UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
Encendido de luces con arduino vía bluetooth
ASIGNATURA:
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
DOCENTE: Luis Lescano Avila ALUMNO:
HUAMANÍ ESPINO MARLON BRAYAN ÑIQUEN ESQUECHE JASON ANTHONY
LIMA – LIMA – PERÚ PERÚ
2018
INDICE CAPITULO I: MARCO METODOLÓGICO………………………………………………………….3 1.1 Antecedentes…………………………………………………………………………………….. 3 1.2. Planteamiento del problema…………………………………………………………………….4 1.2.1 Descripción de la realidad problemática…………………………………………….4 1.3. Formulación del problema……………………………………………………………………….5 1.3.1. Problema principal…………………………………………………………………….5 1.3.2. Problema secundario………………………………………………………………….5 1.4. Objetivos del problema………………………………………………………………………….. 5 1.4.1. Objetivo general…………………………………….………………………………… 5 1.4.2. Objetivo específico……………………………………..…………………………….. 5 1.5. Justificación…………………………………………………………………………………….… 6 1.6. Cuadro de variables……………………………………………….…………………………….. 6 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO………………………………………….……………………….. 7 CAPITULO III: MARCO CONCEPTUAL………………………………………………………….…
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CAPÍTULO I: MARCO METODOLÓGICO 1.1 ANTECEDENTES Para la presente investigación se ha realizado un análisis de proyectos desarrollados sobre este tema, obteniendo información que se relaciona con el tema y con el objeto de investigación. Se podía hablar que la domótica inicio alrededor de los años 70, más exactamente en 1975, donde después de muchas investigaciones se inició la automatización de edificios basados en la tecnología X-10, que actualmente se utiliza; este protocolo se extendió no solo por Estados Unidos, sino también por Europa, Reino Unido y España, fueron los países que más se acoplaron a este estándar. A partir de este prot ocolo, se derivaron gran cantidad de aplicaciones, y aun en la época actual se siguen creando empresas alrededor de este protocolo, las cuales aportan novedades que mejoran la experiencia del usuario final: aunque este protocolo también evidencia 3 ciertos inconvenientes, entre los cuales se destaca la vulnerabilidad que se presenta debido a las corrientes portadoras (Jiménez Buendía, 2009). “Integración de sistemas domóticos multimedia y comunicación en el hogar” se desarrolló un sistema domótico para el control de dispositivos como sensores, actuadores y cámara web haciendo uso del microcontrolador PIC-18F4550, se integran todos los dispositivos en un solo sistema controlado por vía web, en dicha investigación concluye que la implementación de este sistema trae muchas ventajas en cuanto a comodidad y seguridad en el hogar (Coarite, 2011). En el año 2006, nacen los sistemas domótico inalámbricos RF, algunos de los cuales son compatibles con el primer protocolo de domótica creado y el resto a los diferentes protocolos creados hasta la fecha. La domótica, es uno de los efectos de la globalización, donde en países desarrollados está teniendo un gran avance. En sus inicios presento grandes inconvenientes, debido al costo elevado que presentaba para los usuarios, hoy en día es mucho más asequible que en sus primeras fases, y las ventajas que ofrecen son mucho más evidentes hoy en día que hace unos años; entre estas ventajas se tiene el ahorro energético, confort, seguridad, accesibilidad, entre otras. Ahora bien en Bolivia se ven avances muy considerables en esta área de la domótica, casos de empresas que incursionan en este rubro que ofrecen servicios completos de asesoramiento, diseño de instalación, mantenimiento, etc. En las ciudades de La Paz, Cochabamba y Santa Cruz es donde se ve más estas iniciativas de negocio y por ende se realizan investigaciones de como poder hacer que la domótica sea aún más sencilla y práctica en su implementación y manejo En el año 2012 se desarrolló el proyecto de grado de Sistema domótico orientado 3
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al ahorro de energía mediante lógica difusa en la Universidad Mayor de San Andrés, que simula un control remoto de dispositivos domésticos utilizando sensores. En el año 2013 se desarrolló un sistema distribuido para la aplicación en domótica usando el sistema embebido de Hardware libre Arduino en la Universidad Mayor de San Andrés. 4 En el año 2014 también se desarrolló un proyecto de grado en la Universidad Mayor de San Andrés que realiza el control de consumo de energía eléctrica dentro de una vivienda. La vida viene marcada por los cambios, los cambios son evolución. La evolución tecnológica ha permitido mejorar el confort de muchos lugares, dando paso a maquinarias, electrodomésticos que son capaces de realizar tareas cotidianas de manera casi automática. Estos avances no hubieran sido posibles sin la evolución de la tecnología, que mediante el hardware y el software ha permitido regular y automatizar los procesos a gran velocidad.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Para iniciar esta investigación primero se debe definir cuál es el problema que se busca solucionar, ya que esa es la razón y el motivo por el cual se desea empezar esta investigación. Esta investigación se desarrolla con el motivo se optimizar el tiempo de las personas, así como el ahorro del costo que se genera el exceso de electricidad que podría usarse para otras cosas que puedan beneficiar a la facultad.
