o baño para momentos en que se prepara algún tipo de alimento que emita fuertes olores, humedad excesiva o sencillamente para limpiar el aire viciado, reducir la humedad relativa al hacer circular un flujo de aire. Para activar alguno de los extractores de forma manual, se deberá presionar brevemente la tecla o pulsador correspondiente, para desactivarlo basta con volver a pulsar la tecla. Si lo que se desea es su funcionamiento en modo automático según la humedad relativa de la zona, se debe mantener la tecla pulsada por al menos tres segundos, posteriormente a esto el sistema habrá entrado al modo automático.
98
VII COMENTARIOS Y CONCLUSIONES
1- El sistema domótico propuesto en este trabajo podría perfectamente hacerse extensivo a otras aplicaciones de eficiencia energética utilizándose por ejemplo en un sistema de iluminación por paneles fotovoltaicos, permitiendo la optimización de la energía almacenada y extendiendo las horas de uso. El
escoger
tecnología
led
para
iluminar
las
viviendas
radica
principalmente en que las ampolletas fabricadas bajo esta tecnología, son altamente eficientes en comparación a las ya tradicionales tecnologías, como las lámparas de incandescencia, halógenas, e inclusive frente a las lámparas fluorescentes compactas, estas que además de generar mayor cantidad de contaminación, que las led, tienen una vida útil mucho menor. Las ventajas de la utilización de lámparas led son bastantes, entre ella, está la fácil mantención, poseen pequeñas dimensiones permitiendo una mayor aplicabilidad, mayor resistencia y su luz puede ser controlada de acuerdo a las necesidades del diseñador. Las lámparas de incandescencia, (que se encuentran próximas a ser descontinuada su venta en Chile), y las lámparas halógenas son de baja eficiencia, pero, permiten la regulación de la intensidad de luz a través de dispositivos externos permitiendo optimizar el consumo de electricidad estableciendo niveles de iluminación adecuadas para cada momento, pero su inconveniente, y en definitiva limitante, es que no permiten una gran cantidad de ciclos de encendido/apagado con lo que a la larga, se traduce en un costo de reposición adicional. Las lámparas fluorescentes compactas, en cambio, son altamente eficientes, al menos en un 80% más que las incandescentes, pero su inconveniente es que en general, no son compatibles con sistemas de control por presencia ya que su ciclo de
99 encendido/apagado es muy limitado lo que de ser utilizadas en sistemas de control por presencia implicaría una reducción en su vida útil con su correspondiente costo económico. Hasta hace poco las lámparas fluorescentes compactas no eran compatibles con dispositivos reguladores de intensidad, pero en la actualidad, existen fabricantes como Philips y Osram que presentan sus productos LFC dimeables, compatibles con sistemas de regulación de intensidad. La vida útil de las LFC es de unas 8 mil horas, pero dimeables o no, siguen viendo reducida su vida útil a causa de los ciclos de encendido/apagado.
Flujo
Consumo
Eficiencia
luminoso
(W)
(Lumen/Watts)
Incandescente
1.570
100
15
Halógenas
1.570
70
22
1.570
23
69
1.570
17
92
Luminaria
Fluorescentes compactas Led
Tabla VII-1. Comparativa de tecnologías de iluminación. (Fuente: Elaboración propia.)
