Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA INFORMÁTICA
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE MONITOREO Y
CONTROL EN EL PROTOTIPO (DOMSYSTEM) PARA MANTENER LA SALA
DE EQUIPOS INFORMÁTICOS EN UN AMBIENTE ÓPTIMO DE
FUNCIONAMIENTO SIN INTERRUPCIONES USANDO ZIGBEE.
Trabajo de Graduación previo a la obtención del Título de Ingeniero Informático.
AUTOR: GUALSAQUÍ VALENCIA EDWIN PATRICIO
TUTOR: ING. RENÉ ALFONSO CARRILLO FLORES.
QUITO-ECUADOR
2015
ii
DEDICATORIA
La culminación de este proyecto va dedicada a mi preciosa hija Isabella, porque ella
tuvo que soportar largas horas sin la compañía de su padre, sin comprender porque a
su corta edad, prefería estar frente a la pantalla del computador y no acostado o
jugando junto a ella; A pesar de ello, cada vez que podíamos reunirnos
aprovechábamos hermosos momentos, en los que su sola sonrisa me llenaba de
ánimo y fuerza para terminar este proyecto.
A mis padres fundamentales en mi vida. Sin ellos, jamás hubiese podido conseguir lo
que hasta ahora. Su tenacidad y lucha insaciable han hecho de ellos el gran ejemplo a
seguir y destacar, no solo para mí, sino para mis hermanos y familia en general.
También dedico este proyecto a mi familia que se encuentra fuera del país porque
han sido para mí un gran apoyo. A ellos este proyecto, porque sin ellos, no hubiese
podido ser.
Patricio Gualsaquí
iii
AGRADECIMIENTO
A ti Dios mío, por darme la oportunidad de existir; por mi vida, que la he vivido
junto a ti. Gracias por iluminarme, darme fuerzas y caminar por tu sendero. A ti Papi
Gonzalo, por tu incondicional apoyo, tanto al inicio como al final de mi carrera; por
estar pendiente de mí a cada momento. A ti Mami Marci, que tienes algo de Dios por
la inmensidad de tu amor, y mucho de ángel por ser mi guarda y por tus incansables
cuidados. A ti, amor de mi vida, Kary, que has sido esposa y compañera incansable
en cada jornada, que me has ayudado a continuar, haciéndome vivir los mejores
momentos de mi vida. Gracias a ti mi preciosa hija Isabella por tu cariño y
comprensión, A mi familia, ustedes queridos abuelitos, tíos y primos, porque de una
u otra forma, con su apoyo moral me han incentivado a seguir adelante, a lo largo de
toda mi vida, y a mis estimados maestros, que, a lo largo de mi carrera, me han
transmitido sus amplios conocimientos y sus sabios consejos; especialmente al Ing.
René Carrillo, quien, muy acertadamente, dirigió mi tesis y a mis revisores Ing. Iván
Naula e Ing. Guillermo Albuja, gracias por su apoyo incondicional.
Patricio Gualsaquí
iv
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
v
APROBACIÓN DE REVISORES
vi
vii
APROBACIÓN DEL TUTOR
viii
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR
ix
RESULTADO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN
x
CONTENIDO
DEDICATORIA .......................................................................................................... ii
AGRADECIMIENTO ................................................................................................ iii
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL .......................................... iv
APROBACIÓN DE REVISORES ............................................................................... v
APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................... vii
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ............................................................................. viii
RESULTADO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN ............................................... ix
CONTENIDO .............................................................................................................. x
LISTA DE CUADROS ............................................................................................. xiii
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... xiv
RESUMEN .............................................................................................................. xviii
ABSTRACT .............................................................................................................. xix
CERTIFICACIÓN DEL TRADUCTOR ................................................................... xx
TÍTULO OBTENIDO DEL TRADUCTOR ............................................................. xxi
INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 2
1. PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................ 2
1.1. Planteamiento Del Problema ......................................................................... 2
1.2. Formulación Del Problema ........................................................................... 2
1.3. Interrogantes De La Investigación................................................................. 2
1.4. OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN ....................................................... 3
1.4.1. Objetivo General .................................................................................... 3
1.4.2. Objetivos Específicos ............................................................................. 3
1.5. Justificación ................................................................................................... 3
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 5
xi
2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 5
2.1. Antecedentes ................................................................................................. 5
2.2. Fundamentación Teórica ............................................................................... 6
2.2.1. Edificios Inteligentes .............................................................................. 6
2.2.2. Automatización ...................................................................................... 8
2.2.3. Control Automático ................................................................................ 9
2.2.4. Transductores, Sensores y Accionamientos ......................................... 15
2.2.5. Microcontroladores .............................................................................. 24
2.2.6. Tecnología zigbee. ............................................................................... 26
2.2.7. Plataforma Arduino mega 2560 ........................................................... 37
2.2.8. Software Proteus .................................................................................. 39
2.2.8. Lenguaje de programación Bascom ..................................................... 41
2.2.9. Lenguaje de programación Visual Basic.............................................. 43
2.3. Identificación de Variables .......................................................................... 45
2.3.1. Variables Independientes ..................................................................... 45
2.3.2. Variables Dependientes ........................................................................ 45
2.4. Hipótesis ...................................................................................................... 45
3. MARCO METODOLÓGICO ............................................................................ 47
3.1. Diseño de la Investigación .......................................................................... 47
3.2. Tipo de investigación .................................................................................. 48
3.3. Procedimiento del Proyecto de Investigación ............................................. 49
3.3.1. Arquitectura del Hardware ................................................................... 50
3.3.2. Topología utilizada por zigbee. ............................................................ 51
3.3.3. Herramienta de Diseño Hardware Proteus 7.10 SP0 ........................... 52
3.3.4. Construcción y ensamblado de las placas de los nodosmáster y
esclavo... ............................................................................................................. 63
3.3.5. Software o Lenguaje de programación Bascom-AVR para el
hardware... .......................................................................................................... 65
xii
3.3.6. Uso del Software CodeVisión para la compilación y grabación de
microcontroladores de los nodos máster y esclavos. ......................................... 71
3.3.7. Implementación del software HMI ( Interfaz – Hombre – Máquina) con
Visual Basic 6.0 ................................................................................................. 73
3.4. PRUEBAS ................................................................................................... 79
4. MARCO ADMINISTRATIVO ......................................................................... 83
4.1. Recursos humanos ....................................................................................... 83
4.2. Recursos Materiales .................................................................................... 83
4.2. Otros recursos .............................................................................................. 84
CONCLUSIONES ..................................................................................................... 85
RECOMENDACIONES ............................................................................................ 87
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 88
TERMINOLOGÍA BÁSICA ..................................................................................... 91
ANEXOS ................................................................................................................... 96
Anexo A ................................................................................................................. 96
Instalación Software Bascom – AVR ................................................................ 96
Anexo B ................................................................................................................... 100
Instalación Software Proteus 7.10_SP0 ............................................................... 100
Anexo C ................................................................................................................... 107
Manual de instalación de la aplicación de monitoreo .......................................... 107
Anexo D ................................................................................................................... 110
Instalación del controlador Arduino PL2303 ....................................................... 110
Anexo E .................................................................................................................... 112
Manual de usuario ................................................................................................ 112
Anexo F .................................................................................................................... 114
Configuración del puerto serial ............................................................................ 114
xiii
LISTA DE CUADROS
Cuadro 1: Características Arduino. (Arduino, 2015). ................................................ 38
Cuadro 2: Instrucciones realizadas por el nodo máster. Gualsaquí E., 2015 ............. 67
Cuadro 3: Cierre de comunicación no máster. Gualsaquí E., 2015. .......................... 67
Cuadro 4: Cabecera nodo máster zigbee. Gualsaquí E., 2015. .................................. 67
Cuadro 5: Subrutinas de lectura y escritura en los registros. ..................................... 68
Cuadro 6: Definición de constantes requeridas por zigbee. Gualsaquí E., 2015. ...... 68
Cuadro 7: Definición de comandos para zigbee. Gualsaquí E., 2015 ........................ 68
Cuadro 8: Definición de comandos mediante constantes zigbee. .............................. 68
Cuadro 9: Configuración de entradas y salidas mediante los pines del módulo zigbee.
Gualsaquí E., 2015. .................................................................................................... 69
Cuadro 10: Estructura principal y su funcionamiento zigbee. Gualsaquí E., 2015. .. 70
Cuadro 11: Estructura principal del nodo esclavo y su funcionamiento .................... 71
Cuadro 12: Tipos de control del form principal. Gualsaquí E., 2015. ....................... 74
Cuadro 13: Explicación de métodos usados en form principal. Gualsaquí E., 2015. 75
Cuadro 14: Programación y especificación form monitoreo de variables. ................ 79
Cuadro 15: Mediciones de prueba Hardware. Gualsaquí E., 2015 ............................ 80
Cuadro 16: Recurso humanos. Gualsaquí E., 2015 .................................................... 83
Cuadro 17: Recursos materiales. Gualsaquí E., 2015 ................................................ 83
Cuadro 18: Recursos varios. Gualsaquí E., 2015 ....................................................... 84
xiv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Sistema básico de control. (Quinteiro González J. M., 1999) .................... 10
Figura 2: Sistema de control de lazo abierto. (Quinteiro González J. M., 1999) ....... 11
Figura 3: Sistema de control de lazo cerrado. (Quinteiro González J. M., 1999) ...... 12
Figura 4: Sistema de control predictivo. (Quinteiro González J. M., 1999) .............. 14
Figura 5: Elementos componentes del sistema inteligente de control automático..... 15
Figura 6: Sensor (Ramón Pallás, 2003)...................................................................... 17
Figura 7: Componentes de dispositivo WSN. (Serna Sanchis, 2007) ........................ 23
Figura 8: Arquitectura del microcontrolador. (Arias, 2009) ...................................... 26
Figura 9: Ubicación de Zigbee según su tasa de transmisión y alcance. ................... 26
Figura 10: Zigbee vs Bluetooth (Salgado, 2011) ....................................................... 28
Figura 11: Tecnologías en 2.4GHz. (Javier martín Moreno, 2007) ........................... 29
Figura 12: Características de radio. (Javier martín Moreno, 2007) ........................... 30
Figura 13: Aplicaciones d Zigbee. (Faudot, 2008) .................................................... 30
Figura 14: Red de dispositivos Zigbee. (Salgado, 2011) ........................................... 31
Figura 15: Topologías de red. (Javier martín Moreno, 2007) .................................... 33
Figura 16: Topología Estrella (Dignani, 2011) .......................................................... 34
Figura 17: Asignación de direcciones por defecto en Topología árbol. .................... 35
Figura 18: Topolología malla (Dignani, 2011) .......................................................... 37
Figura 19: Etapas de la utilización de la suit proteus. (Hubor, 2011). ....................... 40
Figura 20: Diseño o Esquema general hardware. Gualsaquí E., 2015. ...................... 49
Figura 21: Esquema de la arquitectura centralizada. Gualsaquí E., 2015 .................. 51
Figura 22: Topología tipo estrella. Gualsaquí E., 2015 ............................................. 52
Figura 23: Panel de Inicio Proteus 7.10 SP0. Gualsaquí E., 2015 ............................. 52
Figura 24: Entorno de trabajo. Gualsaquí E., 2015. ................................................... 53
Figura 25: Esquema del dispositivo Arduino mega 2560. Gualsaquí E., 2015. ........ 54
Figura 26: Esquema del módulo Zigbee con sus diferentes pines. ............................ 54
Figura 27: Esquema del módulo bluetooth. Gualsaquí E., 2015. ............................... 55
Figura 28: Esquema completo del nodo máster con los dispsitivos bluetooth y
Zigbee. Gualsaquí E., 2015. ....................................................................................... 55
Figura 29: Diagrama módulo Zigbee con sus diferentes pines. Gualsaquí E., 2015. 56
Figura 30: Esquema de conexión del ventilador al módulo Zigbee. ......................... 57
Figura 31: Esquema de conexión del sensor de temperatura LM35. ......................... 57
xv
Figura 32: Esquema de conexión entre el sensor LM35 con el Módulo Zigbee.
Gualsaquí E., 2015. .................................................................................................... 58
Figura 33: Esquema de alimentación a la fuente de energía del módulo Zigbee.
Gualsaquí E., 2015. .................................................................................................... 58
Figura 34: Esquema de simulación de UPC mediante una batería. ........................... 59
Figura 35: Esquema de conexión entre el módulo UPS, leds y módulo Zigbee.
Gualsaquí E., 2015. .................................................................................................... 59
Figura 36: Esquema completo del nodo esclavo con sus diferentes elementos.
Gualsaquí E., 2015. .................................................................................................... 60
Figura 37: Diseño PCB del nodo master. Gualsaquí E., 2015. .................................. 61
Figura 38: Diseño 3D de la placa máster. Gualsaquí E., 2015................................... 61
Figura 39: Diseño de pistas de circuito impreso de los nodos esclavo. ..................... 62
Figura 40: Diseño 3D del circuito impreso del nodo esclavo vista superior. Gualsaquí
E., 2015. ..................................................................................................................... 62
Figura 41: Diseño 3D del circuito impreso del nodo esclavo vista inferior. ............. 63
Figura 42: Montaje de los módulos bluetooth y módulo zigbee en el nodo máter.
Gualsaquí E., 2015. .................................................................................................... 63
Figura 43: Montaje de los dispositivos y elementos necesarios para el nodo esclavo.
