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UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
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 Electrónico
PROFESOR PATROCINANTE:
Sr. Pedro Rey Clericus
FRANCISCO JAVIER CALVO TORRES
VALDIVIA 2014
I
CONTENIDO
I RESUMEN, INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ........................................ 1
I.1 RESUMEN .................................................................................... 1 I.2 SUMMARY .................................................................................... 2
I.3 INTRODUCCIÓN ........................................................................... 3 I.4 Objetivo general ............................................................................ 5 I.5 Objetivos específicos ..................................................................... 5
II INTRODUCCIÓN A LA DOMÓTICA ...................................................... 6
II.1 Definición y características ............................................................ 6
II.2 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 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) ............................................. 22
II.5.2 LonWorks .............................................................................. 23
II
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 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
III 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 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
III
V.1 Criterios de la propuesta adopatada ............................................ 62
V.2 Control de luces. ......................................................................... 63 V.3 Control de circuito de enchufes ................................................... 77
V.3.1 Disipador de temperatura para Triac de cto. de enchufes ....... 79
V.4 Control de Humedad relativa en baño y cocina ............................ 82 V.5 Fuente alimentación .................................................................... 86
V.6 Arquitectura de red ..................................................................... 87
VI INTERFAZ DE USUARIO ................................................................ 94
VI.1 Teclas control de luz por zona .................................................... 95 VI.2 Teclas Enchufes 1, 2 y 3 ............................................................. 96 VI.3 Encendido total ........................................................................... 97
VI.4 Extractor aire cocina y baño ....................................................... 97
VII 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
IV
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
V
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
VI
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
VII
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
1
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.
2
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.
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 stand-
by.
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
6
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,
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.
Figura II-1. Domótica, la integración de redes.
DOMÓTICA
Seguridad
Confort:
Control persianas, luminarias,
riego... Comunicación
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 (iz.),
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 los “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.
Figura II-8. Tipos de protocolos para Domótica.
Protocolo
Estándar abierto Estándar bajo licencia
Propietarios
22
Figura II-9. Protocolos Estándar para domótica.
II.5.1 X.10 o Power Line Carrier (PLC)
Es uno de los protocolos más 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
ESTÁNDARES
BACnet
BatiBus
CEBus
EHS
EIB
HBS
HES
Konnex
LonWorks
X-10
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.
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.
Cardio
Concelac
Dialoc
Dialogo
Domolon
Vantage
VivimatPlus
PlusControl
Simon Vis
DomosCope
GIV
Domotel
Hometronic
Maior-Domo
Domaike
Simon Vox
Starbox
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
Canal comunicación
soportado
Total dispositivos
en la red
X.10 Abierto PLC 256
LonWorks Bajo
Licencia
Infra rojo
Cable coaxial
Par trenzado cat. IV
de cinco hilos
Fibra Óptica
Radio frecuencia
Power line
RS-232
Casi ilimitado
CEBus Abierto Red eléctrica
Par trenzado
Radio frecuencia
Coaxial
Fibra Óptica
Infrarrojo
65.536
EHS Abierto Cable coaxial
Radio frecuencia
Par trenzado, clase 1 y 2
Red eléctrica
1012
dispositivos
KONNEX Bajo
Licencia
par trenzado
la red eléctrica
radio frecuencia
infra rojo
10.000
ZigBee Abierto Inalámbrico 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.
33
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
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 8 puertos
Puertos ADC 8 puertos
Comunicación Interfáz IP con conector RJ45
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.
(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
Parámetro Mínimo Típico Máximo
Tensión alimentación 8 Vcc 12Vcc 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
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 I2C.
Pines A4 (SDA) Y A5 (SCL): Comunicación TWI (I2C ) 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, I2C,
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 M
icro
.
Ten
sió
n
funcio
na
mie
nto
(V)
Ten
sió
n e
ntr
ada
recom
end
ad
o
Ten
sió
n d
e
entr
ada lím
ite
E/S
Dig
ita
les
E a
na
lóg
S a
na
lóg
Co
rrie
nte
CC
para
E/S
(m
A)
Me
moria
Fla
sh
SR
AM
(KB
)
EE
PR
OM
(KB
)
Clo
ck
(MH
z)
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 arduino.cc)
43
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 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 SUPERFICIE MÍNIMA
Construcción en sitio propio 45 m2
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 50m2 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 m2.