2- En Chile, las iniciativas formales de EE datan desde la creación del Programa País de Eficiencia Energética (PPEE) en el año 2005, que, a pesar de su corto periodo de actividad, ha logrado implantar al uso eficiente de la energía como un medio esencial en el diseño e incorporación de políticas públicas en energía que velen por un desarrollo equilibrado, eficiente y sustentable del sector (estudio de mercado eficiencia energética en chile, 2010). La eficiencia energética
está
orientada
a
nivel
país
a
incrementar
el
100 aprovechamiento de los recursos energéticos y las tecnologías disponibles de forma más efectiva, permitiendo un desacople entre el crecimiento de la demanda energética con el crecimiento económico del país sin perjudicar el desarrollo industrial y económico en el largo plazo. Uno de los programas de PPEE es el recambio a nivel nacional de ampolletas, plan nacional de eficiencia energética (PNAEE). 3- La solución planteada en este trabajo para mejorar la forma en cómo se utiliza la electricidad para iluminar, alimentar los aparatos en stand by pueden implicar un ahorro adicional al ya generado por el simple reemplazo de la tecnología de las ampolletas. El reemplazar las ampolletas incandescentes por ampolletas led, contribuyen a reducir el consumo energético hasta en un 90% dependiendo de la calidad de la ampolleta en comparación a las lámparas fluorescentes compactas que son un 80% más eficientes que las ampolletas de incandescencia según informa General Electric. Si a este ahorro generado por el recambio de las lámparas incandescentes, halógenas, fluorescentes, o cualquier otra por la tecnología de iluminación led, le sumamos el potencial ahorro que puede generar nuestro sistema de control de iluminación y el control de enchufes haríamos aún más eficiente el uso de la energía. 4- Sólo si consideramos que gracias al control centralizado de los circuitos de enchufes para dispositivos electrónicos que se mantienen en estado stand-by, el solo hecho de desconectarlo al menos unas ocho horas (durante el periodo de sueño de los moradores), el ahorro de energía con respecto al consumo por standby caería en un 33%, considerando el consumo por este concepto mencionado en el Figura IV-2 un total de 184,6kWh/año por hogar
101 se generan por stand-by, es decir que el ahorro potencial podría ser de unos 60,9kWh/año por hogar solo desconectando de la red eléctrica los aparados en estado stand-by. 5- En referencia al sistema de control de iluminación propuesto, sólo utilizando el sistema y sin considerar el tipo de lámpara utilizada, se pueden llegar a ahorrar un 90% de energía en aplicaciones dónde por ejemplo se requiera un mínimo de luz como para ver una película o escuchar música en un ambiente de iluminación tenue y en general, el ahorro es variable y va de un 10% a un 90% según las necesidades de iluminación que exija el usuario de acuerdo a sus actividades,
mismo porcentaje de ahorro que se genera por el
control automático que regula la intensidad de la lámpara hasta superar el déficit de iluminación natural. Además, gracias al encendido automático por detección de presencia y nivel de iluminación natural, sólo si consideramos la iluminación del acceso de la vivienda que muchos tienden a dejar encendida durante toda la noche, a veces todo el día, podemos ahorrar hasta un 10% adicional solo permitiendo el encendido de la luminaria cuando sea necesario según condiciones sensadas.
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IX ANEXOS
IX.1 Costo elementos del sistema Tabla IX-1. Costo aproximado dispositivos para sistema domótico.
Dispositivo
Modelo
Proveedor Unitario$ Cantidad Total$
Arduino
Placa Uno
Olimex
16.676
4
66.704
Opotoacoplador
MOC3022
Casa
660
10
6.600
350
4
1.400
300
3
900
550
14
7.700
422
4
1.688
C. Royal
1.990
4
7.960
Royal Optoacoplador
MOC 3042
Optoacoplador
4N26
Casa Royal
Triac
BTA08
Casa Royal
Regulador
7805
Olimex
Transformador
220V/9V, 50Hz
Sen. humedad
HIH-4030
Olimex
10.900
2
21.800
PIR
Olimex
7.590
10
75.900
Matricial
Olimex
5.950
1
5.950
Pulsadores
--
C. Royal
980
9
8.820
Disp. varios
Resistores, LDR,
Casa
----------
20
2.500
capacitores, etc.
Royal
---
Casa royal
950
10
9.500
---
Casa
700
10
7.000
4.300
1
4.300
Total
228.722
Sens. Mov. Teclado
Caja soporte Placa
cto.
impreso Cable
Royal Par trezaca Cat.
Mirax
1 (100 mt)
Valores según comercio minorista. 104
105
IX.2 Códigos de programación para los controladores Arduino del sistema domótico. IX.2.1
Sketch para Arudnio n°1. Control principal.