Gualsaquí E., 2015. .................................................................................................... 64
Figura 44: Montaje de los elementos en los nodos esclavo. Gualsaquí E, 2015. ....... 64
Figura 45: Montaje del módulo Zigbee en los nodos esclavo. Gualsaquí E, 2015. ... 64
Figura 46: Declaración del tipo de micro controlador y configuración. .................... 65
Figura 47: Cabecera nodo máster bluetooth. Gualsaquí E., 2015 .............................. 65
Figura 48: Declaración de variables, apertura de puertos seriales. Gualsaquí E., 2015
.................................................................................................................................... 66
Figura 49: Pantalla inicio CodeVisionAVR. Gualsaquí E., 2015. ............................. 72
Figura 50: Área de trabajo CodeVision. Gualsaquí E., 2015. .................................... 72
Figura 51: Selección de run the chip programmer. Gualsaquí E., 2015. ................... 73
Figura 52: Selección del micro controlador. Gualsaquí E., 2015. ............................. 73
Figura 53: Pantalla Principal Domsystem. Gualaquí E., 2015. .................................. 74
Figura 54: Pantalla de Monitoreo de variables de medición. Gualsaquí E., 2015. .... 75
Figura 55: Tipos de control del form monitoreo de variables. Guasaquí E., 2015. ... 76
Figura 56: Software inicializado sin. Gualsaquí E., 2015. ......................................... 81
Figura 57: Prueba 1 en ejecución. Gualsaquí E., 2015. ............................................. 81
xvi
Figura 58: Prueba 2 en ejecución. Gualsaquí E., 2015. ............................................. 82
Figura 59: extraer archivo Comprimido Bascom – avr. Gualsaquí E., 2015 ............. 96
Figura 60: Instalador Setupdemo. Gualsaquí E., 2015 .............................................. 96
Figura 61: Click en next. Gualsaquí E., 2015 ............................................................ 96
Figura 62: Aceptar la licencia y next. Gualsaquí E., 2015 ......................................... 97
Figura 63: Lea la información adicional y presionar next. Gualsaquí E., 2015 ......... 97
Figura 64: Selección de directorio de instalación. Gualsaquí E., 2015...................... 98
Figura 65: Continuar instalación pulsando next. Gualsaquí E., 2015 ........................ 98
Figura 66: Pantalla de finalizar instalación. Gualsaquí E., 2015 ............................... 99
Figura 67: Creación de carpeta de bascom en el Pc. Gualsaquí E., 2015 .................. 99
Figura 68: Extraer archivo comprimido Proteus7.10_SP0. Gualsaquí E., 2015 ...... 100
Figura 69: Porcentaje de extracción del archivo Proteus7.10_SP0. Gualsaquí E., 2015
.................................................................................................................................. 100
Figura 70: Ejecución de Proteus7.10_SP0.exe. Gualsaquí E., 2015 ........................ 100
Figura 71: Aceptar permisos. Gualsaquí E., 2015 ................................................... 101
Figura 72: Click en el botón next en la pantalla. Gualsaquí E., 2015 ...................... 101
Figura 73: Aceptar términos y condiciones con el botón Yes. Gualsaquí E., 2015 . 101
Figura 74: Instalación clave de licencia. Gualsaquí E., 2015 .................................. 102
Figura 75: Información del estado de licencia. Gualsaquí E, 2015. ........................ 102
Figura 76: Click opción “Browse For Key File”. Gualsaquí E., 2015 ..................... 102
Figura 77: Archivo de licencia Grassington. Gualsaquí E., 2015 ........................... 103
Figura 78: Click Install licencia. Gualsaquí E., 2015 .............................................. 103
Figura 79: Selección de la opción Sí. Gualsaquí E., 2015 ....................................... 103
Figura 80: Cerrar ventana pulsando close. Gualsaquí E., 2015 ............................... 104
Figura 81: Click en next para continuar. Gualsaquí E., 2015 .................................. 104
Figura 82: Marcar Converter files y click next. Gualsaquí E., 2015 ....................... 104
Figura 83: Click en next para instalación en la carpeta por defecto. Gualsaquí E.,
2015 .......................................................................................................................... 105
Figura 84: Espera del proceso de instalación. Gualsaquí E., 2015 .......................... 105
Figura 85: Finalización de la instalación. Gualsaquí E., 2015 ................................. 105
Figura 86: Selección de LXK Proeus 7.10 SP0. Gualsaquí E., 2015 ....................... 106
Figura 87: Selección de la carpeta de instalación. Gualsaquí E., 2015 .................... 106
Figura 88: Despliega ventana de Registro. Gualsaquí E., 2015 ............................... 106
Figura 89: Carpeta principal. Gualsaquí E., 2015 .................................................... 107
xvii
Figura 90: Ubicación del archivo Paquete. Gualsaquí E., 2015............................... 107
Figura 91: Elegir archivo setup.exe para instalación. Gualsaquí E., 2015............... 107
Figura 92: Instalación de Domsystem V1.1. Gualsaquí E., 2015 ............................ 108
Figura 93: Elegir ubicación de instalación. Gualsaquí E., 2015 .............................. 108
Figura 94: Elegir grupo de programas. Galsaquí E., 2015 ....................................... 109
Figura 95: Finalizar instalación. Gualsaquí E. , 2015 .............................................. 109
xviii
RESUMEN
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE MONITOREO Y
CONTROL EN EL PROTOTIPO (DOMSYSTEM) PARA MANTENER LA
SALA DE EQUIPOS INFORMÁTICOS EN UN AMBIENTE ÓPTIMO DE
FUNCIONAMIENTO SIN INTERRUPCIONES USANDO ZIGBEE.
En el presente trabajo se han descrito los conocimientos básicos para entender que es
y cómo funciona un sistema de monitoreo y control en un prototipo
“DOMSYSTEM” a pequeña escala, que permitirá mantener la sala de equipos
informáticos en un ambiente óptimo de funcionamiento sin interrupciones usando
comunicación inalámbrica zigbee y cómo utilizando el hardware libre de Arduino se
puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de otros sistemas
de alta categoría.
El monitoreo ha sido realizado mediante un software de aplicación diseñado en la
plataforma de visual basic, donde desplegará en forma visual el comportamiento de
las variables de estudio temperatura, voltaje, corriente que son medidas por los
sensores dispuestos en los módulos (esclavo), los mismos que cumplen con la
función de transmitir la información receptada hacia el módulo (máster) para seguir
con el proceso de envió mediante puerto serial al computador para el respectivo
monitoreo.
El desarrollo de este proyecto lo que se busca es cambiar los procesos manuales por
un sistema automático que facilitará el uso de los equipos de climatización en este
caso el uso de los ventiladores, esto contribuirá al control de las variables climáticas
que hace que los equipos informáticos sufran interrupciones o se dañen evitando
costosas inversiones en mantenimiento e incluso la reposición de los mismos.
DESCRIPTORES:
EQUIPOS INFORMÁTICOS / COMUNICACIÓN INALAMBRICA /
HARDWARE / ARDUINO / SOFTWARE / ZIGBEE / VISUAL BASIC 6.0 /
VOLTAJE / CORRIENTE / TEMPERATURA.
xix
ABSTRACT
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A SYSTEM FOR MONITORING AND
CONTROL IN THE PROTOTYPE (DOMSYSTEM) TO KEEP THE COMPUTERS
IN OPTIMUM OPERATION USING ZIGBEE.
The present work describes the basic knowledge that is needed in order to understand
what a control and monitoring system on a small scale DOMSYSTEM prototype is;
how it works, which will allow the optimal maintenance of the equipment room, free
of interruptions, by using zigbee wireless networking; and how it's possible to create
a stable system employing an inferior budget to other high category systems, by
using Arduino free hardware.
The monitoring has been made through an application software designed on the
visual basic platform, where it will deploy visually the behaviour of the variables of
this study, temperature; voltage; current, which are measured by the sensors within
the modules (slaves), these serve the purpose of transmitting the received
information to the (master) module to carry on the sending process through a serial
port into the computer, to proceed with the respective monitoring.
The desired goal for this project is to substitute the manual processes for an
automated system that will facilitate the use of cooling equipment, in this case, the
use of fans. This will contribute to further controlling the climatic variables that are
responsible for causing interruptions or even damage in informatics equipment, thus
avoiding expensive investments on their maintenance, and sometimes, their
reposition.
DESCRIPTORS:
EQUIPOS INFORMÁTICOS / COMUNICACIÓN INALAMBRICA /
HARDWARE / ARDUINO / SOFTWARE / ZIGBEE / VISUAL BASIC 6.0 /
VOLTAJE / CORRIENTE / TEMPERATURA.
xx
CERTIFICACIÓN DEL TRADUCTOR
xxi
TÍTULO OBTENIDO DEL TRADUCTOR
1
INTRODUCCIÓN
El interés por los sistemas de monitoreo y control automatizados es considerado hoy
en día un factor estratégico cuando se busca incrementar los niveles de
productividad, calidad y seguridad. Es por ello que el monitoreo de condición de
máquinas puede ayudar a evitar interrupciones inesperadas, optimizar el rendimiento
de máquinas y reducir tiempo de reparación y costos de mantenimiento dentro del
centro informático, logrando eficiencia mediante técnicas y sistemas que le
garanticen la continuidad en sus procesos productivos y uniformidad en la calidad de
sus servicios.
Por esta razón, se ha elegido un proyecto orientado a diseñar e implementar un
sistema de control y monitoreo basada en el estándar Zigbee para seguridad y
protección de problemas comunes como sobre voltaje, exceso de corriente,
temperatura y sobrecargas eléctricas que hacen que los equipos informáticos dejen de
responder o fallen, y gracias al sistema los equipos funcionarán en un ambiente
óptimo sin interrupciones.
Ésta investigación representa adicionalmente un avance significativo en cuanto a la
apropiación de nuevas tecnologías, abriendo la posibilidad al fortalecimiento del
desarrollo de hardware y en general de la investigación aplicada a la solución de las
verdaderas necesidades de la industria y las personas.
2
CAPÍTULO 1
1. PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA
1.1. Planteamiento Del Problema
En la actualidad la tecnología ha avanzado a niveles que ya se puede hablar de
autonomía por parte de los equipos informáticos y electrónicos. Esto da facilidades a
los usuarios para liberarse de aquellos procesos repetitivos que consumen su valioso
tiempo y enfocarse en aquellos más importantes y complejos. De esta manera la
automatización de los espacios y su dinamización con la incorporación de
herramientas y tecnologías de la información y las telecomunicaciones, generan la
necesidad de controlar diferentes variables que intentan facilitar la vida de los de los
usuarios proporcionándoles dispositivos que brindan seguridad y protección.
1.2. Formulación Del Problema
En la mayoría de salas o centros de informática se detectó que los problemas
principales son los procesos manuales de operación de los equipos de climatización y
la falta de monitoreo, porque estas aún no cuentan con un sistema de control
automatizado para la prevención y protección de los equipos de los problemas
ocasionados por sobre voltaje, exceso de corriente, temperaturas elevadas y
sobrecargas eléctricas. Es por esto que el presente trabajo consiste en diseñar e
implementar un sistema de monitoreo y control automatizado para mantener la sala
de equipos informáticos en un ambiente óptimo de funcionamiento de tal manera que
no dejen de responder o fallen, y gracias a este sistema los equipos funcionarán sin
interrupciones.
1.3. Interrogantes De La Investigación
¿Cuáles son las causas más comunes que ocasionan daños en los equipos
informáticos dentro de un laboratorio?
¿Cómo mantener en un ambiente óptimo de funcionamiento los equipos
informáticos?
¿Cuál es la mejor manera de sistematizar el proceso manual de uso de la ventilación?
3
¿Cuál sería la mejor tecnología de comunicación para realizar un sistema
automatizado?
¿Cómo monitorear la corriente eléctrica, el voltaje para mejorar el funcionamiento de
los equipos informáticos?
¿Cómo mejorar la vida útil de los equipos informáticos?
1.4. OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1. Objetivo General
Diseñar e implementar un sistema de monitoreo y control en el prototipo
(Domsystem) para mantener la sala de equipos informáticos en un ambiente óptimo
de funcionamiento sin interrupciones usando zigbee.
1.4.2. Objetivos Específicos
Diseñar el sistema de monitoreo y control de temperatura, voltaje, corriente para el
funcionamiento óptimo de los equipos informáticos.
Monitorear el voltaje para garantizar que los equipos informáticos estén alimentados
con los valores adecuados.
Monitorear la corriente eléctrica para mantenerle bien informado sobre la calidad de
la alimentación y posibles cortos eléctricos que pueden suscitarse, para mejorar la
productividad y la vida útil de los equipos.
Diseño y ubicación de la red de sensores a pequeña escala en una maqueta
perteneciente al área de equipos informáticos basándose en los aspectos de técnicas
de seguridad, métodos de gestión de energía.
Análisis de pruebas y realización de correcciones adecuadas.
1.5. Justificación
Los sistemas de monitoreo y control automatizados actuales han tardado algún
tiempo en madurar lo suficiente como para presentar una alternativa de ayuda real
para el correcto funcionamiento en salas de equipos informáticos y maquinaría en
4
general, haciendo que problemas cotidianos de sobre voltaje, temperatura inadecuada
y variación de corriente que pueden suscitarse en estas salas, queden sin resolver.
El beneficio de este sistema es que permitirá a laboratorios, salas o áreas de equipos
informáticos y máquinas, aumentar su grado de autonomía y reducir la necesidad de
supervisión constante por él personal, mejorando de esta forma su óptimo
funcionamiento.
En la investigación se aplicó conocimientos adquiridos durante la formación
académica y con la factibilidad tanto económica como tecnológica, permitiendo que
este problema sea solucionado al lograr el desarrollo y crecimiento completo del
diseño sin mayores dificultades.
5
CAPÍTULO 2
2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. Antecedentes
Según Fernández, L. (2012).Control y monitorización de instalaciones eléctricas
residenciales mediante instrumentación virtual con Labview, Recomienda:
Este proyecto realizado invita a mejorarlo, con el fin de brindar confort, seguridad,
entretenimiento, ahorro energético y servicios de comunicaciones para los usuarios.
De esta forma se abrirá camino al diseño de viviendas domóticas, sin necesidad de
utilizar productos comerciales, mejor aún, compitiendo con ellos al elaborar los
instrumentos con conocimientos de ingeniería.
Se sugiere utilizar el mayor número de sensores disponibles: de temperatura, de
voltaje y corriente para adaptarlos en viviendas y salas de equipos para ser
controlados individualmente.
Existe una diversidad de aplicaciones que se pueden implementar, siempre útiles
para facilitar el trabajo del hombre.(p.66)
Según Pinzón, A. (2013). Implantación del sistema domótico en el hogar, Concluye:
La implementación realizada comprobó que se puede construir una aplicación
hardware para un sistema a menor costo del que se encuentra un dispositivo
construido por algunas de las empresas dedicadas a este mercado y solventando el
mismo problema. (p.69)
Según Pérez, V. (2010). Contribución al diseño de sistemas domóticos y de
entretenimiento utilizando hardware libre y software de código abierto, Recomienda:
Después de finalizar el desarrollo de este sistema domótico se podrán realizar más
diseño acerca de su implementación, utilizando otras tecnologías de hardware para
controlar aplicaciones de automatizaciones básicas e independientes utilizando los
controles inalámbricos o módulos ZigBee, X-10 ó Bluetooth para realizar
aplicaciones con mayor autonomía. (p.53)
6
Según Suárez, J. (2013) Diseño y construcción de un sistema de monitoreo para
invernaderos apoyados con tecnología zigbee, Concluye:
La red inalámbrica de sensores desarrollada se caracteriza por tener una topología en
estrella empleando el protocolo Zigbee. Esta red conforma un sistema escalable que
permite transmitir valores de temperatura entre el coordinador y un dispositivo final
para ser mostrados en una LCD.
2.2. Fundamentación Teórica
Existe una diversidad de proyectos e investigaciones desarrolladas previamente, se
mencionarán algunas aportaciones que nos han brindado los pioneros de los
fundamentos de la tecnología que hasta hoy día conocemos.
El inglés Charles Babbage, uno de los precursores de la automatización o de la
automática, en 1982 expuso un prototipo rudimentario nombrada “máquina
diferencial”, está realizaba cálculos e imprimía tablas de funciones aritméticas y
lógicas con la combinación de dos máquinas digital y analítica. (Messadié, 1988,
págs. 206,207,208).