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 Stand-
by, 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
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).
69%
55%
57,30%
28,30%
36,90%
29,90%
28,30%
Televisor
Radio/equipo música
Computador
Horno Microondas
Hervidor
Consola de video juego
Lavadora de ropa
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80%
51
Tabla IV-4.Consumo en Stand-by de diversos dispositivos presentes en la vivienda.
Dispositivo Potencia consumida en stand-
by (W)
Tenencia a nivel nacional en
viviendas (%)
Televisor 6,08 94
Equipo de
música o
radio
9,71 88,7%
DVD 3,13 57,3%
Consola de
video
juego
1,0 20,8%
Cargador
de celular 0,26 92,5%
Lavadora
de ropa 2,64 93,6%
Secadora
de ropa 2,2 15,2%
Monitor
LCD 1,13 ---
PC 2,84 59,4%
Laptop
apagado 8,9 --
Cargador
laptop solo 4,42 --
(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.
62
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.
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
Figura V-2. Diagrama flujo control de iluminación.
Control luz
pir=0, ldr=0, pre=0, aut=true, ret=0
pir, ldr
pir=high y
min≤ldr≤max
ret=ret+1000
aut=true
ret=(ldr/mldr)*9000
cer=true
Lig=on
Lig=offf
Keypad.h
pul=true
ret≤millis()-pre≤ret+50
cer
pre=micros()
si
si
si
si
no
no
no
no
no
si
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 V0 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, V0 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, R1 debe limitarse según V.2-1, es decir R1
≥66,7Ω. Para 10 lux la LDR presenta una resistencia de 9kΩ, 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 3,16KΩ (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 V0=4,31V que corresponde al
nivel 883 (V.2-4).
V.2-3
V.2-4
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. 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.
R1
LDR
VCC
GND
V0
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 R6 se encarga de generar una
excitación en el diodo del optoacoplador U3 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
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 (IF) con una tensión de
conducción (VF) de 1,15V, tensión de ruptura V(BR)CEO= 45V, V(BR)CBO=100V.
La tensión de entrada V1 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 Vcc=5V.
R5 se escoge lo suficientemente grande (10kΩ) para generar una corriente
máxima de 0,5mA según se presenta en 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 se obtiene una resistencia de 1.380Ω.
V.2-6
√
V.2-7
P1
3
1
4
2
V1 U3
R5
R6
Salida
VCC
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 IF=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 380Ω (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 (IH): 100µA
Tensión entre terminales de conducción (VT): 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 (IGT) 5 a 50mA
Corriente mínima de conducción (IL) 10 a 70mA
Corriente de mantenimiento (IH) 10 a 50mA
Voltaje entre terminales en conducción (VT) 1,55V
Máxima corriente de conducción (IT(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 Tjmáx 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
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.
Control enchufe
enc=low
Lectura
pulsadores
Press h enc=low
Hold e si
si
no
no
enc=high
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)
Tj : Temperatura de operación máxima
Ta : Temperatura del ambiente
Figura V-11. Circuito equivalente térmico
para cálculo de disipador.
Tj-Ta
Tj Rth(c-d)Rth(j-c)
Rth(d-a)
Tc
Td
Ta
P
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.
Figura V-12. Control de humedad relativa.
Sensor
Humedad CONTROLADOR
Actuador extractor
Pulsador
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.
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
Control Humedad Relativa
hr=50, ex=low, aut=true
ex=high
aut=true
ex=!ex
Sensor humedad
ℎ𝑟>
Se pulsó
hold
aut=true
si
no
si
si
si
ex=low
no
no
no
aut=false
Se pulsó no
si
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), T1 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
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
P1
3
1
4
2
T1
V1
U1
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
Alimentación general
Alimentación ArduinoC1
Hacia detector cruce por cero
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 yTabla 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.
teclado m.