1.2.1 Descripción de la situación problemática Facturación excesiva en el pago de la luz por el mal uso de luminarias. La problemática inicia al argumentar los casos en los cuales los alumnos que están jugando en las losas FIIS llegando la hora de anochecer tienen problemas de visión ya que por la zona a esas horas se ve todo oscuro, por lo cual alguien tiene que ir hasta el centro de estudiantes para ver si alguien tiene la disposición de ir al tercio estudiantil y subir la llave de energía que esta con cerradura; gastando tiempo, aumento de cansancio, etc.; esto se podría regular con la implementación de un dispositivo que con el uso del bluetooth nos permita mediante una aplicación del celular controlar las luces.
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1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿De qué manera se puede controlar luces y alarmas de un lugar determinado aplicando el bluetooth a través de una aplicación móvil?
1.3.1. Problema Principal Analizando el estado actual de la domótica y de los diferentes tipos de sistemas de control domótico que se han desarrollado hasta el momento, se evidencia claramente el avance tecnológico que ha tenido este tipo de sistemas. Se ha escuchado o en otras palabras se ha visto muy poco la implementación de sistemas de control domótico manejados por medio del celular. Este tipo de sistemas de control, podrían generar un auge, ya que permiten una mayor interacción entre el usuario y el sistema, y a la vez mayor comodidad para la persona, debido a que puede controlar su casa por medio de su celular.
1.3.2 Problemas secundarios
El conocimiento que se tiene de tecnologías nuevas que pueden ser software y hardware libre para procesos de automatización en nuestro medio es insuficiente
La instalación, configuración y manipulación de los sistemas de bluetooth es compleja
La explotación de los recursos que poseen los teléfonos móviles inteligentes es desconocida en algunos estratos de la sociedad.
1.4. OBJETIVO PRINCIPAL
Desarrollar un prototipo de control utilizando la plataforma Arduino, a través de una aplicación móvil en Android que permita controlar luces.
1.4.1. Objetivos específicos
Seguridad en el manejo de las luminarias.
Contribuir con una opción más para el ahorro de energía eléctrica.
Ajustar los sensores al sistema digital.
Integrar los elementos software, hardware y aplicaciones móviles.
Recibir datos por medio de Bluetooth y procesarlos a través de Arduino. 5
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1.5. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN Este trabajo se centra en el control de iluminación básico de un lugar determinado, es una de las formas más básicas de ahorrar electricidad. El sistema de iluminación que se ha diseñado es eficiente ya que puede controlar la iluminación en función de la luz ambiente o la presencia de personas, ajustándolas a las presencias de cada momento.
1.6. CUADRO DE VARIABLES VARIABLES INDEPENDIENTES
VARIABLES DEPENDIENTES
Sistema de control domótico Control de servicios mediante comandos. con tecnología de teléfonos móviles vía Bluetooth.
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CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ¿QUE ES UN ARDUINO? Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Está pensado para artistas, diseñadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos. Arduino puede “sentir” el entorno mediante la recepción de entradas desde una variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces, motores y otros artefactos. El microcontrolador de la placa se programa usando el “ Arduino Programming Language” (basado en Wiring) y el “ Ard uino Development Environment” (basado en
Processing). Los proyectos de Arduino pueden ser autonomos o se pueden comunicar con software en ejecución en un ordenador (por ejemplo con Flash, Processing, MaxMSP , etc.). Las placas se pueden ensamblar a mano o encargarlas preensambladas; el software se puede descargar gratuitamente. Los diseños de referencia del hardware (archivos CAD) están disponibles bajo licencia open-source, por lo que eres libre de adaptarlas a tus necesidades. Arduino recibió una mención honorífica en la sección Digital Communities del Ars Electronica Prix en 2006.