En 1901 uno de los primeros intentos de controlar algún proceso concatenando los
medios eléctricos, electrónicos e informáticos disponibles en su época fue el
ingeniero español Leonardo Torres Quevedo, quien desarrollo un sistema de control
remoto llamado Telekino, capaz de hacer movimientos mecánicos a distancia, en el
cual se han establecido los principios modernos de funcionamiento inalámbrico de
control remoto. (Pérez Yuste & Salazar Palma, 2008)
Y más recientemente surgen conceptos como domótica, inmótica, edificios
inteligentes en algunos países. El origen de la domótica se remonta a los años
sesentas cuando aparecieron los primeros dispositivos de automatización de edificios
con una tecnología X-10.
2.2.1. Edificios Inteligentes
Durante los últimos años el desarrollo de las nuevas tecnologías de la información y
las comunicaciones se han introducido con fuerza en los sistemas de control de
7
edificios. En especial este desarrollo afecta a los que podríamos llamar edificios de
alta tecnología.
Estos edificios contienen instalaciones informáticas, sistemas de comunicaciones,
laboratorios de investigación, o son sitios en donde se produce un alto flujo de
información como: superficies de oficinas, salas de equipos y maquinaria, centros
comerciales, hoteles, etc.
En general este tipo de edificios deben estar diseñados para proporcionar al usuario
energía eléctrica de emergencia, climatización seguridad, etc.
Estos servicios deben proporcionar una infraestructura y comodidad de sus
habitantes que les facilite la realización de sus actividades, y esto deben hacerse con:
calidad, fiabilidad, eficiencia energética y naturalmente minimizando los costes
económicos.
Desde el punto de vista informático, los sistemas de control tienen componentes que
van desde microcontroladores asociados a elementos de la planta, hasta el procesador
central donde se deben ejecutar algoritmos de optimización de la energía y control
integral de climatización, etc.
Hoy en día es fácil encontrarnos con el término de Edificio Inteligente aplicado a
aquellos edificios donde, de una u otra manera, se han introducido ciertos
automatismos. Sin embargo, el concepto de inteligente no puede ser más que una
mera ilusión, ciertamente exagerada, por parte de los implementadores del sistema.
Los edificios que están dotados de las instalaciones que les son propias, como son la
climatización, seguridad, ascensores debidamente gestionadas por un sistema
sofisticado con un control integrado y centralizado no son de por sí inteligentes, sino
automatizados.
De esta manera podríamos dar una definición aproximada de edificios inteligentes,
como “aquel compuesto por un conjunto de servicios integrados en la vivienda,
garantizados por una serie de sistemas que, con soporte informático, aseguran al
usuario mayores ventajas en aspectos relacionados con el confort, la seguridad, el
ahorro y la gestión energética, las telecomunicaciones y la información.”.
8
Dentro de la denominación “Edificios Inteligentes”, existen dos ramas bien
diferenciadas que son la inmótica y la domótica. La primera es aquella que está
dirigida a la solución de automatización de edificios, oficinas, hoteles, hospitales
principalmente. Generalmente con destino comercial. Por otro lado la domótica es
aquella que se aboca a la automatización de viviendas particulares, que si bien tiene
su sentido comercial, básicamente se enfoca al confort de sus habitantes.(Quinteiro
González & Khoshafian, 1994)
2.2.2. Automatización
Definición
Un automatismo es un dispositivo que permite a las máquinas o procesos evolucionar
con la mínima intervención del hombre y que puede:
• Encargarse de las tareas repetitivas, peligrosas o trabajosas.
• Controlar la seguridad del personal y de las instalaciones.
• Incrementar la producción y la productividad, economizar materia y energía.
• Incrementar la flexibilidad de las instalaciones para modificar los productos o
los ritmos de fabricación.
Un automatismo industrial se concibe generalmente para controlar una máquina o
grupo de máquinas. A estas máquinas se le llama parte operativa del proceso,
mientras que al conjunto de los componentes del automatismo que suministran las
informaciones que sirven para pilotar esta parte operativa se llama parte de mando.
Es la conjunción de ambas partes lo que constituye el automatismo completo.
Entre el autómata y la máquina se canjean informaciones que frecuentemente son
variables binarias (estado de interruptor), aunque pueden intervenir igualmente
informaciones analógicas (medida de una temperatura) que serán en ese caso
convertidas en un conjunto de señales binarias interpretables por el autómata.
Todo proceso recibe informaciones que se llaman entradas, y suministra
informaciones que se llaman salidas. Si consideramos una máquina cualquiera, ella
recibirá órdenes del autómata. Estas órdenes, que constituyen las salidas del
autómata, son las entradas de la máquina, la cual ejecuta acciones y devuelve
9
informaciones al autómata, que se complementan con el conjunto de instrucciones
transmitidas por el operador al autómata. (Soares)
Objetivos de la automatización
• Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la
producción y mejorando la calidad de la misma.
• Mejorar las condiciones de trabajo personal, suprimiendo los trabajos
penosos e incrementando la seguridad.
• Realizar las operaciones imposibles de controlar, intelectual o manualmente.
• Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades
necesarias en el momento preciso.
• Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera de grandes
conocimientos para la manipulación del proceso productivo.
• Integrar la gestión y producción. (Universidad del País Vasco, 2001)
2.2.3. Control Automático
Introducción al Control Automático
Los progresos técnicos en los campos de la electrónica, la informática y las
comunicaciones y la gran reducción de costo han posibilitado la aplicación masiva de
los sistemas de automatización.
Con el apoyo de los sistemas automatizados y la coordinación de un control central,
los edificios denominados inteligentes son una expresión concreta de la integración
de las dimensiones tecnológica, social y económica para mejorar la relación del
hombre con su medio.
Pero no debemos confundir automatización con inteligencia. No todos los edificios
automatizados son inteligentes.
• Los automatizados son aquellos que tienen inteligencia aplicada en cada
instalación o solo en algunas, pero estas no están interconectadas y no se
pueden ordenar en función de prioridades.
10
En otras palabras, el automatismo constituye respuestas únicas frente a determinados
estímulos.
• En cambio en un edificio inteligente, las instalaciones están vigiladas por un
control general.
Sistemas de Control Automático
El control comenzó a desarrollarse en el momento en que se reconoció que existía
una estructura común para resolver problemas físicos de naturaleza muy diferente.
Esta estructura se caracteriza por la retroalimentación y obedece a unos principios
comunes independientemente de la naturaleza física del sistema particular.
En general, la palabra control significa mantener las cosas en su sitio. En un sentido
más formal, el control está relacionado con el conjunto de mecanismos que aumentan
la probabilidad de que las actividades que afectan los objetivos de una organización
se lleven a cabo en forma apropiada. El control también permite que sistema detecte
y notifique los casos donde estas actividades no se realizaron. También es esencial el
manejo de eventos no anticipados. Un sistema bien diseñado debe tener la capacidad
de notificarlos sin interrumpir las demás actividades.
El control es el primer nivel y la base de la automatización para la que existen hoy en
día cada vez más aplicaciones. El conocimiento de los procesos de control y de sus
interrelaciones tiene una importancia especial para resolver cualquier tarea de
automatización.
Un sistema básico de control puede esquematizarse mediante el siguiente diagrama:
Figura 1: Sistema básico de control. (Quinteiro González J. M., 1999)
El objetivo principal del sistema es gobernar la variable de salida de una forma
determinada por la acción de la señal de entrada a través de los elementos del
proceso que debe gobernarse.
11
Clasificación de los sistemas de control
• Sistemas de Control de Lazo Abierto
Los sistemas de control de lazo abierto son sistemas de control en los que la
salida no tienen efecto sobre la acción de control, es decir, la salida ni se mide ni
se realimenta para comparación con la entrada. Por lo tanto para cada entrada de
referencia corresponde una condición de operación fijada. Así, la exactitud del
sistema, depende de la calibración.
Figura 2: Sistema de control de lazo abierto. (Quinteiro González J. M., 1999) Ejemplo: Un ejemplo práctico es una máquina de lavar: El remojo, remojo y
enjuague en la máquina de lavar se cumplen durante una base de tiempos. La
máquina no mide la señal de salida, es decir, la limpieza de la ropa. Una lavadora de
las llamadas automáticas es, un sistema en cadena abierta, puesto que el tiempo de
lavado se ha determinado mediante criterio y cálculo previo. Una lavadora,
verdaderamente automática debería comprobar constantemente el grado de limpieza
de la ropa y desconectarse por sí misma cuando dicho grado coincidiese con el
deseado.
Para aumentar la precisión de un sistema de mando en cadena abierta debe
establecerse un enlace entre las señales de entrada y de salida. Por medio de este
enlace, denominado cadena de retorno, la señal de salida se introduce en el sistema
después de compararse con la señal de entrada.
• Sistemas de Control de Lazo Cerrado
Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la señal de salida tiene
efecto directo sobre la acción de control. Son sistemas de control realimentado. La
señal de error actuante, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de
realimentación entra al detector o control de manera de reducir el error y llevar la
salida del sistema al valor deseado. En otras palabras el término lazo cerrado implica
el uso de acción de realimentación para reducir el error del sistema.
12
Figura 3: Sistema de control de lazo cerrado. (Quinteiro González J. M., 1999) Ejemplo: Un sistema térmico. El objetivo es mantener la temperatura del agua
caliente a un valor determinado. El termómetro instalado en el caño de salida del
agua caliente indica la temperatura efectiva. Esta temperatura es la salida del sistema.
Se utilizaría un detector de control automático en el cual la posición del dial del
controlador fija la temperatura deseada para generar una señal de error que actúe
corrigiendo. Al realizar esto, se convierte la temperatura de salida a las mismas
unidades que la entrada por un traductor. La señal de error producida en el
controlador automático es amplificada y la salida del controlador es enviada a la
válvula de control para modificar la apertura de la válvula de provisión de vapor para
corregir la temperatura que toma el agua.
Esta acción de control esta basada en la operación en lazo cerrado donde por medio
de este sistema denominado cadena de retorno, la señal de salida se introduce en el
sitema después de comprarase con la señal de entrada. La señal resultante de
ladiferencia entre la señal de entrad y la señal de salida debe actuar sobre el sistema
gobernado con el fin de corregir el error. Un sistema con una realimentación se
denomina sistema de lazo cerrado.
• Sistemas de Control Adaptativos
Las características dinámicas de la mayoría de sistemas de control son constantes por
diversas razones, como el deterioro de los componentes al transcurrir el tiempo o las
modificaciones en parámetros o en el medio ambiente.
Aunque en un sistema retroalimentado se atenúan los efectos de pequeños cambios
en las características dinámicas, si las modificaciones en los parámetros del sistema y
en el medio son significativas, un sistema para ser satisfactorio ha de tener la
capacidad de adaptación.
13
Un sistema de control adaptativo es un sistema que continua y automáticamente mide
características dinámicas del medio, las compara con las características dinámicas
deseadas y usa la diferencia para variar parámetros ajustables del sistema o generar
una señal de acondicionamiento de modo que se pueda mantener el funcionamiento
óptimo con independencia de las variaciones ambientales.
Alternativamente este sistema puede medir continuamente su propio funcionamiento
de acuerdo con un índice de comportamiento dado y modificar, en caso de ser
necesario, sus propios parámetros para mantener el funcionamiento óptimo con
independencia de los cambios ambientales.
Para que pueda denominarse adaptativo a un sistema, debe tener características de
auto organización. La adaptación implica la capacidad de auto ajustarse o auto
modificarse de acuerdo con modificaciones imprevisibles del medio o estructura. Los
sistemas de control que tienen algún grado de capacidad de adaptación, se
denominan, sistemas de control adaptativos.
En un sistema de control adaptativo, las características dinámicas deben estar
identificadas en todo momento de manera que los parámetros de control o detección
puedan ajustarse para mantener el funcionamiento óptimo. Un sistema de control
adaptativo, además de acomodarse a los cambios ambientales, compensa la eventual
falla de componentes menores del sistema, aumentando, por tanto la confiabilidad de
todo el sistema.
Si se realiza el ajuste de los parámetros del sistema únicamente por medición directa
del medio, el sistema no es adaptativo.
• Sistemas de Control Predictivos
El control predictivo utiliza las PC y sus modelos para calcular la señal de control,
que hace que la salida del proceso predicha esté contenida en la trayectoria deseada
elegida por el bloque conductor.
El mecanismo de adaptación ajusta, cuando es necesario, el modelo predictivo y la
trayectoria deseada, minimizando el error de predicción y la desviación del sistema
en su comportamiento óptimo.
Ejemplo: Sistema SCAP: Sistema de Control Adaptativo Predictivo.
14
La metodología SCAP consiste en que el control aplicado al proceso hace de la
salida predicha igual a la deseada. Para implementar esta estrategia el sistema utiliza
un modelo predictivo, un bloque conductor, y un mecanismo de corrección o
adaptación.
Figura 4: Sistema de control predictivo. (Quinteiro González J. M., 1999)
Bloque Conductor: Elige la trayectoria de salida deseada que conducirá la salida del
proceso al punto de consigna de forma óptima.
Modelo Predictivo: Calcula la señal de control, que hace que la salida del proceso
predicha esté contenida en la trayectoria deseada elegida por el bloque conductor.
Mecanismo de adaptación: Ajusta, cuando es necesario, el modelo predictivo y la
trayectoria deseada, minimizando el error de predicción y la desviación del sistema y
su comportamiento óptimo.
• Sistemas de Control Digital Directivo
Este sistema detecta errores emitidos a través de una señal utilizando una
codificación digital. Digitaliza y cuantifica la variable con un elemento de medición,
siendo un dispositivo que convierte a esa variable de salida en otra variable deseada
(adecuada).
Analógico = (no es digital) Natural.
Digital = codificación de lo analógico.
Insertar el Control Digital Directivo (CDD) a las instalaciones Tecnológicas,
existiendo de ésta manera, una adecuada relación entre ambos suministros.
15
• Objetivos a lograr mediante el control
Los objetivos a lograr mediante el control de instalaciones en un edificio inteligente
son los siguientes:
Mantener las variables, que determinan el confort en los valores
adecuados.
Minimizar el consumo de energía mediante el control óptimo de los
equipos.
Conocer y localizar cualquier situación de alarma en el momento en
que esta se produce y tomar las medidas correctivas.
Permitiendo:
Concentrar toda la información necesaria para el correcto
mantenimiento de los equipos.
Realizar de forma sencilla y rápida modificaciones o incorporaciones
de nuevos equipos.
• Elementos componentes del sistema inteligente de control automático
Figura 5: Elementos componentes del sistema inteligente de control automático. (Quinteiro González J. M., 1999)
Genéricamente, la entrada, procesamiento y salida de información en un sistema de
control inteligente como así también la conexión entre las distintas partes se
implementan a partir de la aplicación de distintos dispositivos. (Quinteiro González
J. M., 1999)
2.2.4. Transductores, Sensores y Accionamientos
Se denomina transductor, en general, a todo tipo de dispositivo que convierte una
señal de una forma física en una señal correspondiente pero de otra forma física
distinta. Es, por tanto un dispositivo que convierte un tipo de energía en otro. Esto
16
significa que la señal de entrada es siempre una energía o potencia, pero al medir,
una de las componentes de la señal suele ser tan pequeña que puede despreciarse, y
se interpreta que se mide sólo la otra componente.