E 4 --- Fila teclado
m.
S
A1 --- Colum.
teclado m.
E 5 --- Fila teclado
m.
S
A2 --- Colum.
teclado m.
E 6 sec0 Luz sect 0 S
A3 --- Colum.
teclado m.
E 7 sec1 Luz sect 1 S
A4 ldr0 Sensor luz
sect. 0
E 8 enc0 Enchufe 0 S
A5 ldr1 Sensor luz
sect 1
E 9 detC9 Det. paso
por cero
E
0 --- Rx serial E 10 mov0 PIR zona 0 E
1 --- Tx serial S 11 mov1 PIR zona 1 E
2 --- Fila teclado
m.
S 12 pul0 Pulsador
enchufe 0
E
3 --- Fila teclado
m.
S 13 --- Libre --
90
Tabla V-3.Asignación de E/S controlador Arduino n°2.
PIN Asignación Descripción E/S PIN Asignación Descripción E/S
A0 ldr2 Sensor luz
zona 2
E 4 sec4 Luz zona 4 S
A1 ldr3 Sensor luz
zona 3
E 5 sect5 Luz zona 5 S
A2 ldr4 Sensor luz
zona 4
E 6 enc1 Enchufe 1 S
A3 ldr5 Sensor luz
zona 5
E 7 detC Det. paso
por cero
E
A4 pul2 Pulsador luz
zona 2
E 8 mov2 PIR zona 2 E
A5 pul4 Pulsador luz
zona 4
E 9 mov3 PIR zona 3 E
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
zona 5
E
3 sec3 Luz sect. 3 S 13 --- Libre --
91
Tabla V-4. Asignación de E/S controlador Arduino n°3.
PIN Asignación Descripción E/S PIN Asignación Descripción E/S
A0 ldr6 Sensor luz
zona 6
E 4 sec8 Luz zona 8 S
A1 ldr7 Sensor luz
zona 7
E 5 detC Detector
paso por
cero
E
A2 ldr8 Sensor luz
zona 8
E 6 mov6 PIR zona 6 E
A3 hum0 Detector
humedad 0
E 7 mov7 PIR zona 7 E
A4 --- Libre -- 8 mov8 PIR zona 8 E
A5 --- Libre -- 9 ext0 Extractor 0 S
0 --- Rx serial E 10 pul6 Pulsador luz
zona 6
E
1 --- Tx serial S 11 pul7 Pulsador luz
zona 7
E
2 sec6 Luz zona 6 S 12 pex0 Pulsador
extractor 0
E
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 E/S PIN Asignación Descripción E/S
A0 ldr9 Sensor luz
zona 9
E 4 mov9 PIR zona 9 E
A1 hum1 Detector
humedad 1
E 5 ext1 Extractor 1 S
A2 --- Libre -- 6 pul9 Pulsador luz
zona 9
E
A3 --- Libre -- 7 pex1 Pulsador
extractor 1
E
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
paso por
cero
E 13 --- Libre --
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.
94
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.
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 Carácter Símbolo Zona Carácter
Luz living --
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
3
e, E
Enchufes 3 m, M
Extractor
cocina
k, K
Encendido
total
j, J
Luz baño g, G
Control luz
patio
h, H
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.
Luminaria Flujo
luminoso
Consumo
(W)
Eficiencia
(Lumen/Watts)
Incandescente 1.570 100 15
Halógenas 1.570 70 22
Fluorescentes
compactas 1.570 23 69
Led 1.570 17 92
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 stand-
by 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.
102
VIII BIBLIOGRAFÍA
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viivendas sociales. [En línea] 12 de junio de 2009. [Citado el: 20 de junio
de 2014.]
http://www.emol.com/noticias/tecnologia/2009/06/12/362508/program
a-piloto-de-energia-solar-para-viviendas-sociales-entrega-positivos-
resultados.html.
2. Stefan Junestrand, Xavier Passaret, Daniel Vazquez. Domótica y
Hogar Digital. Madrid : Paraninfo, 2005.
