Diseño de un sistema de automatización de hogares mediante arduino
ROBERTO
Instituto Tecnológico Superior de Huichapan. Materia: Taller de Investigación I. Docente: Ing. Jairo Domínguez. Carrera: Ing. En Energías Renovables. Semestre: 5° Alumnos: Uriel Santiago Hernández. Roberto García Uribe.
Índice: Planteamiento del problema: ............................................................................................................ 2 Justificación ........................................................................................................................................ 3 Objetivos ............................................................................................................................................. 3 Antecedentes ...................................................................................................................................... 4 Marco teórico ..................................................................................................................................... 5 Hipótesis ............................................................................................................................................. 9 Metodología: ...................................................................................................................................... 9 Cronograma: ..................................................................................................................................... 10 Recursos disponibles: ....................................................................................................................... 10 Referencias: ...................................................................................................................................... 11
Planteamiento del problema: Una casa habitación es el espacio creado para que los seres humanos la ocupen con la finalidad de satisfacer las necesidades propias del mismo. En el mundo moderno cualquier actividad que no pueda ser realizada en forma eficiente mediante herramientas remotas representa una enorme desventaja, tanto competitivamente como de calidad de vida. Dentro de esta perspectiva, la automatización de los espacios y su dinamización con la incorporación de herramientas y tecnologías de la información y las telecomunicaciones, es una necesidad inminente. Tareas tan simples como controlar el acceso en entornos con elevados requerimientos de seguridad se convierte en la vertiginosa dinámica global en un problema, para aquellas instituciones y personas que no están preparadas. Son múltiples los factores que pueden caracterizar las formas de vida de las personas hoy en día, como ejemplo, adultos mayores que viven solos, población con algún tipo de discapacidad y que viven de forma independiente. (Salvador, 2015). Es así como, labores tan comunes como abrir o cerrar una ventana o una puerta se convierten en un problema; pero con la implementación de la domótica en el hogar se disminuye el grado de dificultad para realizar estas tareas. En el mercado actual se cuenta con un gran número de aplicaciones de muy alto nivel sobre el tema, las cuales en su mayoría tienen costos elevados y están pensadas más en generar una experiencia de lujo al cliente que en facilitar el desarrollo de una activida d específica a las personas. Agregando que no hay seguridad dentro de estos complejos, lo cual afecta directamente sobre los índices de delincuencia. Para este proyecto nosotros estamos proponiendo un sistema de automatización de hogares. (Boris, 2016)
Justificación El proyecto surge con el propósito de diseñar un sistema domótico para el control de la iluminación, la climatización y el acceso en puertas, con la finalidad de dar confort para los habitantes del hogar por medio de dispositivos electrónicos activados de manera remota. El cual será un diseño que implementa la programación en automatización basado fundamentalmente en controladores.
Objetivos General: Diseñar un sistema domótico para el control de diversos mecanismos en un hogar a partir del uso de microcontroladores que permita ayudar al usuario a realizar sus tareas cotidianas dentro de un espacio habitable de carácter sustentable.
Específicos: •
Diseñar un sistema para controlar el sistema de automatización de manera remota.
•
Determinar los componentes necesarios para cubrir las necesidades del sistema. (Dominguez, 2006)
•
Fabricar un prototipo funcional del resultado generado utilizando metodología de diseño.
•
Otorgar al habitante del hogar un ambiente de seguridad.
Antecedentes El desarrollo domótico, en su contexto tradicional y su lenta entrada en el contexto colombiano por la barrera económica, ha generado una pregunta inicial acerca de la posibilidad de la aplicación de energías renovables para su funcionamiento. Surge un cuestionamiento sobre la responsabilidad social que deberían mantener las empresas, concerniente a la fabricación e instalación de dichos sistemas, puesto que el concepto de domótica no se entiende en el propio contexto como una tecnología que puede potenciar el bienestar humano y del medio ambiente global, sino como un conjunto de prestaciones suntuosas de automatización de dispositivos en el hogar que amplía los niveles de confort de quienes la adquieren. Este pro yecto se apoya en una postura similar, en la cual, y desde el desarrollo tecnológico se prospecta su apropiación popular, en especial desde las poblaciones menos favorecidas (Quintero, 2005).