Al medir una fuerza, por ejemplo, se supone que el desplazamiento del transductor es
despreciable, es decir, que no se carga al sistema, ya que del contrario podría suceder
que éste fuera incapaz de aportar la energía necesaria para el desplazamiento. Pero en
la transducción siempre se extrae una cierta energía del sistema donde se mide, por
lo que es importante garantizar que esto no le perturba.
Dado que hay seis tipos de señales: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas,
ópticas y moleculares (químicas), cualquier dispositivo que convierta una señal de un
tipo en una señal de otro tipo debería considerarse un transductor, y la señal de salida
podría ser de cualquier forma física útil. En la práctica, no obstante, se considera
transductores por antonomasia aquellos que ofrecen una señal de salida eléctrica.
Ello se debe al interés de este tipo de señales en la mayoría de procesos de medida.
Los sistemas de medida electrónicos ofrecen, entre otras, las siguientes ventajas
• Debido a la estructura electrónica de la materia, cualquier variación de un
parámetro no eléctrico de un material viene acompañada por la variación de
un parámetro eléctrico. Eligiendo el material adecuado, esto permite realizar
transductores con salida eléctrica para cualquier magnitud física no eléctrica.
• Dado que en el proceso de medida no conviene extraer energía del sistema
donde se mide, lo mejor es ampliar la señal de salida del transductor. Con
amplificadores electrónicos se pueden obtener fácilmente ganancias de
potencia en una sola etapa, a baja frecuencia.
• Además de la amplificación, hay una gran variedad de recursos, en forma de
circuitos integrados, para acondicionar o modificar las señales eléctricas.
Incluso hay transductores que incorporan físicamente en unmismo
encapsulado parte de estos recursos.
• Existen también numerosos recursos para presentar o registrar información si
se hace electrónicamente, pudiéndose manejar no sólo datos numéricos, sino
también textos, gráficos y diagramas.
Unsensor es un dispositivo que, a partir de la energía del medio donde se mede, da
una señal de salida transducible que es funcion de la variable medida.
17
Sensor y transductor se emplean a veces como sinónimos, pero sensor sugiere un
significado mas extenso: la ampliación de los sentidos para adquirir un conocimiento
de cantidades físicas que, por su naturaleza o tamaño, no pueden ser percibidas
directamente por los sentidos. Transductor, en cambio, sugiere que la señal de
entrada y de la salida no deben ser homogéneas. Para el caso en que lo fueran se
propuso el término modificador, pero no ha encontrado aceptación.
La distinción entre transductor de entrada (señal física/señal eléctrica) y transductor
de salida (señal eléctrica/presentación) está practicamente en desuso. La tendencia
actual, particularmente en robótica, es emplear el término sensor para designar el
transductor de entrada, y el término actuador o accionamiento para designar el
transductor de salida. Los primeros pretenden la obtención de información, mientras
que los segundos buscan la conversión de energía.
En esta obra utilizamos el término sensor para referirnos a los transductores de
entrada. No se tratan los accionamientos o transductores de salida. Aveces, sobre
todo en el caso de la medidade magnitudes mecánicas, puede señalarse la prescencia
de un elemento designado como sensor primario, que convierte la variable de medida
en una señal de medida, siendo el sensor electrónico quien la convierte.
Esquematicamente, un sensor responde la idea de:
Figura 6: Sensor(Ramón Pallás, 2003)
• Características de los Sensores
Exactitud: la exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese
posible. Se entiende por exactitud que el valor verdadero de la
variable se pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o
negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable, el
promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser
cero.
Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede
aplicarse el sensor.
18
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la
variable de entrada es nula. SI el rango de medida no llega a valores
nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto
de referencia para definir el offset.
Sensibilidad: relación entre la variación de la magnitud de salida y la
variación de magnitud de entrada.
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede
apreciarse a la salida.
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o responder de
cuanto varié la magnitud a medir. Depende de la capacidad del
sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como la magnitud
de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden
ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras
como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
Repetitividad: error esperado al repetir varias vece la misma medida.
(Calle, 2013)
• Clasificación de Sensores
Los sensores se pueden clasificar según:
Su principio de funcionamiento.
El tipo de señal de salida.
El rango de valores de salida.
El nivel de integración.
EL tipo de variable de medida.
• Clasificación según el principio de funcionamiento.
Encontramos dos tipos de sensores.
Activos
Pasivos
19
• Sensores Activos: Son aquellos que generan señales representativas de las
magnitudes a medir en forma autónoma, sin requerir de fuente alguna de
alimentación.
• Sensores Pasivos: Son aquellos que generan señales representativas de
magnitudes a medir por intermedio de una fuente auxiliar.
Clasificación según el tipo de señal que generan.
• Sensores Digitales: Los sensores digitales son aquellos que frente a un
estímulo pueden cambiar de estado ya sea de cero a uno o de uno a cero
(hablando en términos de lógica digital) en este caso no existen estados
intermedios y los valores de tensión que se obtienen son únicamente dos, 5V
y 0V (o valores muy próximos).
• Sensores Análogos: Es aquel que, como salida, emite una señal comprendida
por un campo de valores instantáneos que varían en el tiempo, y son
proporcionales a los efectos que están midiendo.
• Sensores Temporales: Son aquellos que entregan una señal variable en el
tiempo la cual puede ser una onda sinusoidal, triangular o cuadrada.(Ortega,
2014)
Según el rango de valores de salida.
• Sensores ON /OFF: también conocidos como sensores si-no, sensores 0-1,
sensores on-off, o sensores binarios son en general dispositivos mecánicos
simples, los más comunes son:
Interruptores Reed que se conectan por la proximidad de un imán.
Interruptor de péndulo, donde un peso cuelga de un hilo conductor
dentro de un anillo metálico y las vibraciones o movimiento del anillo
producen el cierre del circuito.
• Sensores de medida: En estos sensores se obtiene una salida proporcional a
la señal de la entrada.
Según el nivel de integración.
• Sensores discretos: sensor en el que el circuito de acondicionamiento se
realiza mediante componentes electrónicos separados e interconectados entre
sí.
20
• Sensores Integrados: Elemento sensor y circuito acondicionador( al menos
este último) construidos en un único circuito integrado, monolito o híbrido.
• Sensores Inteligentes: Realiza al menos una de las siguientes funciones.
Cálculos numéricos, comunicación en red (no una punto a punto), Auto
calibración y auto diagnóstico, múltiples medidas con identificación del
sensor.
Según el tipo de variable física medida:
• Sensores mecánicos: Son dispositivos que cambian su comportamiento bajo
la acción de una magnitud física que pueden directa o indirecta. Los sensores
mecánicos son utilizados para medir: desplazamiento, posición, tensión,
movimiento, presión, flujo. Mente transmitir una señal que indica cambio.
• Sensores Eléctricos: un sensor es un dispositivo capaza de detectar
magnitudes físicas o químicas, llamadas variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura,
intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento,
presión, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, etc.
• Sensores Magnéticos: Se sirve del efecto Hall para la medición de campos
magnéticos o corrientes o para la determinación de la posición.
• Sensores Térmicos: Se usan para la medición preciosa de la temperatura,
proporcionan una indicación visual o una señal de realimentación mecánica o
eléctrica que puede ser utilizada en un sistema de lazo cerrado para permitir
el control automático de procesos térmicos.
• Sensores termorresistivos: también denominados termorresistencias, son
dispositivos cuya resistencia cambia a medida que lo hace la temperatura. Los
más conocidos son los detectores de temperatura resistivos o RTD (resistence
temperatura detectors), basados en materiales metálicos como el platino y el
níquel, y los termistores, basados en óxidos metálicos semiconductores.
• Sensores termoeléctricos: popularmente conocidos como termocuplas o
termopares, son dispositivos que producen un voltaje proporcional a la
diferencia de temperatura entre el punto de unión de dos alambres metálicos
disímiles (unión fría) este fenómeno se denomina efecto SEEBECK.
• Sensores monolíticos o de silicio: son dispositivos basados en las
propiedades térmicas de las uniones semiconductoras (PN), particularmente
21
la dependencia de la tensión base emisor (VBE) de los transistores bipolares
con la temperatura cuando la corriente de colector es constante. Generalmente
incluyen sus propios circuitos de procesamiento de señales, asi como varias
funciones de interface especiales con el mundo exterior.
• Sensores piroeléctricos: También denominados termómetros de radiación,
son dispositivos que miden indirectamente la temperatura a partir de la
medición de la radiación térmica infrarroja que emiten los cuerpos calientes.
Los termostatos, termorresistencias y sensores de silicio son dispositivos
generalmente invasivos, es decir deben estar en contacto físico con la
sustancia u objeto cuya temperatura se desea medir. (Ortega, 2014)
Red De Sensores Inalámbricas
• Introducción
En los años 90, las redes han revolucionado la forma en la que las personas y
las organizaciones intercambian información y coordinan sus actividades. En
ésta década seremos testigos de otra revolución; una nueva tecnología
permitirá la observación y el control del mundo físico. Los últimos avances
tecnológicos han hecho realidad el desarrollo de unos mecanismos
distribuidos, diminutos, baratos y de bajo consumo, que, además, son capaces
tanto de procesar información localmente como de comunicarse de forma
inalámbrica. La disponibilidad de microsensores y comunicaciones
inalámbricas permitirá desarrollar redes de sensores/actuadores para un
amplio rango de aplicaciones. Esto conllevará un necesario desarrollo de
modelos físicos, los cuales requieren un análisis y monitorización de datos
efectivo y funcional. Un segundo reto a superar es la variabilidad de este
nuevo entorno. Mientras un buen sistema distribuido se desarrolla con la
fiabilidad como elemento básico, estas nuevas aplicaciones presentan un
nivel de aleatoriedad más allá de lo común. Pero la idea dominante radica en
las restricciones impuestas por los sistemas en estado inactivo. Estos sistemas
deben ser de bajo consumo y larga duración; tanto cuando operan como
cuando permanecen a la espera. Además, como en Internet, tenemos sistemas
escalables, sin embargo las técnicas tradicionales no son aplicables
22
directamente, así que debemos desarrollar técnicas alternativas. (Serna
Sanchis, 2007)
• Redes de Sensores
Cada nodo de la red consta de un dispositivo con microcontrolador, sensores y
transmisor/receptor, y forma una red con muchos otros nodos, también llamados
motas o sensores. Por otra parte, un sensor es capaz de procesar una limitada
cantidad de datos. Pero cuando coordinamos la información entre un importante
número de nodos, éstos tienen la habilidad de medir un medio físico dado con
gran detalle. Con todo esto, una red de sensores puede ser descrita como un
grupo de motas que se coordinan para llevar a cabo una aplicación específica. Al
contrario que las redes tradicionales, las redes de sensores llevarán con más
precisión sus tareas dependiendo de lo denso que sea el despliegue y lo
coordinadas que estén. En los últimos años, las redes de sensores han estado
formadas por un pequeño número de nodos que estaban conectados por cable a
una estación central de procesado de datos. Hoy en día, sin embargo, nos
centramos más en redes de sensores distribuidas e inalámbricas. Pero, por qué
distribuidas e inalámbricas: cuando la localización de un fenómeno físico es
desconocida, este modelo permite que los sensores estén mucho más cerca del
evento de lo que estaría un único sensor. Además, en muchos casos, se requieren
muchos sensores para evitar obstáculos físicos que obstruyan o corten la línea de
comunicación. El medio que va a ser monitorizado no tiene una infraestructura,
ni para el suministro energético, ni para la comunicación. Por ello, es necesario
que los nodos funcionen con pequeñas fuentes de energía y que se comuniquen
por medio de canales inalámbricos. Otro requisito para las redes de sensores será
la capacidad de procesamiento distribuido. Esto es necesario porque, siendo la
comunicación el principal consumidor de energía, un sistema distribuido
significará que algunos sensores necesitarán comunicarse a través de largas
distancias, lo que se traducirá en mayor consumo. Por ello, es una buena idea el
procesar localmente la mayor cantidad de energía, para minimizar el número de
bits transmitidos. (Serna Sanchis, 2007)
23
• ¿En qué consiste una red de sensores inalámbrica (WSN)?
Las redes de sensores (WSN - Wireless Sensor Network), se basan en
dispositivos de bajo coste y consumos (nodos) que son capaces de obtener
información de su entorno, procesarla localmente y comunicarla a través de
enlaces inalámbricos hasta un nodo central de coordinación.
La red de sensores inalámbricos está formada por numerosos dispositivos
distribuidos espacialmente, que utilizan sensores para controlar diversas
condiciones en distintos puntos, entre ellas la temperatura, el sonido, la vibración,
la presión y movimiento o los contaminantes. Los sensores pueden ser fijos o
móviles.
Los dispositivos son unidades autónomas que constan de un microcontrolador,
una fuente de energía, un radio transceptor (RF) y un elemento sensor.
Figura 7: Componentes de dispositivo WSN. (Serna Sanchis, 2007)
Debido a las limitaciones de la vida de la batería, los nodos se construyen
teniendo presente la conservación de la energía, y generalmente pasan mucho
tiempo en modo ‘durmiente’ (sleep) de bajo consumo de potencia.
Las WSN tienen capacidad de auto restauración, es decir, si se avería un nodo, la
red encontrará nuevas vías para encaminar los paquetes de datos. De esta forma,
la red sobrevivirá en su conjunto, aunque haya nodos individuales que pierdan
potencia o se destruyan. Las capacidades de autodiagnóstico, autoconfiguración,
auto organización, auto restauración y reparación, son propiedades que se han
desarrollado para este tipo de redes para solventar problemas que no eran
posibles con otras tecnologías.
Las redes de sensores se caracterizan por ser redes desatendidas (sin intervención
humana), con alta probabilidad de fallo (en los nodos, en la topología),
24
habitualmente construidas ad-hoc para resolver un problema muy concreto (es
decir, para ejecutar una única aplicación).(Serna Sanchis, 2007)
2.2.5. Microcontroladores
• Introducción
Los microcontroladores son computadores digitales integrados en un chip que
cuentan con un microprocesador o unidad de procesamiento central (CPU), una
memoria para almacenar el programa, una memoria para almacenar datos y puertos
de entrada salida. A diferencia de los microprocesadores de propósito general, como
los que se usan en los computadores PC, los microcontroladores son unidades
autosuficientes y más económicas. El funcionamiento de los microcontroladores está
determinado por el programa almacenado en su memoria. Este puede escribirse en
distintos leguajes de programación. Además, la mayoría de los microcontroladores
actuales pueden reprogramarse repetidas veces. Por las características mencionadas y
su alta flexibilidad, los microcontroladores son ampliamente utilizados como el
cerebro de una gran variedad de sistemas embebidos que controlan máquinas,
componentes de sistemas complejos, como aplicaciones industriales de
automatización y robótica, domótica, equipos médicos, sistemas aeroespaciales, e
incluso dispositivos de la vida diaria como automóviles, hornos de microondas,
teléfonos y televisores. Frecuentemente se emplea la notación µC o las siglas MCU
(por microcontrollerunit para referirse a los microcontroladores. De ahora en
adelante, los microcontroladores serán referidos en este documento por µC.