//********************************************************** //**********Sketch para controlador Arduino n°1************* //********************************************************** /*Este sketch está diseñado para controlar el teclado matricial (interfaz de usuario principal), control de luz de acceso a la vivienda y control de luz de la sala de estar.*/ #include //librería para uso de teclado matricial const byte filas =4; //número de filas del teclado matricial const byte columnas=4; //número de columnas del teclado matricial byte pinsFilas[filas]={2,3,4,5}; //asignación de pines a filas byte pinsColumnas[columnas]={A0,A1,A2,A3}; //asignación de pines a columnas char teclas[filas][columnas]={ //matriz de teclado {'1','2','3','A'}, {'4','5','6','B'}, {'7','8','9','C'}, {'*','0','#','D'} }; Keypad teclado= Keypad(makeKeymap(teclas),pinsFilas,pinsColumnas, filas, columnas); //crea nuevo elemento llamado teclado char tecla; unsigned long tin, tin0; //variable que define el tiempo del paso por cero y variable contra rebote enchufe 0 const int sec0=6,sec1=7,enc0=8, detC=9, pul0=12; //control luces sector 0, 1, control echufe 0 y detector de paso por cero const int mov0=10,mov1=11, ldr0=A4,ldr1=A5; //sensor de movimiento sector 1 y 2 y sensor luz sector 0 y 2 int ret0=0, ret1=0, men=0, may=9900; //retardo disparo inicial triac sec0 y sec1, minimo y maximo int act=LOW; //estado de paso por cero actual int luz0,luz1,dmo0,dmo1; // sensor de luz y PIR zonas 0 y 1 boolean aut0=true, aut1=true; //variables que definen modo automático de zonas 0 y 1 void setup(){ Serial.begin(9600); //inicia el puerto serie a 9600 baudios pinMode(sec0,OUTPUT); pinMode(sec1,OUTPUT); pinMode(enc0,OUTPUT); pinMode(2,OUTPUT); pinMode(3,OUTPUT); pinMode(4,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT); pinMode(detC,INPUT); digitalWrite(sec0, LOW); digitalWrite(sec1, LOW);
106 digitalWrite(enc0, LOW); teclado.addEventListener(keypadEvent); //crea una interrupción según evento del teclado } void loop(){ luz0=analogRead(ldr0); luz1=analogRead(ldr1); dmo0=digitalRead(mov0); dmo1=digitalRead(mov1); /* a continuación se establece el máximo de retardo para los disparos de los triacs según el paso por cero*/ if(ret0>may){ ret0=men; } if(ret1>may){ ret1=men; } //detecta el paso por cero de la señal AC act=digitalRead(detC); if(act==HIGH){ tin=micros(); } //código ejecutable en modo automático de zonas 0 y 1 if(aut0=true&&luz0<921&&dmo0==HIGH){ ret0=(luz0/921)*may; } if(aut1=true&&luz1<=921&&dmo1==HIGH){ ret1=(luz1/921)*may; } if(micros()-tin>=ret0&µs()-tin<=ret0+52){ digitalWrite(sec0,HIGH); tecla=teclado.getKey(); } else{ digitalWrite(sec0,LOW); } if(micros()-tin>=ret1&µs()-tin<=ret1+52){ digitalWrite(sec1,HIGH); tecla=teclado.getKey(); } else{ digitalWrite(sec1,LOW); } } //rutina a seguir en caso de presionar alguna tecla de la interfaz princi pal void keypadEvent(KeypadEvent tecla){ switch(teclado.getState()){ case PRESSED: switch (tecla){ case'0'://luz acceso aut0=false; ret0=ret0+900; //incremento de 1 mili segundos, máximo 10 mili (medio ciclo) break; case'1'://luz sala estar