En Argentina la domótica surge de la mano de empresas de tecnología que incorporan el concepto y lo desarrollan. A comienzo de la década de 1990, estas empresas comienzan a hablar de domótica al referirse a la casa del futuro, y a realizar algunas aplicaciones de carácter parcial, participando en ferias y notas periodísticas que colaboran con la difusión del nuevo concepto. Conforme avanzan los años 90, las instalaciones se hacen más frecuentes e importantes comenzando a expandirse el mercado argentino, lo cual posibilita, llegado el fin del milenio, la aparición de otras compañías que comienzan a incorporarlo entre sus servicios o realizan desarrollos propios. La crisis económica Argentina de fines del 2001 paraliza este desarrollo que recién se recupera con la expansión que se da en el área de la construcción casi tres años después. En el año 2007 se realiza la prim era expo exclusivo de domótica "expo casa domótica" y primer congreso de Domótica. En la provincia de Córdoba se formó una comisión de ingenieros especialistas que elaboró una Guía de Contenidos Mínimos para la elaboración de un Proyecto de Domótica. Dicha guía sirve como referencia y está disponible para cualquier
persona que tenga interés en la actividad y como informativo del estado del arte. La Comisión de Domótica del CIEC nuclea a los profesionales de esta materia en la provincia de Córdoba y vela por la calidad de los servicios que se prestan. (Huidobro, 2014) Dentro de algunos proyectos, similares a este encontramos como el mas relevante el que lleva por titulo “Casas Inteligentes o Domótica” desarrollado por alumnos de
la universidad de Medellín en el 2015 Pues dicho proyecto trabaja asta cierto punto con los mismos elementos que nosotros, tales como, motor a pasos y sensor de temperatura, no obstante, también utilizan otro tipo de elementos los cuales nosotros no tenemos contemplados. De manera similar se analizó el proyecto titulado “Diseño e implementación de un prototipo de vivienda domótica basado en las plataformas arduino y Android ”, el problema tratado en este trabajo es el desarrollo de una maqueta que representa una casa inteligente, con algunos componentes automatizados. El cual es asta el momento un trabajo mas cercano al que se pretende realizar puesto que también incluyen la relación de dispositivos Android para el control del sistema de automatización.
Marco teórico Concepto de Arduino Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. El primer prototipo de Arduino fue fabricado en el instituto IVRAE. Inicialmente estaba basado en una simple placa de circuitos eléctricos, donde estaban conectados un micro controlador simple junto con resistencias de voltaje, además de que únicamente podían conectarse sensores simples como leds u otras
resistencias, y aún no contaba con el soporte de algún lenguaje de programación para manipularla (Sanclemente, 2016).
Definición de domótica El término Domótica viene del latín “domus” que significa casa y de la palabra “automática”, por lo tanto, la Domótica se refiere a una casa automática o como se
le ha llamado más comúnmente una casa inteligente. En inglés a la Domótica se le conoce más como “home networking” o “Smart home”. Una casa inteligente es
aquélla cuyos elementos o dispositivos están integrados y automatizados a través de una red y que a través de otro dispositivo remoto o inclusive interno se pueden modificar sus estados o los mismos dispositivos están diseñados para realizar ciertas acciones cuando han detectado cambios en su propio ambiente (Villaverde, 2017).
Para que un sistema pueda ser considerado "inteligente" ha de incorporar elementos o sistemas basados en las Nuevas Tecnologías de la Información (NTI) que van surgiendo día a día. El uso de las NTI en una casa genera nuevas aplicaciones y tendencias basadas en la capacidad de proceso de información y en la integración y comunicación entre los equipos e instalaciones. La definición de casa domótica o inteligente presenta múltiples versiones en diferentes países e idiomas, pero los términos más utilizados son: "casa inteligente", automatización de viviendas, domótica, sistemas domésticos, entre otros. De manera general, un sistema domótico dispondrá de una red de comunicación y diálogo que permite la interconexión de una serie de equipos a fin de obtener información sobre el entorno doméstico y, basándose en ésta, realizar unas determinadas acciones sobre dicho entorno. El funcionamiento de una casa inteligente consistiría a grandes rasgos de lo siguiente: los elementos de campo (detectores, sensores, captadores, etc.), transmitirán las señales a una unidad central inteligente que tratará y elaborará la información recibida. En función de dicha información y de una determinada programación, la unidad central actuará
sobre determinados circuitos de potencia relacionados con las señales recogidas por los elementos de campo correspondientes (Villaverde, 2017).