• Características de los Microcontroladores
Las principales características de los µC son:
Este circuito integrado programable contiene todos los componentes
de un computador.
Poseen la ventaja de trabajar sin memoria externa.
El microcontrolador es un computador dedicado. En su memoria sólo
reside un programa destinado a gobernar un aplicación de terminada,
una vez programado y configurado el microcontrolador solamente
sirve para gobernar dicha tarea.
25
Es un computador completo, aunque de limitadas prestaciones, que
está contenido en el chip de un circuito integrado y se destina a
gobernar un asola tarea.
El alto nivel de integración reduce notablemente la cantidad de
componentes externos y los costos de desarrollo, mejora el
desempeño del sistema, reduce la interferencia electromagnética,
minimiza el consumo de potencia y agiliza el tiempo de realización.
El número de productos que utilizan uno o varios microcontroladores
aumenta de forma exponencial
Es un computador completo, aunque de limitadas prestaciones, que
está contenido en el chip de un circuito integrado y se dedica a
gobernar una sola tarea.
El alto nivel de integración reduce notablemente la cantidad de
componentes externos y los costos de desarrollo, mejora el
desempeño del sistema, reduce la interferencia electromagnética,
minimiza el consumo de potencia y agiliza el tiempo de realización.
El número de productos que utilizan uno o varios controladores
aumenta de forma exponencial.
• Arquitectura interna del microcontrolador
Procesador.
Memoria no volátil para contener el programa.
Memoria de lectura y escritura para guardar los datos.
Líneas E/S para los controladores de periféricos:
Comunicación paralelo
Comunicación serie.
Diversas puertas de comunicación (USB)
Recursos auxiliares:
Circuito de reloj
Temporizadores
Perro guardián (watchdog)
Conversores A/D y D/A
Comparadores analógicos
Protección ante fallos de la alimentación
26
Estado de reposo o de bajo consumo. (Arias, 2009)
Figura 8: Arquitectura del microcontrolador.(Arias, 2009)
2.2.6. Tecnología zigbee.
Cuando hablamos de ZigBee hablamos de un protocolo de comunicaciones
inalámbricas basado en el estándar 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal
(wireless personal área network, WPAN). Su concepción comenzó en el año de 1998
gracias a la investigación en conjunto de varias empresas entre ellas Motorola,
Ember, Honeywell y Mitsubishi. Dicho consorcio se denominó ZigBee Alliance y su
motivación era solventar la necesidad de un estándar para comunicaciones a baja
velocidad, con un bajo coste de implementación y donde los dispositivos que forman
parte de una red pueden requerir un bajo consumo, llegando a estar funcionando
durante años con un par de pilas.(Salgado, 2011)
Figura 9: Ubicación de Zigbee según su tasa de transmisión y alcance.
(Salgado, 2011)
27
Funcionamiento y principales características ZigBee
Como ya hemos comentado, ZigBee se basa en el estándar de comunicaciones IEEE
802.15.4 que define el hardware y software de las capas física (Phy) y de acceso al
medio (MAC). Cada capa es responsable de una serie de funciones necesarias para la
comunicación, ZigBee añade capas sobre las dos capas anteriores del 802.15.4. Una
capa no sabe nada sobre la capa que está por encima de ella y cada capa que
añadimos añade una serie de funciones sobre la base de las inferiores. Cualquier
dispositivo de un fabricante que soporte este estándar de comunicaciones y pase la
certificación correspondiente, podrá comunicarse con otro dispositivo de otro
fabricante distinto. Un dispositivo ZigBee estaría formado por una radio según el
estándar 802.15.4 conectada a un microcontrolador con la pila (stack) de ZigBee,
donde se implementan las capas por encima de las del 802.15.4. Esta pila está
diseñada para poder ser implementada en microcontroladores de 8 bits. A
continuación presentamos las principales características que esta tecnología presenta:
• Opera en las bandas libres ISM (Industrial, Scientific& Medical) de 2.4
GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (Estados Unidos).
• Utiliza un protocolo asíncrono, halfduplex y estandarizado, permitiendo a
productos de distintos fabricantes trabajar juntos.
• Velocidad de transmisión entre 25-250 kbps (debe emplearse en
aplicaciones que no requieran alta transmisión de datos).
• Rango de cobertura de 10 a 75 metros.
• A pesar de coexistir en la misma frecuencia con otro tipo de redes como
WiFi o Bluetooth su desempeño no se ve afectado, esto debido a su baja
tasa de transmisión y, a características propias del estándar IEEE
802.15.4.
• Se puede decir que ZigBee ocupa el vacío que hay por debajo de
Bluetooth, para comunicaciones de datos que no requieren altas
velocidades.
• Capacidad de operar en redes de gran densidad, esta característica ayuda a
aumentar la confiabilidad de la comunicación, ya que entre más nodos
existan dentro de una red, entonces, mayor número de rutas alternas
existirán para garantizar que un paquete llegue a su destino.
28
• Cada red ZigBee tiene un identificador de red único, lo que permita que
coexistan varias redes en un mismo canal de comunicación sin ningún
problema. Teóricamente pueden existir hasta 16 000 redes diferentes en
un mismo canal y cada red puede estar constituida por hasta 65 000
nodos, obviamente estos límites se ven truncados por algunas
restricciones físicas (memoria disponible, ancho de banda, etc.).
• Es un protocolo fiable, la red se organiza y se repara de forma automática
y se rutean los paquetes de manera dinámica.
• Es un protocolo de comunicación multi-salto, es decir, que se puede
establecer comunicación entre dos nodos aun cuando estos se encuentren
fuera del rango de transmisión, siempre y cuando existan otros nodos
intermedios que los interconecten, de esta manera, se incrementa el área
de cobertura de la red.
• Su topología de malla (MESH) permite a la red auto recuperarse de
problemas en la comunicación aumentando su confiabilidad.
• Se pueden formar redes que contengan desde dos dispositivos hasta
cientos de ellos.
• Es un protocolo seguro ya que se puede implementar encriptación y
autentificación
• Los dispositivos de estas redes pueden funcionar en un modo de bajo
consumo, lo que supone años de duración de sus baterías Como el lector
podrá apreciar, ZigBee y Bluetooth presentan varios rasgos comunes, sin
embargo podemos establecer un cuadro que resume las principales
diferencias:(Salgado, 2011)
Figura10: Zigbee vs Bluetooth (Salgado, 2011)
29
Entrando un poco más en detalle a comparar ambas tecnologías y explicando un poco
el cuadro anterior, podemos resaltar que:
• Cada uno es más apropiado que el otro para ciertas cosas debido a las
distintas velocidades empleadas. Por ejemplo, la velocidad de ZigBee lo
convierte en una tecnología inservible para implementar en aplicaciones de
teléfonos móviles (terreno en el que se usa Bluetooth), sin embargo es
empleado en aplicaciones domóticas, productos dependientes de la batería,
sensores médicos, y en artículos de juguetería, en los cuales la transferencia
de datos es menor.
• ZigBee tiene un menor consumo eléctrico que el de Bluetooth.
Concretamente, ZigBee consume 30 mA transmitiendo y 3 uA en reposo,
frente a los 40 mA transmitiendo y 0,2 mA en reposo que tiene el Bluetooth.
Esta es la gran ventaja de ZigBee frente a Bluetooth, y se consigue gracias a
que el sistema ZigBee se queda la mayor parte del tiempo dormido (cosa que
en Bluetooth sería imposible de implementar).
• Una red ZigBee puede constar de un máximo de 65535 nodos distribuidos en
subredes de 255 nodos, frente a los 8 máximos de una subred Bluetooth.
• Tiene una velocidad de hasta 250 kbps, mientras que en Bluetooth es de hasta
3 Mbps.
BANDAS DE OPERACIÓN ZIGBEE
ZigBee opera en las bandas libres de 2.4Ghz, 858Mhz para Europa y 915Mhz para
Estados Unidos. En la siguiente figura se puede ver el espectro de ocupación en las
bandas del protocolo 802 (incluyendo ZigBee).
Figura 11: Tecnologías en 2.4GHz. (Moreno, 2007)
30
En la banda de 2.4Ghz usa la modulación de espectro expandido DSSS
(DirectSequence Spread Spectrum). A una velocidad de transmisión de 250Kbps y a
una potencia de 1mW cubre aproximadamente unos 13 metros de radio. En la
siguiente figura se muestran las características de radio de las señales.
Figura 12: Características de radio. (Moreno, 2007)
Aplicaciones de Zigbee
Figura 13: Aplicaciones de Zigbee. (Faudot, 2008)
Tipos de dispositivos
Una vez comentadas las características de esta tecnología, podemos pasar a hablar
sobre los dispositivos que esta utiliza.
• Coordinador ZigBee (ZC): Se trata del dispositivo más completo e
importante. Su función es almacenar información sobre la red y actuar como
su centro de confianza en la distribución de claves de cifrado. Puede actuar
31
como director de una red en árbol así como servir de enlace a otras redes.
Debe existir uno por cada red.
• RouterZigBee (ZR): Como su nombre indica actúa como router
interconectando dispositivos separados en la red y limitados debido a su
rango.
• Dispositivo final (ZED): Este dispositivo puede comunicarse con su nodo
padre (el coordinador o un router), pero no puede transmitir información
destinada a otros dispositivos. De esta forma, este tipo de nodo puede estar
dormido la mayor parte del tiempo, aumentando la vida media de sus
baterías. Un ZED tiene requerimientos mínimos de memoria y es por tanto
significativamente más barato.
Figura 14: Red de dispositivos Zigbee. (Salgado, 2011)
Arquitectura Zigbee
ZigBee es una pila de protocolos constituido por diferentes capas independientes una
de la otra. A continuación presentamos una breve descripción de cada una:
• Capas PHY y MAC: La capa de más bajo nivel es la capa física (PHY), que
en conjunto con la capa de acceso al medio (MAC), brindan los servicios de
32
transmisión de datos por el aire, punto a punto. Estas dos capas están
descritas en el estándar IEEE 802.15.4–2003.
• Capa de red (NWK): Esta capa actúa como interfaz entre la capa MAC y la
capa aplicación. Esta capa es la responsable de iniciar la red, unirse a la red,
enrutar paquetes dirigidos a otros nodos en la red, proporcionar los medios
para garantizar la entrega del paquete al destinatario final, filtrar paquetes
recibidos, cifrarlos y autentificarlos. Por lo tanto, esta capa implementa
seguridad y encamina tramas a sus respectivos destinos. Cabe destacar que la
capa de red del controlador de red es la responsable de crear una nueva red y
asignar direcciones a los dispositivos de la misma.
Por último debemos comentar que esta es la capa donde están implementadas las
diferentes topologías de red que soporta Zigbee:
Topología en estrella: el coordinador se sitúa en el centro.
Topología en árbol: el coordinador es la raíz del árbol.
Topología de malla: al menos uno de los nodos tiene más de dos conexiones.
• Capa de soporte a la aplicación: El siguiente nivel se encarga de filtrar
paquetes a nivel de aplicación, mantener la relación de grupos y dispositivos
con los que la aplicación interactúa y simplificar el envío de datos a los
diferentes nodos de la red. Las capas de red y de soporte a la aplicación son
definidas por la ZigBee Alliance.
• Capa de aplicación: Esta la capa de la que se encargan los fabricantes,
donde se encuentran los ZDO (ZigBee Device Objects) que se encargan de
definir el papel del dispositivo en la red. Podemos decir que esta capa es la
aplicación misma.
Cada capa se comunica con sus capas subyacentes a través de una interfaz de datos y
otra de control, las capas superiores solicitan servicios a las capas inferiores, y éstas
reportan sus resultados a las superiores. Además de las capas mencionadas, a la
arquitectura se integran otro par de módulos: módulo de seguridad, que es quien
provee los servicios para cifrar y autentificar los paquetes, y el módulo de
33
administración del dispositivo ZigBee, que es quien se encarga de administrar los
recursos de red del dispositivo local, además de proporcionar a la aplicación
funciones de administración remota de red.
Nodos de red
En una red ZigBee pueden haber hasta 254 nodos, no obstante, según la agrupación
que se haga, se pueden crear hasta 255 conjuntos / clusters de nodos con lo cual se
puede llegar a tener 64770 nodos para lo que existe la posibilidad de utilizar varias
topologías de red: en estrella, en malla o en grupos de árboles, como puede verse a
continuación:
Figura 15: Topologías de red. (Moreno, 2007)
Topologías de red
ZigBee usa las topologías de IEEE 802.15.4 para transferencia de datos y agrega las
topologías de árbol y de malla. Debido al poco alcance de cada nodo, frecuentemente
un paquete debe ser retransmitido varias veces por intermedio de ruteadores. Lo
destacable es que el ruteo en cualquier topología usada se hace en la capa de red y
entonces no es necesaria ninguna programación adicional en la capa de aplicación.
• Topología estrella: Es la más sencilla. Corresponde a la topología estrella de
la IEEE 802.15.4
Características:
Un coordinador con uno o varios nodos hijos.
34
El rango de la red está limitado al rango de transmisión del
coordinador.
La red es fácil de configurar.
El coordinador es el único nodo que rutea paquetes.
Es un caso especial de la topología árbol.
Es un árbol con profundidad máxima 1.
Figura 16: Topología Estrella(Dignani, 2011)
• Topología árbol
Características Entre las más importantes se pueden mencionar:
Los nodos ruteadores pueden tener nodos hijos.
Hay comunicación directa solo a través de la relación padre-hijo.
Ruteo jerárquico con un único camino posible entre 2 nodos.
• Relación padre-hijo
Los ruteadores y dispositivos finales se asocian con nodos presentes en la red. El
nodo hijo es el que recientemente ha entrado en la red. El nodo padre es el nodo
que le ha dado al hijo acceso a la red.
• Propiedades de la relación padre-hijo
Las propiedades más importantes son:
Solo pueden ser padres el nodo coordinador ó los nodos ruteadores.
En cada momento el nodo hijo tiene solo un padre.
Un hijo puede cambiar de padre.
La jerarquía ZigBee puede interpretarse como un árbol en donde el
coordinador es la raíz y los nodos finales son las hojas.
Cuando se configura la red se deben indicar los siguientes parámetros.
Número máximo de hijos directos: Es la máxima cantidad de ramas
que puede tener cada nodo.