107 aut1=false; ret1=ret1+900; break; case'B': digitalWrite(enc0, HIGH); break; case'2'://tecla comedor Serial.println('a',BIN); break; case'3'://cocina Serial.println('b',BIN); break; case'4'://luz dormitorio 1 Serial.println('c',BIN); break; case'5':// luz dormitorio 2 Serial.println('d',BIN); break; case'6'://luz dormitorio 3 Serial.println('e',BIN); break; case'7'://extractor baño Serial.println('f',BIN); break; case'8'://luz baño Serial.println('g',BIN); break; case'9'://luz patio Serial.println('h',BIN); break; case'*'://luz pasillo Serial.println('i',BIN); break; case'#':// totalidad de luz Serial.println('j',BIN); break; case'A':// extractor cocina Serial.println('k',BIN); break; case'C':// enchufe 2 Serial.println('l',BIN); break; case'D':// enchufe 3 Serial.println('m',BIN); break; } case HOLD: switch(tecla){ case'0': aut0=true; break; case'1': aut1=true; break; case'B':
108 digitalWrite(enc0, LOW); break; case'2': Serial.println('A',BIN); break; case'3': Serial.println('B',BIN); break; case'4': Serial.println('C',BIN); break; case'5': Serial.println('D',BIN); break; case'6': Serial.println('E',BIN); break; case'7': Serial.println('F',BIN); break; case'8': Serial.println('G',BIN); break; case'9': Serial.println('H',BIN); break; case'*': Serial.println('I',BIN); break; case'#': Serial.println('J',BIN); break; case'A': Serial.println('K',BIN); break; case'C': Serial.println('L',BIN); break; case'D': Serial.println('M',BIN); break; } } }
IX.2.2
Sketch para Arduino n°2
//********************************************************** //**********Sketch para controlador Arduino n°2************* //**********************************************************
109 //Este sketch controla luz dormitorio 2 y 3, enchufe 2, luz pasillo y com edor unsigned long tin, tin2, tin4,tin5; // tiempo paso por cero y variable que define tiempo para evitar rebote const int sec2=2,sec3=3,sec4=4,sec5=5,enc1=6, detC=7; //control luces sector 2, 3, 4 y 5, control echufe 1 y detector de paso por cero const int mov2=8,mov3=9,mov4=10,mov5=11,ldr2=A0,ldr3=A1,ldr4=A2,ldr5=A3; //sensor de movimiento sector 1 y 2 y sensor luz sector 0 y 2 const int pul2=A4,pul4=A5,pul5=12; int ret2=0,ret3=0,ret4=0,ret5=0, men=0, may=9900; //retardo disparo inicial triac sec2 al sec5, minimo y maximo int act=LOW; int luz2,luz3,luz4,luz5,dmo2,dmo3,dmo4,dmo5; boolean aut2=true, aut3=true,aut4=true, aut5=true, puL2=false,puL4=false,puL5=false;
void setup(){ pinMode(sec2,OUTPUT); pinMode(sec3,OUTPUT); pinMode(sec4,OUTPUT); pinMode(sec5,OUTPUT); pinMode(enc1,OUTPUT); pinMode(detC,INPUT); pinMode(mov2,INPUT); pinMode(mov3,INPUT); pinMode(mov4,INPUT); pinMode(mov5,INPUT); digitalWrite(sec2, LOW); digitalWrite(sec3, LOW); digitalWrite(sec4, LOW); digitalWrite(sec5, LOW); digitalWrite(enc1, LOW); } void loop(){ luz2=analogRead(ldr2); luz3=analogRead(ldr3); luz4=analogRead(ldr4); luz5=analogRead(ldr5); dmo2=digitalRead(mov2); dmo3=digitalRead(mov3); dmo4=digitalRead(mov4); dmo5=digitalRead(mov5); puL2=digitalRead(pul2); puL4=digitalRead(pul4); puL5=digitalRead(pul5); //se establece el timepo en que termina el rebote de pulsación if(puL2!=puL2){ tin2=micros(); } if(puL4!=puL4){ tin4=micros(); } if(puL5!=puL5){
110 tin5=micros(); } if(ret2>may){ ret2=men; } if(ret3>may){ ret3=men; } if(ret4>may){ ret4=men; } if(ret5>may){ ret5=men; } //detector de paso por cero act=digitalRead(detC); if(act==HIGH){ tin=micros(); } // retardo disparo de triacs según iluminación natural if(aut2=true&&luz2<921&&dmo2==HIGH){ ret2=(luz2/921)*may; } if(aut3=true&&luz3<921&&3==HIGH){ ret3=(luz3/921)*may; } if(aut4=true&&luz4<921&&dmo4==HIGH){ ret4=(luz4/921)*may; } if(aut5=true&&luz5<921&&dmo5==HIGH){ ret5=(luz5/921)*may; } if(micros()-tin>=ret2&µs()-tin<=ret2+52){ digitalWrite(sec2,HIGH); } else{ digitalWrite(sec2,LOW); } if(micros()-tin>=ret3&µs()-tin<=ret3+52){ digitalWrite(sec3,HIGH); } else{ digitalWrite(sec3,LOW); } if(micros()-tin>=ret4&µs()-tin<=ret4+52){ digitalWrite(sec4,HIGH); } else{ digitalWrite(sec4,LOW); } if(micros()-tin>=ret5&µs()-tin<=ret5+52){ digitalWrite(sec5,HIGH); } else{ digitalWrite(sec5,LOW);