Historia de la Domótica
El automatismo se inició durante el siglo XIX con el desarrollo industrial, el cual permitía controlar y establecer secuencialmente los procesos productivos. Con el paso del tiempo y hasta la actualidad, los sistemas han sido perfeccionados hasta llegar al punto en donde las industrias basan gran parte de sus fases de producción en tareas automatizadas o temporizadas (Villaverde, 2017). Estados Unidos y Japón fueron los países pioneros en dar una noción de un edificio o inmueble inteligente, en el año 1977, bajo la influencia de factores tecnológicos y económicos. Desde este año se realizan estudios y análisis sobre el impacto que tiene la automatización en la sociedad y la rentabilidad que podían generar sus ideas en un período de baja productividad en el sector industrial (Villaverde, 2017). El concepto de edificios automatizados en Asia, particularmente en Japón, se desarrolló hacia el año 1987, empleando las tecnologías de información con el objetivo de lograr espacios que proporcionaran un ambiente confortable y estimulante, haciéndolos más competitivos dentro del mercado. La automatización de las tareas del hogar es un tema muy reciente. Actualmente se permite a los usuarios una mayor comodidad, ahorro de energía y de dinero al momento de desarrollar, implementar y utilizar las tecnologías residenciales. Inicialmente, el control de los aparatos se hacía enviando señales a través de la red
Eléctrica; luego evolucionó la forma de comunicación y control de los procesos domésticos hasta utilizar emisores y receptores más avanzados, que reciben la señal y la transforman en la acción determinada.
Características de una casa inteligente Las principales características generales de una casa inteligente son:
Integración. Todo el sistema funciona bajo el control de una computadora. De esta manera, los usuarios no tienen que estar pendientes de los diversos equipos autónomos, con su propia programación, indicadores situados en diferentes lugares, dificultades de interconexión entre equipos de distintos fabricantes, etc. (Sanclemente, 2016).
Interrelación. Una de las principales características que debe ofrecer un sistema domótico es la capacidad para relacionar diferentes elementos y obtener una gran versatilidad y variedad en la toma de decisiones. Así, por ejemplo, es sencillo relacionar el funcionamiento del aire acondicionado con el de otros electrodomésticos, con la apertura de ventanas, o con que la vivienda esté ocupada o vacía, etc. (Sanclemente, 2016).
Facilidad de uso. Con una sola mirada a la pantalla de la computadora, el usuario está complet amente informado del estado de su casa. Y si desea modificar algo, solo necesitará pulsar un reducido número de teclas. Así, por ejemplo, la simple observación de la pantalla nos dirá si tenemos correo pendiente de recoger en el buzón, las temperaturas dentro y fuera de la vivienda, si está conectado el aire acondicionado, cuando se ha regado el jardín por última vez, si la tierra está húmeda, si hay alguien en las proximidades de la vivienda, etc. (Sanclemente, 2016).
Control remoto. Las mismas posibilidades de supervisión y control disponibles localmente, (excepto sonido y música ambiental) pueden obtenerse mediante conexión telefónica desde otra computadora en cualquier lugar del mundo. De gran utilidad será en el caso de personas que viajan frecuentemente, o cuando se trate de residencias de fin de semana, etc. (Sanclemente, 2016).
Fiabilidad. Las computadoras actuales son máquinas muy potentes, rápidas y fiables. Si añadimos la utilización de un Sistema de Alimentación Ininterrumpida, ventilación forzada de CPU, batería de gran capacidad que alimente periféricos, apagado automático de pantalla, etc. Se debe disponer de una plataforma ideal para
aplicaciones domóticas capaces de funcionar muchos años sin problemas. (Sanclemente, 2016).