35
Máxima profundidad de la red: Es la profundidad del árbol.
Direccionamiento de nodos: Cada nodo que entra a una red recibe una
dirección de 16 bits. Esta dirección se usa en comunicaciones a nivel
red. ZigBee ofrece una alternativa de asignación por defecto de
direcciones a cada elemento que ingresa al árbol. La numeración
depende de la configuración de hijos máximos y profundidad máxima
con que se ha configurado el árbol
Figura 17: Asignación de direcciones por defecto en Topología árbol.
(Dignani, 2011)
En la figura, p representa la profundidad en la que se encuentra ubicado el nodo
dentro del árbol y salto (d) representa el corrimiento que tendrán entre sí los hijos de
un padre. Por ejemplo, el dispositivo X tiene dirección 1, por lo tanto el dispositivo
Y tendrá dirección Direc Y = Direc X + salto (0) = 1 + 7 = 8 Los nodos con salto=0
solo pueden ser terminales.
Es fácil para un nodo Y determinar para dónde retransmitir un mensaje con una
dirección de destino D. Un nodo D es descendiente de Y si se cumple Y < D < Y +
salto (p-1) En la Figura 23 la dirección del dispositivo Y es 8 y está a profundidad
p=1. Si la dirección destino es D=11 entonces 8< 11 < 8+7 Se cumple en este caso
que el destino es un descendiente de Y Si el destino es un hijo la resolución de la
transferencia es trivial. Si el destino no es hijo pero sí descendiente entonces:
Dirección del próximo salto = Y + 1 + int[ (D- (Y+1) )/salto(p) ] * salto(p) En el
ejemplo: Dirección del próximo salto = 8 + 1 + int[(11-(8+1) )/3] * 3 =9 El nodo Y
36
retransmitirá el mensaje hacia el nodo 9. Como se ve, la topología árbol con
asignación de direcciones por defecto simplifica enormemente la lógica de los nodos
ruteadores ya que no necesitan armar tablas para determinar cómo retransmitir un
mensaje.
• Topología malla
Es una extensión de la topología de comunicación entre pares (peer to peer).
Características:
Los nodos ruteadores pueden tener nodos hijos.
Hay comunicación directa entre dos nodos FFD siempre que estén
separados a una distancia menor al rango de transmisión entre ellos.
Los nodos terminales solo pueden intercambiar datos con sus
respectivos nodos padres.
Es posible el ruteo dinámico. El mejor paso es una optimización de
gasto energético, tiempo, seguridad y confiabilidad.
Mecanismos de ruteo
En el algoritmo implementado en la capa de red hay un balance entre costo por
unidad, gasto de batería, complejidad de implementación para lograr una relación
costo desempeño adecuada a la aplicación. Un algoritmo muy utilizado por su
simplicidad y bajo requerimiento de procesamiento es el AODV (Ad hocOn-
Demanddistance Vector). En AODV los nodos mantienen una tabla de ruteo para
los destinos conocidos. En el comienzo esta tabla la integran sus vecinos. Solo se
agrandará la tabla cuando aparezca algún nodo con camino desconocido. En este
caso se envía mensajes de descubrimiento que se propagan entre los nodos hasta
llegar al destino. Desde el destino se inicia el camino inverso hasta llegar al nodo
origen. Todos los nodos actualizarán sus tablas.
37
Figura 18: Topología malla (Dignani, 2011)
2.2.7. Plataforma Arduino mega 2560
El Arduino Mega 2560 es una placa electrónica basada en el Atmega2560 ( ficha
técnica ). Cuenta con 54 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 15 se
pueden utilizar como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UARTs (hardware
puertos serie), un 16 MHz del oscilador de cristal, una conexión USB, un conector de
alimentación, un header ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario
para apoyar el microcontrolador; simplemente conectarlo a un ordenador con un
cable USB o el poder con un adaptador de CA o la batería a CC para empezar. La
Mega es compatible con la mayoría de los escudos diseñados para el
ArduinoDuemilanove o Diecimila.
El Mega 2560 es una actualización de la Arduino Mega , que sustituye.
1.0 Pin out: SDA añadido y pines SCL que están cerca al pin AREF y otros dos
nuevos pasadores colocados cerca del pin de RESET, la instrucción IOREF que
permiten a los escudos para adaptarse a la tensión proporcionada por la junta
directiva. En el futuro, escudos serán compatibles tanto con la placa que utilizan
el AVR, que operan con 5V y con el Arduino Debido que operan con 3.3V. El
segundo es un pin no está conectado, que se reserva para usos futuros.
• Circuito de RESET fuerte.
• ATmega 16U2 sustituir el 8U2.
38
Características de Arduino
Microcontroladores Atmega2560 Tensión De Funcionamiento 5V Voltaje de entrada (recomendado) 7-12V
Voltaje de entrada (límites) 6-20V Digital pines I / O 54 (de las cuales 15 proporcionan salida PWM) Botones de entrada analógica 16 Corriente DC por E / S Pin 40 mA Corriente DC de 3.3V Pin 50 mA
Memoria Flash 256 KB de los cuales 8 KB utilizado por el gestor de arranque
SRAM 8 KB EEPROM 4 KB Velocidad De Reloj 16 MHz
Cuadro 1: Características Arduino. (Arduino, 2015).
• Memoria
El Atmega2560 tiene 256 KB de memoria flash para almacenar código (de
los cuales 8 KB se utiliza para el cargador de arranque), 8 KB de SRAM y 4
KB de EEPROM (que puede ser leído y escrito con la biblioteca EEPROM ).
• Entrada y salida
Cada uno de los 54 pines digitales en el Mega se puede utilizar como una
entrada o salida, utilizando pinMode () ,digitalWrite () , y digitalRead
() funciones. Operan en 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir un
máximo de 40 mA y tiene una resistencia de pull-up (desconectado por
defecto) de 20 a 50 kOhm. Además, algunos pines tienen funciones
especializadas:
Serial: 0 (RX) y 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) y 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) y 16
(TX); Serial 3: 15 (RX) y 14 (TX). Se utiliza para recibir (RX) y transmitir
datos en serie (TX) TTL. Pernos 0 y 1 también están conectados a los pines
correspondientes del ATmega16U2 USB a TTL chip de serie.
Interrupciones externas: 2 (interrumpir 0), 3 (alarma 1), 18 (interrumpe 5),
19 (interrupción 4), 20 (interrumpir 3), y 21 (2) de interrupción Estos pines
pueden configurarse para activar una interrupción en un valor bajo, un flanco
ascendente o descendente, o un cambio en el valor. Ver el attachInterrupt
() función para más detalles.
39
PWM: 2 a 13 y 44 a 46. Proporcionar una salida PWM de 8 bits con
el analogWrite () función.
SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS) Estos pines admite la
comunicación SPI utilizando la biblioteca de SPI . Los pines SPI también se
desglosan en la cabecera ICSP, que es físicamente compatible con el Uno,
Duemilanove y Diecimila.
• LED:13. Hay un LED incorporado conectado al pin digital 13. Cuando el
pasador es de alto valor, el LED está encendido, cuando el pasador es bajo, es
apagado.
El Mega2560 tiene 16 entradas analógicas, cada una de las cuales proporcionan 10
bits de resolución (es decir, 1.024 valores diferentes). Por defecto se miden desde el
suelo a 5 voltios, aunque es posible cambiar el extremo superior de su rango usando
el pin AREF y función analogReference ().
Hay un par de patas de la placa:
AREF. Voltaje de referencia para las entradas analógicas. Se utiliza
con analogReference ().
Restablecer. Traiga esta línea LOW para reiniciar el microcontrolador. Normalmente
se utiliza para añadir un botón de reinicio para escudos que bloquean el uno en el
tablero. (Arduino, 2015)
2.2.8. Software Proteus
Es una herramienta software que permite la simulación de circuitos electrónicos con
microcontroladores. Sus reconocidas prestaciones lo han convertido en el más
popular simulador software para microcontroladores PIC.(Quevedo, 2012).
Proteus es un entorno integrado diseñado para la realización completa de proyectos
de construcción de equipos electrónicos en todas sus etapas: diseño, simulación,
depuración y construcción.
Sin la utilización de la suite Proteus, el proceso para componía de las siguientes
etapas:
40
Figura 19: Etapas de la utilización de la suit proteus. (Hubor, 2011).
El primer paso en nuestro trabajo consiste en el diseño del esquema electrónico con
ISIS.
Isis
Durante la elaboración del mismo, se puede realizar simulaciones avanzadas con las
herramientas ProSPICE (simulación del circuito electrónico) y VSM (simulación de
la lógica del programa cargado en el microprocesador). (Hubor, 2011)
ARES, o Advanced Routing and Editing Software
Es la herramienta de enrutado, ubicación y edición de componentes.
Se utiliza para la fabricación de placas de circuito impreso, permitiendo editar
generalmente, las capas superficial, y de soldadura.
Simulador
Un simulador es un aparato, por lo general informático, que permite la reproducción
de un sistema. Los simuladores reproducen sensaciones que en realidad no están
sucediendo.
Un simulador pretende reproducir tanto las sensaciones físicas, como el
comportamiento de los equipos de la máquina que se pretende simular.
41
Emulador
Un Emulador es un software que permite ejecutar programas o videojuegos en una
plataforma diferente de aquella para la cual fueron escritos originalmente. A
diferencia de un simulador, solo trata de reproducir el comportamiento del programa,
un Emulador trata de modelar de forma precisa el dispositivo de manera que este
funcione como si estuviese siendo usado en un aparato original. (Quevedo, 2012)
Usos de Proteus, Isis y Ares
• Proteus: sirve para realizar o diseñar simulaciones en circuitos electrónicos.
• Isis: Mediante este programa podemos diseñar el circuito que deseemos con
componentes muy variados, desde una simple resistencia hasta algún que otro
procesador o microcontrolador, incluyendo fuentes de alimentación,
generadores de señales y muchas otras prestaciones.
• Ares: Se utiliza para la fabricación de placas de circuito impreso.
2.2.8. Lenguaje de programación Bascom
Medios básicos del compilador Bascom. Bascom es desarrollado y vendido por MCS
ElectronicsBascom viene en tres variantes.
• Bascom-LT para microcontroladores.
• Atmel AT89Cx051 Bascom-8051 de 8051 microcontroladores.
• Bascom-AVR de microcontroladores Atmel AVR
Bascom es una aplicación para PC que le permitirá:
• Escribir programas en Basic
• Traducir estos programas en el PC para código maquina (un formato que el
controlador puede ejecutar AVR).
• Simular el código compilado.
• El uso de programas externos de flash ("programa"), el código compilado en
microcontrolador de un AVR Atmel.
Lo bueno de Bascom es que se puede empezar con una versión libre Bascom, y
descargar el Bascom-AVR Demo zip-file), cuyo único límite es la 4k tamaño del
código generado (esto fue 2k hasta 2005). The obvious choice of AVR
42
microcontroller would then be one of the (2k flash) ATTiny models or the much-
used (but now obsolete) AT90S2313 which will let you get acquainted with Bascom
and AVR microcontrollers. La elección obvia de microcontrolador AVR sería uno de
los flashes (2K) modelos ATTINY o el tan usado (pero ahora obsoleto) AT90S2313
que le permitirá familiarizarse con Bascom y microcontroladores AVR. Bascom
permite crear rápidamente prototipos porque se ha incorporado soporte para casi
todos los microcontroladores AVR características tales como:
• Contadores / temporizadores
• UART
• ADC
• PWM
• I2C
Además de que soporta gran cantidad de periféricos, tales como: Botones LCD de
alfanuméricos LCD Gráficos PS / 2 para teclado Control remoto por infrarrojos Es
sobre todo este apoyo que hace que el uso de Bascom atractivo en términos de
tiempo ahorrado, mientras que el desarrollo de una aplicación.
AVR
AVR es una familia de microcontroladores de 8 bits con una amplia gama de
variantes diferentes en:
• Tamaño del programa de la memoria (flash)
• Tamaño de la memoria EEPROM
• Número de pines I / O
• Número de servicios tales como características de los chips UART y ADC
• Paquete de formularios
El más pequeño es el microcontrolador ATTINY11 con 1k flash y 6 pines I / O. The
largest is the ATMEGA256x with 256k flash, 54 I/O pins and lots of on-chip
features. La más grande es la ATMEGA256x con 256K flash, 54 pines I / O y
muchas de las características del chip. Todos los controladores tienen el AVR RISC
mismo como conjunto de instrucciones, que permite portar bastante fácil de los
programas de Bascom entre los tipos de microcontroladores. Que ejecutar una
instrucción por ciclo de reloj haciéndolas sensiblemente más rápido que el 8 bits
43
comparables 4 ciclos de reloj por cada instrucción de los controladores de Microchip
PIC.
2.2.9. Lenguaje de programación Visual Basic
Antecedentes Históricos.
El lenguaje de programación BASIC (Beginner's Allpurpose Symbolic Instruction
Code ) nació en el año 1964 como una herramienta destinado a principiantes,
buscando una forma sencilla de realizar programas, empleando un lenguaje casi igual
al usado en la vida ordinaria ( en inglés), y con instrucciones muy sencillas y escasas.
Teniendo en cuenta el año de su nacimiento, este lenguaje cubría casi todas las
necesidades para la ejecución de programas. Téngase en cuenta que las máquinas
existentes en aquella época estaban estrenando los transistores como elementos de
conmutación, los ciclos de trabajo llegaban a la impensable cifra de 10.000 por
segundo y la memoria no pasaba de unos pocos k´s en toroides de ferrita. (Luca,
1999)
La evolución del BASIC por los años 70 fue escasa, dado el auge que tomaron en
aquella época lenguajes de alto nivel como el FORTRAN y el COBOL. En 1978 se
definió una norma para unificar los Basics existentes creándose la normativa BASIC
STANDARD
Con la aparición de los primeros ordenadores personales, dedicados comercialmente
al usuario particular, allá por la primera mitad de los ochenta, el BASIC resurgió
como lenguaje de programación pensado para principiantes, y muchos de estos
pequeños ordenadores domésticos lo usaban como único sistema operativo (Sinclair,
Spectrum, Amstrad)
Con la popularización del PC, salieron varias versiones del BASIC que funcionaban
en este tipo de ordenadores (Versiones BASICA, GW-BASIC), pero todas estas
versiones del BASIC no hicieron otra cosa que terminar de rematar este lenguaje.
Los programadores profesionales no llegaron a utilizarlo, habida cuenta de las
desventajas de este lenguaje respecto a otras herramientas (PASCAL, C, CLIPPER).
44
El BASIC con estas versiones para PC llegó incluso a perder crédito entre los
profesionales de la informática.
Tal fue ese abandono por parte de los usuarios, que la aparición del Quick-BASIC de
Microsoft, una versión ya potente del BASIC, que corregía casi todos los defectos de
las versiones pasó prácticamente inadvertida.