¿PORQUÉ ARDUINO? Hay muchos otros microcontroladores y plataformas microcontroladoras disponibles para computación física. Parallax Basic Stamp, Netmedia’s BX -24, Phidgets, MIT’s Handyboard, y muchas otras ofertas de funcionalidad similar. Todas estas herramientas
toman los desordenados
detalles de la programación
de
microcontrolador y la encierran en un paquete fácil de usar. Arduino también simplifica el proceso de trabajo con microcontroladores, pero ofrece algunas ventajas para profesores, estudiantes y a aficionados interesados sobre otros sistemas:
Barato: Las placas Arduino son relativamente baratas comparadas con otras plataformas microcontroladoras. La versión menos cara del modulo Arduino puede ser ensamblada a mano, e incluso los módulos de Arduino preensamblados cuestan menos de 50$. 7
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Multiplataforma: El software de Arduino se ejecuta en sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y GNU/Linux. La mayoría de los sistemas microcontroladores están limitados a Windows.
Entorno de programación simple y claro: El entorno de programación de Arduino es fácil de usar para principiantes, pero suficientemente flexible para que usuarios avanzados puedan aprovecharlo también. Para profesores, está convenientemente basado en el entorno de programación Processing, de manera que estudiantes aprendiendo a programar en ese entorno estarán familiarizados con el aspecto y la imagen de Arduino.
Código abierto y software extensible: El software Arduino está publicado como herramientas de código abierto, disponible para extensión por programadores experimentados. El lenguaje puede ser expandido mediante librerias C++, y la gente que quiera entender los detalles técnicos pueden hacer el salto desde Arduino a la programación en lenguaje AVR C en el cual está basado. De forma similar, puedes añadir código AVR-C directamente en tus programas Arduino si quieres.
Código abierto y hardware extensible: El Arduino está basado en microcontroladores ATMEGA8 y ATMEGA168 de Atmel. Los planos para los módulos están publicados bajo licencia Creative Commons, por lo que diseñadores experimentados de circuitos pueden hacer su propia versión del módulo,
extendiéndolo
y
mejorándolo.
Incluso
usuarios
relativamente inexpertos pueden construir la versión de la placa del módulo para entender como funciona y ahorrar dinero.
RELÉ Cuando queremos controlar elementos que están conectados a grandes voltajes, como por ejemplo una bombilla de nuestra casa, necesitamos de un componente que por un lado se conecte a la red eléctrica y por otro lado se pueda conectar a nuestra placa de Arduino y que esta controle esa conexión. Para ello disponemos de los reles, unos interruptores eléctricos que conmutan una red de alto voltaje (por ejemplo 220V) a través de un voltaje de control mucho inferior (5V de la Arduino 8
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UNO o 3.3V de la Arduino MKR1000). Con este ejemplo serás capaz de controlar cualquier luz de tu casa vía web con un relé y Arduino MKR1000. La bombilla nos sirve a modo de ejemplo. Con un relé y nuestra placa de Arduino podremos controlar cualquier aparato eléctrico que tengamos en nuestra cas a y dar un paso más a domotizarla.
¿Qué es un relé? Como ya te he comentado es un interruptor que podemos activar mediante una señal eléctrica. Un relé está compuesto por una bobina que al circular una pequeña corriente (3.3V, 5V o 12V) genera un campo magnético y este a su vez hace mover una placa metálica abriendo o cerrando un circuito eléctrico independiente que es por el que circula un voltaje superior (220V).
Existen otros componentes para conmutar un circuito, como son los transistores, pero cuando vamos a trabajar controlando el flujo de tensión de circuitos de media y alta tensión lo debemos hacer con este componente. Los reles están diseñados para aguantar un voltaje alto ya que por un lado el circuito de baja tensión es independiente y por otro el de alta tensión consta de laminas de contacto que 9
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soporten grandes tensiones. Pero no todos los reles son iguales y nos tenemos que fijar en unas características para comprar el que necesitamos
¿Qué tipo de relé necesitamos? Si queremos un relé para nuestro Arduino UNO necesitaremos un relé cuya bobina se pueda excitar con 5V, si lo queremos para nuestra Ardu ino MKR1000 deberá ser de 3V. Puedes comprar el relé suelto, pero necesitaras para tu circuito un optoacoplador y un diodo. El optoacoplador es un componente muy interesante, hace las funciones de conmutador con un diodo emisor y un fototransistor ajustando la corriente que necesita el relé. También necesitaremos un diodo para evitar que los picos de voltaje del relé lleguen a nuestro Arduino. Pero ya existen reles ensamblados en circuitos impresos con estos componentes por lo que te sugiero que adquieras uno de estos. Cada fabricante pone los pines de conexión de forma diferente, así es que toma esta imagen como ejemplo aunque no variara mucho de tu relé.