Actualización. La puesta al día del sistema es muy sencilla. Al aparecer nuevas versiones y mejoras sólo es preciso cargar el nuevo programa en su equipo. Toda la lógica de 37 funcionamiento se encuentra en el software y no en los equipos instalados. De este modo, cualquier instalación existente puede beneficiarse de las nuevas versiones, sin ningún tipo de modificación. (Sanclemente, 2016).
Hipótesis Con el desarrollo de este proyecto, se espera brindar confort y facilitar la realización de tareas sencillas y repetitivas a las personas dentro de una casa habitación a través de un sistema controlado de manera remota
Metodología: Para desarrollar este proyecto se llevarán a cabo las siguientes fases como parte de la metodología: 1. Planeación: En esta fase se definen los detalles del producto final de manera minuciosa, tales como, definir los materiales, las posiciones de los sensores y actuadores y la lógica general de la casa.
2. Diseño y simulación del sistema de automatización : En esta fase se diseñarán los planos con los detalles necesarios para las conexiones de los sensores y demás elementos, de una manera tal, que cumpliera con los objetivos funcionales, de esta misma manera se elaborara el código base para el funcionamiento de los dispositivos y así poder realizar una simulación en el software “proteus” para verificar el correc to funcionamiento del sistema
de automatización.
3. Conexión de prueba de los módulos de automatización: En esta fase se llevará a cabo la conexión de los módulos (iluminación, temperatura y control de puertas), así como el software de control mediante el dispositivo Android a través de una conexión bluetooth.
4. Integración: En esta ultima fase, se combinaron todos los componentes domóticos para obtener el producto final. El propósito de esta fase es tomar cada uno de los módulos e ir adicionándolos uno a uno y de esta manera, tener un punto de inicio funcional y posibilitar la adición de cada uno de los componentes de manera gradual.
Cronograma: Tarea
Agosto S1
S2
septiembre
octubre
S1
S1
S2
noviembre S2
S1
Definición de las tareas de trabajo. Investigación de los elementos a utilizar. Definición del sistema de Arduino con el cual se trabajara. Adquirir los elementos a utilizar. Prueba de conexión de los elementos. Elaboración de avances a entregar. Entrega de avances. Conexión final del sistema. Elaboración del informe final
Recursos disponibles: Para el desarrollo de este proyecto se requiere de ciertos materiales y algunos equipos de los cuales contamos con:
Materiales: • • • •
Tarjeta Arduino Mega Modulo bluetooth hc-05 Sensor de temperatura Lm 35 Fotorresistencias
Equipos: Equipo de protección Multímetro Pinzas dieléctricas
S2
•
• •
Software para vinculación bluetoothAndroid (App inventor) Software Arduino Relevadores a 127V.
Además, en caso de recurso económico extra para adquirir material faltante no contamos con el recurso suficiente para adquirir más material.
Referencias: Paredes J., Ramírez J., (2017). Diseño y prototipación de una vivienda inteligente con Arduino y Java (Adriana, 2016). Las telecomunicaciones en la vivienda inteligente. Universidad Autónoma de México 50-62. Quintero, L. F. (2005). Viviendas inteligentes (domótica). En: Revista Ingeniería e Investigación. Universidad Nacional de Colombia. Huidobro, J. M. y Millán, R. J. (2004). Domótica Edificios Inteligentes. España: Creaciones Copyright. Galeano, J. (2005). Diseño de un sistema domótico de altas prestaciones destinado a viviendas residenciales. Universidad Politécnica de Cataluña, España. Herrera, L. F. (2004). Gestión tecnológica para domótica y telecontrol. Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, D.C.). Huidobro, J. M. y Millán, R. J. (2014). Domótica Edificios Inteligentes. España: Creaciones Copyright. Sanclemente, O. (2016). Casa domótica con arduino. Villaverde, M (2017). Instalación domótica de una vivienda. Escuela politécnica de edificación de Barcelona.