Actualmente se comercializa la versión 6.0 de este producto. Desde su salida al
mercado, cada versión supera y mejora la anterior. Dados los buenos resultados a
nivel profesional de este producto, y el apoyo prestado por el fabricante para la
formación de programadores, Visual-Basic se ha convertido en la primera
herramienta de desarrollo de aplicaciones en entorno Windows.
Características Generales de Visual-Basic
Visual-Basic es una herramienta de diseño de aplicaciones para Windows, en la que
estas se desarrollan en una gran parte a partir del diseño de una interface gráfica. En
una aplicación Visual - Basic, el programa está formado por una parte de código
puro, y otras partes asociadas a los objetos que forman la interface gráfica.
Es por tanto un término medio entre la programación tradicional, formada por una
sucesión lineal de código estructurado, y la programación orientada a objetos.
Combina ambas tendencias. Ya que no podemos decir que VB pertenezca por
completo a uno de esos dos tipos de programación, debemos inventar una palabra
que la defina: PROGRAMACION VISUAL.
La creación de un programa bajo Visual Basic lleva los siguientes pasos:
• Creación de un interface de usuario. Este interface será la principal vía de
comunicación hombre máquina, tanto para salida de datos como para entrada.
Será necesario partir de una ventana - Formulario - a la que le iremos añadiendo
los controles necesarios.
• Definición de las propiedades de los controles - Objetos - que hayamos colocado
en ese formulario. Estas propiedades determinarán la forma estática de los
controles, es decir, como son los controles y para qué sirven.
45
• Generación del código asociado a los eventos que ocurran a estos objetos. A la
respuesta a estos eventos (click, doble click, una tecla pulsada, etc.) le llamamos
Procedimiento, y deberá generarse de acuerdo a las necesidades del programa.
• Generación del código del programa. Un programa puede hacerse solamente con
la programación de los distintos procedimientos que acompañan a cada objeto.
Sin embargo, VB ofrece la posibilidad de establecer un código de programa
separado de estos eventos. Este código puede introducirse en unos bloques
llamados Módulos, en otros bloques llamados Funciones, y otros llamados
Procedimientos. Estos Procedimientos no responden a un evento acaecido a un
objeto, sino que responden a un evento producido durante la ejecución del
programa.
No es necesario entender de momento lo anterior. Visual Basic introduce un
concepto nuevo de programación, y es necesario cambiar hasta el argot del
programador. Posiblemente se le habrán acumulado demasiados términos de una sola
vez. Es normal. A poco que siga leyendo verá las cosas más claras cuando se
explique una por una. (Luca, 1999).
2.3. Identificación de Variables
2.3.1. Variables Independientes
• Temperatura
• Voltaje
• Corriente
2.3.2. Variables Dependientes
• Sistema de monitoreo
• Automatización del sistema de control
2.4. Hipótesis
La mayoría de centros y salas con equipos informáticos no cuentan con un sistema de
monitoreo y control para seguridad y protección de problemas comunes como sobre
46
voltaje, exceso de corriente y temperatura que hacen que los equipos informáticos
dejen de responder o fallen.
Esto se podría mejorar con el diseño e implementación de un sistema de monitoreo y
control automatizado para mantener la sala de equipos informáticos en un ambiente
óptimo de funcionamiento sin interrupciones.
Con el diseño e implementación de un sistema de monitoreo continuo y control
automatizado se podrá optimizar el funcionamiento, evitando daños y se eliminaran
las interrupciones en los equipos, reduciendo costos de mantenimiento y reposición
de los mismos.
47
3. MARCO METODOLÓGICO
El proyecto ha sido desarrollado en un prototipo a escala para poder llevar a cabo el
monitoreo y control automatizado de la variación de voltaje, corriente y temperatura
en salas con equipos informáticos.
La investigación se iniciará en el nivel exploratorio porque el investigador se
involucrará y conocerá el problema, tendrá una visión clara y directa; se pasará al
nivel descriptivo para explicar las propiedades, características e inconvenientes
dentro del problema; seguirá con el nivel correlacional porque se relacionan las
variables independientes y dependientes, se concluirá en el nivel explicativo ya que
se detallará la solución al problema.
3.1. Diseño de la Investigación
En el desarrollo de esta investigación se empleó el Método Deductivo, para alcanzar
y cumplir los objetivos planteados.
El método deductivo ayudó a evaluar los aspectos de investigación, esto permitió
analizar, contextualizar, tomar decisiones y sugerir una posible solución al mismo
basándose principalmente en los hechos bibliográficos existentes.
Las técnicas aplicadas en el proyecto son:
• Técnica indirecta de información: Mediante fuentes secundarias,
aprovechando la bibiliografía existente para explorar acerca de la temática
a investigar, tales como: textos, revistas epecializadas, paginas web, etc.
• Observación directa: Hacia el origen del problema y su documentación.
• Auto Observación: Durante el desarrollo respectivo con el método de
implementación por parte del investigador.
El proyecto se ha dividido en actividades que se llevaron a cabo en un periodo de
tiempo determinado para llevarlo a buen término.
Las actividades son:
• Investigación Bibliográfica
En el desarrollo del proyecto se analizaron varias fuentes bibliográficas
relacionadas y similares a la solución del problema planteado.
48
• Análisis del Sistema
Se analizaron las necesidades que requieren los equipos informáticos para su
funcionamiento óptimo sin interrupciones. De esta fase surge un documento
de requisitos, que contiene la especificación completa de lo que debe hacer el
sistema sin entrar en detalles internos.
• Modelo o Diseño del Sistema
Teniendo ya los conocimientos y características de funcionamiento de los
elementos, se inicia con el diseño de todas las partes que conforman el
proyecto. En esta fase es donde se realizan los pasos necesarios para el
cumplimiento de los requerimientos establecidos, así como también se realiza
un análisis necesario para elegir el tipo de herramientas a usar en cada etapa.
• Implementación
Se implementa el diseño del proyecto que se hizo en la anterior actividad.
Esto es, la construcción de cada una de las partes de los circuitos de control
que compone el sistema y establecer la comunicación necesaria para el
correcto funcionamiento del sistema.
• Pruebas
Una vez realizada la fase de implementación de los diferentes componentes
del proyecto, se pasa a unir todas estas y se realiza las pruebas pertinentes
para comprobar que se haya cumplido con los objetivos propuestos desde un
principio.
• Mantenimiento
El sistema de monitoreo y control automatizado tanto en hardware y software
podrá sufrir algunos cambios después de la entrega. Los cambios ocurrirán
debidos a que el sistema deba adaptarse a cambios del entorno externo
(sistema operativo o dispositivos periféricos), o debido a manipulación de los
diferentes dispositivos que interactúan en él prototipo.
3.2. Tipo de investigación
• Investigación Bibliográfica
En el desarrollo de un sistema de monitoreo y control automatizado fue
indispensable, el uso de la investigación bibliográfica, la cual permitió al
49
investigador sustentar la investigación con criterios y conocimientos de
diversos autores en temas relacionados al problema que se pretende
solucionar, además permitió establecer conceptos, recopilar, ampliar
conocimientos y profundizar en la información para construir un marco
teórico fuerte que permita respaldar el proceso investigativo.
• Investigación Experimental
En el desarrollo del sistema se requerirá una manipulación intencional de las
variables independientes de medición como voltaje, corriente y temperatura
ya que son las que afectan directamente a las variables dependientes de
monitoreo y control automatizado que son el factor principal de estudio del
sistema.
3.3. Procedimiento del Proyecto de Investigación
Basados en la problemática del proyecto, se procederá a buscar la mejor opción para
poder plasmar de manera real, lo que en palabras hemos mencionado anteriormente.
En el desarrollo de la propuesta se detalla el procedimiento para instalar y manipular
tanto el hardware, software y las diferentes herramientas a ser utilizadas.
Figura 20: Diseño o Esquema general hardware. Gualsaquí E., 2015.
El esquema general detalla el tipo de dispositivos y elementos que va utilizar el
hardware y las variables de medición que van a ser monitoreadas mediante un
50
computador con una interfaz de usuario desarrollada e implementada en Visual
Basic.
El hardware constará de 3 nodos denominados esclavos que son los transmisores,
encargados de transmitir las señales analógicas receptadas o captadas por los
diferentes sensores dispuestos en cada uno de los nodos y un nodo máster que será el
encargado de recibir los datos de los nodos esclavos, para consecuentemente ser
enviados mediante el puerto serial hacia el computador para el respectivo monitoreo
de las diferentes variables.
Es indispensable conocer y plantear el tipo de arquitectura, topología y comunicación
que requiere la tecnología zigbee usada en el desarrollo del proyecto.
Así como también el uso de herramientas que nos servirán para el diseño
esquemático, construcción, programación y pruebas de los diferentes dispositivos
que componen el sistema de monitoreo y control automatizado como son:
• Proteus Versión 7.10: Software que consta del módulo Isis para el
diseño, simulación y el módulo Ares para la elaboración de rutado o
pistas para la elaboración de la placas de circuito impreso.
• Bascom – AVR: Software compilador en Basic para realizar la
programación de rutinas a ser realizadas por de los diferentes micro
controladores y dispositivos.
• CodeVision: Compilador para dispositivos atmel, en nuestro caso
compilador del AtMega8 para el módulo zigbee.
• Terminal: Software utilizado para pruebas de simulación para el envío y
recepción de datos emitidos por las diferentes variables dispuestos en los
nodos esclavo y máster.
• Plataforma Arduino: Para la instalar el controlador del nodo Máster.
3.3.1. Arquitectura del Hardware
Se ha elegido un tipo de arquitectura centralizada para el desarrollo del sistema ya
que va a tener instalada toda la lógica del sistema en el servidor (nodo máster) que va
a actuar como maestro. El resto de placas serán esclavas, es decir su programa solo
51
va a recolectar datos de las mediciones de variables y establecer la comunicación
entre placas. La siguiente figura muestra esta situación.
Figura 21: Esquema de la arquitectura centralizada. Gualsaquí E., 2015
Una desventaja del sistema es que fallará en caso de que caiga el servidor (máster).
Este efecto se puede evitar añadiendo un servidor de reserva que tendrá una copia de
la funcionalidad del servidor principal y se encargará de preguntar cada cierto tiempo
si está activo, en caso de no recibir respuesta reemplazaría al principal. Además esta
solución aumentaría el coste del sistema.
3.3.2. Topología utilizada por zigbee.
Para el uso de la topología se tomó en cuenta los tipos de nodos existentes de los
cuales se va a utilizar 2 de ellos que son.
• Nodo Coordinador
Ya que se necesita de uno y solo un nodo coordinador dentro de la red y es el
encargado de mantener todo momento el control del sistema.
Siendo un factor muy importante la fuente de alimentación permanente y
segura ya que este dispositivo nunca entrará en modo “dormir”.
• Nodo final
Estos nodos se comunican con el nodo coordinador transmitiendo los datos y
la información receptada por los diferentes sensores.
Una vez establecido el tipo de nodos a ser usados en el desarrollo, se estable la
topología a implementar.
Sala 1
Sala 2
Sala 3
Servidor
Zigbee
Zigbee
Zigbee
Nodos Esclavos
Nodo Máster
52
• Topología tipo estrella
En la topología en estrella, todos los dispositivos en la red sólo pueden comunicarse
con el coordinador. Un caso típico en la formación de la red en estrella es que un
dispositivo programado para ser coordinador se activa y comienza a establecer su
red. Lo primero que hace el coordinador es seleccionar un identificador único el cual
no es utilizado por cualquier otra red dentro del radio de cobertura de ese dispositivo,
en otras palabras, se asegura que el identificador no sea utilizado por cualquier otra
red cercana.
Figura 22: Topología tipo estrella. Gualsaquí E., 2015
3.3.3. Herramienta de Diseño Hardware Proteus 7.10 SP0
Al acceder al programa Proteus nos desplegará la siguiente pantalla.
Figura 23: Panel de Inicio Proteus 7.10 SP0.Gualsaquí E., 2015
Máster
Coordinador
Nodo
Final
Nodo
Final Nodo
Final
53
El entorno de trabajo, es donde se realiza el esquema de hardware a ser construido y
la manera en qué van a ir distribuidos cada uno de los componentes a interactuar
dentro del mismo. Las partes del entorno de trabajo se muestran en la siguiente
imagen.
Figura 24: Entorno de trabajo. Gualsaquí E., 2015.
Una vez dentro del entorno de trabajo procedemos a esquematizar los nodos esclavos
y el máster usando los diferentes dispositivos y elementos constituyentes del
hardware.
Uso del módulo Isis de Proteus 7.10 SP0 para el diseño esquemático.
• Diseño del nodo Máster
Para el diseño del nodo máster empezamos eligiendo los elementos y partes
principales que van a constituir la placa de circuito impreso principal:
Módulo Zigbee receptor o coordinador
Micro controlador ATmega8 donde se almacenan los datos de
medición receptados.
Módulo Bluetooth
Arduino Mega 2560
En el sistema de monitoreo y control diseñado se usará el dispositivo arduino mega
2560 ya que cuenta con 3 puertos seriales que en este caso vamos a utilizar para la
comunicación entre dispositivos como son bluetooth, zigbee y la comunicación con
el computador, cosa que no ocurre con otros dispositivos arduino.
54
Además el nodo máster es quién va a desempeñar un papel muy importante que se
encarga de receptar o coordinarlos datos de medición de las variables transmitidos
por los nodos esclavos de manera independiente vía red inalámbrica, para de la
misma manera ser enviados hacia el computador mediante la comunicación o puerto
serial.
Figura 25: Esquema del dispositivo Arduino mega 2560. Gualsaquí E., 2015.
Esta figura indica que los pines 6, 7, 25, 26 y 83 deben ser conectados a Gnd (tierra),
el pin 5 a Vcc (voltaje 5V), así como en el pin 67, 68 irán conectados al módulo
bluetooth para la recepción y transmisión respectivamente y por último realizamos la
conexión al módulo zigbee mediante los pines 65 y 66 de igual manera que son os
encargados de la recepción y transmisión de información.
Figura 26: Esquema del módulo Zigbee con sus diferentes pines.
Gualsaquí E., 2015.
55
Se realiza una síntesis general de los pines a ser utilizados para el diseño del sistema.
Este módulo consta de Gnd puerto de conexión a tierra
Rx es mediante el cual se recibe la información que sirve de
comunicación con otro módulo Zigbee.
Tx es aquel que transmite la información tomada o registrada por los
dispositivos que interactúan mediante el micro de este módulo.
Vcc es la entrada del voltaje para que funcione el módulo.
Reset es mediante el cual una vez receptar o enviar la información,
vuelve a un estado vacío para leer o transmitir nuevas lecturas de los
diferentes dispositivos.
Los demás pines sirven como entradas y salidas que es donde van
conectados los dispositivos a interactuar mediante el módulo.
Figura 27: Esquema del módulo bluetooth. Gualsaquí E., 2015.