(Se puede utilizar un relé de 5V en la MKR1000 utilizando el pin 5V pero necesariamente la placa debe ser alimentada por USB o por el pin Vcc con una alimentación de 5V. Si trabajamos con una batería de 3.7V este pin sacara estos voltajes y no podremos excitar la bobina del relé de 5V)
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Esquema eléctrico El esquema eléctrico con un relé integrado en una PCB con los componentes necesarios (octoacoplador y diodo), es por un lado muy simple y por otro complejo debido, como ya te he comentado, a que cada fabricante coloca los pines de forma diferente. Aunque son todos muy similares. Nosotros vamos a utilizar el que está en este kit que es un relé de un canal. Así es que a modo de ejemplo te pongo el siguiente esquema para que te pueda servir de orientación y se vea la conexión con la bombilla y la red eléctrica:
En la imagen ves que utilizamos tres conexiones desde nuestro Arduino (para Arduino UNO es igual), la tierra que ira al conector tierra del relé, los 3.3V a la entrada de voltaje y un pin digital que ira a la entrada de señal del relé. Como te he dicho antes, estos pines los monta cada fabricante de forma diferente pero no es difícil averiguar cuál es cual. Ahora pasamos a la conexión de alta tensión. En esta parte estamos trabajando con altos voltajes, así es que si solo quieres excitar el relé y no tu corazón, toda precaución es poca. 11
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Como ves en la imagen la conexión con nuestra bombilla o lampara es muy sencilla. Los relés tienen tres salidas y funcionan a pares, el de en medio con uno de los otros. Tenemos un par que funciona “normalmente cerrado” es decir, este lado con el de en medio esta conectado si no se excita la bobina (circuito cerrado) y el otro “normalmente abierto” que solo conmuta cuando se excita la bobina y es el que vamos a utilizar para este ejemplo. (Para saber que tipo de relé tienes, puedes utilizar la función de continuidad de un tester. Con el relé desconectado puedes comprobar por que par de salidas circula la corriente, esan dos serán las salidas normalmente cerradas).
Conectamos la salida que esta normalmente abierta a la bombilla y la otra a la alimentación. Y ya solo faltaría conectar el cable que falta de la bombilla a la alimentación y tendríamos el circuito terminado.
Código int led1 = 2; int led2 = 3;
int estado = 0;
void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); }
void loop() { if( Serial.available()>0) 12
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{ estado = Serial.read(); } switch( estado) { case 'a': digitalWrite(led1, HIGH); break; case 'b': digitalWrite(led1, LOW); break;
case 'c': digitalWrite(led2, HIGH); break; case 'd': digitalWrite(led2, LOW); break; } }
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CONCLUSIONES Se logró diseñar e implementar un sistema de control domótico basado en Arduino con una aplicación que se maneje algunos elementos de una facultad y así cumplir nuestro objetivo general. En cuanto a los objetivos específicos planteados en el trabajo de investigación, a continuación se describe el grado de cumplimiento de cada uno de ellos.
Se desarrolló una aplicación móvil en Android.
Se controlan luces, puertas, ventilador y alarma por medio de un teléfono móvil inteligente a través del Bluetooth.
Se recibe datos por medio de Bluetooth y se procesa a través de Arduino.
Se integraron los elementos software, hardware y aplicaciones móviles satisfactoriamente.
Se desarrolló una interfaz de control sencillo para el usuario de manera que sea auto suficiente.
Se brinda el confort que ayude al usuario a no realizar movimientos de búsqueda de interruptores con el simplemente accionar de un dispositivo.
RECOMENDACIONES En cuanto a trabajos posteriores se invita a completar los módulos el sistema de control y seguridad, con la instalación de cámaras web, sensores de rotura de vidrio, control de persianas, etc. Incorporar el uso de wi-fi para tener un mayor alcance respecto al control de los diferentes sensores y actuadores que realizan una tarea específica dentro de la vivienda. Realizar la medición del proyecto con un especialista en electrónica en lo referente a la alimentación externa ya que puede existir un sobrecalentamiento de los componentes sino se administra el voltaje y amperaje adecuado.
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http://openaccess.uoc.edu/webapps/o2/bitstream/10609/60167/18/ramadorrTFG0117memoria. pdf http://repositorio.umsa.bo/bitstream/handle/123456789/10674/T.3209.pdf?sequence https://prezi.com/zlfsri5fiak_/sistema-de-iluminacion-via-bluetooth/
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