111 } if(micros()-tin2==50){ aut2=false; ret2=ret2+900; } if(micros()-tin4==50){ aut4=false; ret4=ret4+900; } if(micros()-tin5==50){ aut5=false; ret5=ret5+900; } if(puL2==true&µs()-tin2>=3000000){ aut2=true; } if(puL4==true&µs()-tin4>=3000000){ aut4=true; } if(puL5==true&µs()-tin5>=3000000){ aut5=true; }
if(Serial.available()){ byte ser=Serial.read(); switch (ser){ case'a': aut2=false; ret2=ret2+900; //incremento de 1 mili segundos, máximo 10 mili (medio ciclo) break; case'i': aut3=false; ret3=ret3+900; //incremento de 1 mili segundos, máximo 10 mili (medio ciclo) break; case'l': digitalWrite(enc1,HIGH); break; case'd': aut4=false; ret4=ret4+900; break; case'e': aut5=false; ret5=ret5+900; break; case'j': aut2=false; ret2=5000; aut3=false; ret3=5000; aut4=false; ret4=5000; aut5=false;
112 ret5=5000; if(ser=='b'||'c'||'f'||'g'||'i'||'m'||'j'){ Serial.println(ser,BIN); } //codigo para cuando de mantiene presionada una tecla por 3 segundos //en la interfaz principal case'H': aut3=true; break; case'L': digitalWrite(enc1,LOW); break; case'D': aut2=true; break; case'E': aut4=true; break; case'J': aut2=true; aut3=true; aut4=true; aut5=true; if(ser=='B'||'C'||'F'||'G'||'I'||'M'||'J'){ Serial.println(ser,BIN); } } } }
IX.2.3
Sketch Arduino n°3
//********************************************************** //**********Sketch para controlador Arduino n°3************* //********************************************************** /*Código para controlador n°3 encargado de luz zona dormitorio 1, patio y cocina, además de extractor de aire de cocina y enchufe 3*/ unsigned long tin, tin6, tin7,tex0, ten2; // tiempo paso por cero y variable que define tiempo para evitar rebote const int sec6=2, sec7=3, sec8=4, detC=5; //control luces sector 6 y detector de paso por cero const int mov6=6, mov7=7, mov8=8, ldr6=A0, ldr7=A1, ldr8=A2, ext0=9, hum0=A3; //sensor de movimiento sector 6,7 y //8, sensor luz sector 6, 7 y 8, extractor 0 y detector de humedad 0 const int pul6=10, pul7=11, pex0=12, enc2=13; int ret6=0, ret7=0, ret8=0, men=0, may=10000; //retardo disparo inicial triac sector 6 y , minimo y maximo int pre=LOW, act=LOW; int luz6, luz7, luz8, dmo6, dmo7, dmo8, dhu0; boolean aut6=true, aut7=true, aut8=true, puL6=false, puL7=false, pEx0=false, pEn2=false, aue0=true, ese0=LOW;
113
void setup(){ pinMode(sec6, OUTPUT); pinMode(sec7, OUTPUT); pinMode(sec8, OUTPUT); pinMode(enc2, OUTPUT); pinMode(detC, INPUT); pinMode(mov6, INPUT); pinMode(mov7, INPUT); pinMode(mov8, INPUT); pinMode(pul6, INPUT); pinMode(pul7, INPUT); pinMode(pex0, INPUT); digitalWrite(sec6, LOW); digitalWrite(sec7, LOW); digitalWrite(sec8, LOW); digitalWrite(ext0, LOW); digitalWrite(enc2, LOW); } void loop(){ luz6=analogRead(ldr6); luz7=analogRead(ldr7); luz8=analogRead(ldr8); dhu0=analogRead(hum0); dmo6=digitalRead(mov6); dmo7=digitalRead(mov7); dmo8=digitalRead(mov8); puL6=digitalRead(pul6); puL7=digitalRead(pul7); pEx0=digitalRead(pex0); pEn2=digitalRead(enc2); if(puL6!=puL6){ tin6=micros(); } if(puL7!=puL7){ tin7=micros(); } if(pEx0!=pEx0){ tex0=micros(); } if(pEn2!=pEn2){ ten2=micros(); } if(ret6>may){ ret6=men; } if(ret7>may){ ret7=men; } if(ret8>may){ ret8=men; } //detector de paso por cero act=digitalRead(detC);