3. Hugo Martín dominguez, Fernando Sáez Vaca. Dmotótica: un enfoque
sociotécnico. Madrid : Fundación Rogelio Segovia para el desarrollo de las
telecomunicaciones, 2006.
4. CEDOM. Cómo ahorrar energía instalando domótica en su vivienda. Gane
en confort y seguridad. Barcelona : AENOR, 2008.
5. AMCHAM CHILE. AMCHAM CHILE. AMCHAM CHILE. [En línea] 2013.
[Citado el: 2 de Marzo de 2014.]
http://www.amchamchile.cl/sites/default/files/Eficiencia%20Energetica
%20-%202020.pdf.
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[Citado el: 8 de Noviembre de 2013.]
http://es.opendomo.org/files/Datasheet.pdf.
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8. Sernac. Sernac. Sernac. [En línea] Sernac, 12 de Diciembre de 2012.
[Citado el: 20 de Noviembre de 2013.] http://www.sernac.cl/estudio-
radiografia-al-presupuesto-familiar-2012-en-chile/.
9. Ministerio de Energía. MInisterio de Energía. Consumo electrico en un
hogar. [En línea] [Citado el: 3 de julio de 2014.]
http://www.minenergia.cl/mes-de-la-eficiencia-energetica/datos-
practicos.html.
103
10. Lawrence Berkeley National Laboratory. Stand By Power. Stand By
Power. [En línea] Lawrence Berkeley National Laboratory. [Citado el: 9 de
Enero de 2014.] http://standby.lbl.gov/summary-table.html.
11. Pallás, Ramón. Adquisición y Distribución de Señales. Barcelona,
España : Marcombo S.A., 1993. 8426709184.
12. CEDOM. Cedom. Cedom. [En línea] 11 de julio de 2014. [Citado el: 11
de julio de 2014.] http://www.cedom.es/que-es-domotica.php.
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JULIO de 2014.] HTTP://WWW.ACEE.CL/EFICIENCIA-
ENERGÉTICA/DATOS-PRACTICOS.HTML.
14. Dirección General de Industria y Minas. Fenercom. Fenercom. [En
línea] [Citado el: 5 de Mayo de 2014.]
http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/guia-tecnica-de-
iluminacion-eficiente-sector-residencial-y-terciario-fenercom.pdf.
15. Ned MOhan, Tore M. Undeland, William P. Robbins. Electrónica de
potencia, convertidores, aplicaciones y diseño. Mexico : Mc Graw Hill, 2009.
16. Bustamante, Waldo. Guía de Diseño para la Eficiencia Energética en
la Vivienda Social. Guía de Diseño para la Eficiencia Energética en la
Vivienda Social. Santiago, Santiago, Chile : s.n., Abril de 2009.
17. AETS, ECONOLER. Finanzas Carbono. Finanzas Carbono. [En línea]
Septiembre de 2010. [Citado el: 20 de Noviembre de 2013.]
http://finanzascarbono.org/comunidad/mod/file/download.php?file_guid
=3616.
104
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
Royal
660 10 6.600
Optoacoplador MOC 3042 350 4 1.400
Optoacoplador 4N26 Casa
Royal
300 3 900
Triac BTA08 Casa
Royal
550 14 7.700
Regulador 7805 Olimex 422 4 1.688
Transformador 220V/9V, 50Hz C. Royal 1.990 4 7.960
Sen. humedad HIH-4030 Olimex 10.900 2 21.800
Sens. Mov. PIR Olimex 7.590 10 75.900
Teclado Matricial Olimex 5.950 1 5.950
Pulsadores -- C. Royal 980 9 8.820
Disp. varios Resistores, LDR,
capacitores, etc.
Casa
Royal
---------- 20 2.500
Caja soporte --- Casa royal 950 10 9.500
Placa cto.
impreso
--- Casa
Royal
700 10 7.000
Cable Par trezaca Cat.
1 (100 mt)
Mirax 4.300 1 4.300
Total 228.722
Valores según comercio minorista.
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 <Keypad.h> //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':
118
aut9=true;
break;
case'G':
aue1=true;
break;
case'J':
aut9=true;