114 if(act==LOW){ pre=LOW; } if(act==HIGH){ tin=micros(); } // retardo disparo de triacs según iluminación natural if(aut6=true&&luz6<=921&&dmo6==HIGH){ ret6=(luz6/921)*may; } if(aut7=true&&luz7<=921&&dmo7==HIGH){ ret7=(luz7/921)*may; } if(aut8=true&&luz8<=921&&dmo8==HIGH){ ret8=(luz8/921)*may; } if(micros()-tin>=ret6&µs()-tin<=ret6+52){ digitalWrite(sec6,HIGH); } else{ digitalWrite(sec6,LOW); } if(micros()-tin>=ret7&µs()-tin<=ret7+52){ digitalWrite(sec7,HIGH); } else{ digitalWrite(sec7,LOW); } if(micros()-tin>=ret8&µs()-tin<=ret8+52){ digitalWrite(sec8,HIGH); } else{ digitalWrite(sec8,LOW); } if(micros()-tin6==50){ aut6=false; ret6=ret6+900; } if(micros()-tin7==50){ aut7=false; ret7=ret7+900; } if(micros()-tex0==50){ aue0=false; ese0=!ese0; digitalWrite(ext0,ese0); } if(pul6==true&µs()-tin6>=3000000){ aut6=true; } if(pul7==true&µs()-tin7>=3000000){ aut7=true; } if(pEx0==true&µs()-tex0>=3000000){ aue0=true; }
115 if(dhu0>471&&aue0==true){ digitalWrite(ext0,HIGH); } else{ digitalWrite(ext0,HIGH); }
if(Serial.available()){ byte ser=Serial.read(); switch (ser){ case'c'://dormitorio1 aut6=false; ret6=ret6+900; //incremento de 0,9 mili segundos, máximo 9,9 mili (medio ciclo) break; case'b'://cocina aut7=false; ret7=ret7+900; //incremento de 0,9 mili segundos, máximo 9,9 mili (medio ciclo) break; case'h'://patio aut8=false; ret8=ret8+900; //incremento de 0,9 mili segundos, máximo 9,9 mili (medio ciclo) break; case'm'://enchufe 2 digitalWrite(enc2, HIGH); break; case'k': digitalWrite(ext0, HIGH); aue0=false; break; case'j': aut6=false; ret6=5000; aut7=false; ret7=5000; aut8=false; ret8=5000; break; if(ser=='f'||'g'||'j'){ Serial.println(ser,BIN); } case'H': aut6=true; break; case'K': digitalWrite(enc2,LOW); break; case'D': aut7=true; break; case'E': aut8=true; break;
116 case'M': digitalWrite(ext0, HIGH); aue0=true; break; case'J': aut6=true; aut7=true; aut8=true; break; if(ser=='F'||'G'||'J'){ Serial.println(ser,BIN); } } } }
IX.2.4
Sketch Arduino n°4
//********************************************************** //**********Sketch para controlador Arduino n°3************* //********************************************************** // sketch que controla luz sector baño, y extractor baño unsigned long tin, tin9,tex1; // tiempo paso por cero y variable que define tiempo para evitar rebote const int sec9=2, detC=3; const int mov9=4, ldr9=A0, ext1=5, hum1=A1; const int pul9=6, pex1=7; int ret9=0,men=0, may=9900; int pre=LOW, act=LOW; int luz9,dmo9, dhu1; boolean aut9=true, puL9=false, aue1=true, pEx1=false, ese1=LOW;
void setup(){ pinMode(sec9, OUTPUT); pinMode(ext1, OUTPUT); pinMode(mov9, INPUT); pinMode(pex1, INPUT); pinMode(pul9, INPUT); digitalWrite(sec9, LOW); digitalWrite(pex1, LOW); } void loop(){ luz9=analogRead(ldr9); dhu1=analogRead(hum1); dmo9=digitalRead(mov9); puL9=digitalRead(pul9); pEx1=digitalRead(pex1);
if(puL9!=puL9){
117 tin9=micros(); } if(pEx1!=pEx1){ tex1=micros(); } if(ret9>may){ ret9=men; } act=digitalRead(detC); if(act==LOW){ pre=LOW; } if(act==HIGH){ tin=micros(); } if(aut9=true&&luz9<=921&&dmo9==HIGH){ ret9=(luz9/921)*may; } if(micros()-tin>=ret9&µs()-tin<=ret9+52){ digitalWrite(sec9,HIGH); } else{ digitalWrite(sec9,LOW); } if(micros()-tex1==50){ aue1=false; ese1=!ese1; digitalWrite(ext1,ese1); } if(puL9==true&&aut9==false){ aut9=false; ret9=ret9+900; } if(pul9==true&µs()-tin9>=3000000){ aut9=true; } if(pEx1==true&µs()-tex1>=3000000){ aue1=true; } if(Serial.available()){ byte ser=Serial.read(); switch (ser){ case'f'://dormitorio1 aut9=false; ret9=ret9+900; //incremento de 1 mili segundos, máximo 10 mili (medio ciclo) break; case'g': digitalWrite(ext1, !ese1); break; case'j': aut9=false; ret9=5000; case'F':