La figura indica los pines que van a ser conectados a la placa arduino mega 2560, es
decir los pines 3, 4 de recepción y transmisión de información respectivamente, así
como su alimentación mediante el pin 4 Vcc y el pin 6 a Gnd (tierra).
Figura 28: Esquema completo del nodo máster con los dispositivos bluetooth y Zigbee. Gualsaquí E., 2015.
56
• Diseño del nodo esclavo
Empezamos eligiendo dentro de las librerías del software los elementos y partes
principales que van a constituir los nodos esclavos, los mismos que son los
encargados de receptar las mediciones de las diferentes variables mediante:
Sensor de temperatura LM 235
Sensor de Voltaje y Corriente LM 317
Módulo Zigbee transmisor o final
Micro controlador ATmega8 donde se almacenan los datos de
medición a ser transmitidos.
Resistencias de 10 k y 1k
Capacitores
Condensadores
Transistores
Borneras para la conexión de dispositivos externos para el control
automatizado.
Potenciómetro para la simulación de variación de voltaje y corriente.
Figura 29: Diagrama módulo Zigbee con sus diferentes pines. Gualsaquí E., 2015.
Se realiza una síntesis general de los pines a ser utilizados para el diseño del sistema.
Este módulo consta de Gnd puerto de conexión a tierra
Rx es mediante el cual se recibe la información que sirve de
comunicación con otro módulo Zigbee.
Tx es aquel que transmite la información tomada o registrada por los
dispositivos que interactúan mediante el micro de este módulo.
Vcc es la entrada del voltaje para que funcione el módulo.
57
Reset es mediante el cual una vez receptar o enviar la información,
vuelve a un estado vacío para leer o transmitir nuevas lecturas de los
diferentes dispositivos.
Los demás pines sirven como entradas y salidas que es donde van
conectados los dispositivos a interactuar mediante el módulo.
Figura 30: Esquema de conexión del ventilador al módulo Zigbee.
Gualsaquí E., 2015.
La figura indica la conexión entre el módulo de ventilación y el módulo Zigbee con
elementos intervinientes para su funcionamiento. Es decir los elementos que se
encuentran a su paso como resistencias (R4) para controlar o regular el paso de
corriente, Transistor (Q1) para incrementar o amplificar el tamaño de la energía y
bornera para salida de conexión al dispositivo externo en este caso ventilador.
Figura 31: Esquema de conexión del sensor de temperatura LM35.
Gualsaquí E., 2015
58
Esta figura nos indica la manera en que se encuentra conectado el sensor de
temperatura LM35 (U3) dentro del nodo esclavo para la adquisición de datos que van
a ser registrados por dicho elemento, además nos da a conocer los dispositivos como
resistencias, resistencias variables ya mencionados, comparador operacional
(U2)capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida en función de cuál es
mayor.
En la figura 32: nos muestra la conexión entre el sensor de temperatura con el
módulo Zigbee.
Figura 32: Esquema de conexión entre el sensor LM35 con el Módulo Zigbee. Gualsaquí E., 2015.
Figura 33: Esquema de alimentación a la fuente de energía del módulo Zigbee. Gualsaquí E., 2015.
La figura indica la entrada de voltaje hacia el módulo zigbee mediante un puente de
diodos (rectificador de señal) el cuál se encarga de convertir la corriente
alterna en corriente continua. Es decir consiste en cuatro diodos comunes, que
convierten una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente
positiva, pasando por el regulador de voltaje (U1) que es quién se encarga de emitir
59
la alimentación adecuada de 5 Voltios al módulo Zigbee para su perfecto
funcionamiento.
Figura 34: Esquema de simulación de UPC mediante una batería.
Gualsaquí E., 2015.
La figura indica que se va a hacer uso de una batería para la simulación de un UPS
ya que se trata de un prototipo, el cual es encargado de regular el sobre voltaje que
puede ocasionar daños, así como también si hay bajo voltaje este actuador
proporcionara la energía pertinente para que los dispositivos sigan funcionando sin
ningún tipo de interrupción. Este dispositivo de igual manera va conectado al módulo
Zigbee, que indica todo lo anteriormente mencionado con la implementación de uso
de leds que simulan que los equipos se encuentran funcionando de la manera
adecuada ya que por el contrario dejarían de responder y automáticamente se
apagarían.
Figura 35: Esquema de conexión entre el módulo UPS, leds y módulo Zigbee. Gualsaquí E., 2015.
60
Continuando con la implementación del diseño podemos observar mediante la figura:
El acoplamiento de todos los dispositivos y demás elementos descritos en los
esquemas anteriores para de esta manera obtener el diagrama completo y terminado
del nodo esclavo.
Figura 36: Esquema completo del nodo esclavo con sus diferentes elementos. Gualsaquí E., 2015.
Uso del módulo Ares de Proteus 7.10 SP0 para el diseño de pistas y
elaboración de circuito impreso PCB.
Las figuras representarán el diseño de las pistas que van a tener las diferentes placas
de circuito impreso a ser elaboradas.
61
• Diseño del PCB del nodo máster.
Figura 37: Diseño PCB del nodo master. Gualsaquí E., 2015.
• Diseño 3d del PCB del nodo máster.
Figura 38: Diseño 3D de la placa máster. Gualsaquí E., 2015
62
• Diseño del PCB de los nodos esclavo.
Figura 39: Diseño de pistas de circuito impreso de los nodos esclavo.
Gualsaquí E., 2015.
• Diseño 3D del PCB de los nodos esclavo.
Figura 40: Diseño 3D del circuito impreso del nodo esclavo vista superior. Gualsaquí E., 2015.
63
Figura 41: Diseño 3D del circuito impreso del nodo esclavo vista inferior.
Gualsaquí E., 2015.
3.3.4. Construcción y ensamblado de las placas de los nodosmáster y
esclavo.
Para la construcción y ensamblado de las diferentes placas de circuito impreso con
los diferentes dispositivos y elementos citados con anterioridad en el diseño de
hardware, procedemos a realizar el respectivo montaje de módulos, es decir
colocando y soldando los dispositivos según donde correspondan o se encuentren
dispuestos mediante el esquema de circuitos impresos.
Figura 42: Montaje de los módulos bluetooth y módulo zigbee en el nodo máter. Gualsaquí E., 2015.
64
Figura 43: Montaje de los dispositivos y elementos necesarios para el nodo esclavo. Gualsaquí E., 2015.
Figura 44: Montaje de los elementos en los nodos esclavo. Gualsaquí E, 2015.
Figura 45: Montaje del módulo Zigbee en los nodos esclavo. Gualsaquí E, 2015.
65
3.3.5. Software o Lenguaje de programación Bascom-AVR para el
hardware.
Programación nodo máster
Este nodo es el encargado de la recepción de la información y datos receptados por
cada uno de los nodos esclavo que intervienen en el funcionamiento del prototipo.
• Módulo Bluetooth
Tipo de microcontrolador y configuración.
Figura 46: Declaración del tipo de micro controlador y configuración.
Gualsaquí E., 2015.
La figura inicia especificando el tipo de micro controlador usado en este caso
ATmega 2560, así como la frecuencia, velocidad de transmisión con la que trabaja
el micro controlador, luego define los puertos seriales por los cuales se va a
establecer la comunicación con el módulo bluetooth, zigbee y el computador.
Código fuente Descripción
Tipo de micro controlador Atmega 2560,
Velocidad de trabajo 16 Mhz, velocidad de
transmisión-recepción medida en baudios y
el espacio de memoria.
Figura47: Cabecera nodo máster bluetooth. Gualsaquí E., 2015
66
Figura 48: Declaración de variables, apertura de puertos seriales. Gualsaquí E., 2015
La figura indica el código fuente donde se declaran las variables S, A de tipo byte
(8bits), una variable Bit tipo String de tamaño 50, para luego pasar a la apertura del
puerto com2, com3, com4 para la transmisión de datos binarios del microcontrolador
hacia el computador o viceversa. La estructura Do – Loop nos dice hacer que S
reciba o envíe un dato por com4 y si el dato recibido es el signo de “<” entonces la
comunicación está establecida y lista para recibir una instrucción, el mismo
procedimiento se realiza con el puerto com3, por último si S no recibe nada no tiene
comunicación así finaliza el ciclo y cierra la comunicación de todos los puertos.
67
Código fuente Descripción
Instrucción Do – Loop: Repite las
instrucciones mientras la condición sea
cierta o hasta que la condición resulte ser
cierta, poniendo al dispositivo en estado
activo.
Cuadro 2: Instrucciones realizadas por el nodo máster. Gualsaquí E., 2015
Código fuente Descripción
Cierra la comunicación entre los pines del
micro controlador y los puertos seriales.
Cuadro 3: Cierre de comunicación no máster. Gualsaquí E., 2015.
• Módulo Zigbee
Tipo de microcontrolador y configuración.
Código fuente Descripción
Se define el tipo de micro controlador
Atmega 8A, Velocidad de trabajo 8Mhz,
velocidad de transmisión - recepción medida
en baudios y el espacio de memoria.
Cuadro 4: Cabecera nodo máster zigbee. Gualsaquí E., 2015.
Declaración de subrutinas
Código fuente Descripción
Declaración de la subrutina de lectura se
encarga de leer los registros del micro
controlador que contienen la información
receptada de las variables medidas por los
nodos esclavo.
68
Una vez leída la información, la subrutina
de escritura se encarga de registrar estos
valores en la memoria para su posterior uso.
Cuadro 5: Subrutinas de lectura y escritura en los registros.
Gualsaquí E., 2015.
Definición de constantes
Código fuente Descripción
Definición de constantes requeridas por el
módulo zigbee para no sufrir interrupciones,
máximo número de retardo en transmisión,
recepción y transmisión de datos.
Cuadro 6: Definición de constantes requeridas por zigbee. Gualsaquí E., 2015.
Definición de comandos
Código fuente Descripción
Comandos para lectura, escritura de
registros, direccionamiento de registros y de
reutilización de comandos requeridos.
Cuadro 7: Definición de comandos para zigbee. Gualsaquí E., 2015
Comando de registro de direcciones
Código fuente Descripción
Constantes usadas para la configuración de
recepción y transmisión que requiere zigbee
para establecer y registrar las diferentes
direcciones donde van a ser almacenados los
valores receptados por los nodos esclavo.
Cuadro 8: Definición de comandos mediante constantes zigbee.
Gualsaquí E., 2015.
69
Configuración de pines de entrada y salida de zigbee
Se configura los pines a ser usados como
entradas y salidas de datos en el
microcontrolador, además se indica los
valores cuando van a ser activados los
dispositivos externos, es decir cuando las
salidas reciben valores de 1 y 0 que indican
el estado activo o apagado, así como el
tiempo que tarda en actualizarse la
información receptada.
Cuadro 9: Configuración de entradas y salidas mediante los pines del módulo zigbee. Gualsaquí E., 2015.
Descripción de la estructura principal del programa
Recibe la información de los registros de los
nodos esclavo mediante el llamado de las
subrutinas descritas anteriormente.
Uso de la sentencia if – else para comparar
la entrada analógica de voltaje e intensidad
de corriente receptada por los sensores y si
se encuentra en un rango de medición
estable no hace nada, por el contrario la
batería UPS se activa.
70
Una vez tomados los valores de temperatura
mediante el sensor se realiza una
comparación mediante una sentencia if –
else, que si alcanza una temperatura
demasiada alta el dispositivo externo
ventilador se activará para estabilizar la
temperatura ambiente en la cual los equipos
funciona de manera adecuada para no sufrir
interrupciones.
De la misma manera anterior una vez
tomados los valores en este caso del voltaje
del tomacorriente mediante el sensor se
realiza una comparación mediante una
sentencia if – else, para receptar el voltaje de
entrada que reciben los equipos y realizar
una comparación, que indica que si existe
demasiado o bajo voltaje entrarían actuar
otros dispositivos externos para su
regulación automáticamente.
Cuadro 10: Estructura principal y su funcionamiento zigbee. Gualsaquí E., 2015.
• Programación nodo esclavo
En esta parte solo se detalla la parte principal del programa que van a
contener los 3 nodos esclavo ya que su cabecera, y declaración de sub rutinas,
constantes, comandos y registros de direccionamientos de cada uno de ellos
es similar al máster con la variación que estos nodos tienen la función de
transmitir información tomada por los diferentes sensores hacia el nodo
máster que es nuestro receptor.
71
Descripción de la estructura principal delos nodos esclavo.
Pone en estado activo al microcontrolador
par su transmisión mediante el llamando a
subrutinas donde se encuentra escritos o
registrados los valores medidos de las
diferentes variables a medir mediante los
sensores dispuestos en cada uno de los
nodos esclavo, también indica el tiempo en
milisegundo que van a permanecer los datos
para la nueva medición y transmisión.
Mediante sentencias de control se hace el
llamado a subrutinas de lectura que
devuelven información receptada por los
sensores y las escribe en memoria para su
posterior transmisión hacia el nodo máster,
quien es el encargado de enviar por puerto
serial toda la información recolectada por
los nodos esclavos para su representación
mediante una interfaz gráfica que va a
implementarse para el monitoreo.
Cuadro 11: Estructura principal del nodo esclavo y su funcionamiento
Gualsaquí E., 2015.
3.3.6. Uso del Software CodeVisión para la compilación y grabación de
microcontroladores de los nodos máster y esclavos.
La compilación y grabación de todo el código con sus respectivas funciones a
desempeñar por cada uno de los nodos hechos en la anterior actividad mediante el
72
software Bascom-AVR, seguirán los mismos pasos tanto para el microcontrolador
Arduino ATmega 2560 como para los Zigbee ATmega8.
• Abrir el programa CodeVisión
Figura 49: Pantalla inicio CodeVisionAVR. Gualsaquí E., 2015.
Figura 50: Área de trabajo CodeVision. Gualsaquí E., 2015.
• Seleccionamos o presionamos click en run the chip programmer, donde
desplegara una nueva ventana.
73
Figura 51: Selección de run the chip programmer. Gualsaquí E., 2015.
• Elegir el chip de Arduino Mega ATmega 2560 a grabar y el archivo Máster,
así quedara listo para su funcionamiento.
Figura 52: Selección del micro controlador. Gualsaquí E., 2015.
3.3.7. Implementación del software HMI ( Interfaz – Hombre – Máquina)
con Visual Basic 6.0
Se lo denomina de esta manera al software para sistemas de monitoreo y control de
supervisión. Las señales de diferentes procesos son conducidas al HMI por medio de
dispositivos como tarjetas de entrada/salida o externas al computador.
Las funciones a cumplir por el HMI son:
• Monitoreo: Es la habilidad de obtener y mostrar datos de planta en tiempo
real. Estos datos se pueden mostrar con números, textos o gráficos que
permitan una lectura más fácil de interpretar.
74
• Alarmas: Es la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentro del
proceso y reportarlos. Las alarmas son reportadas basadas en el límite de
control preestablecido.
Diseño de los forms del sistema de monitoreo
• Creación del Form Principal
Figura 53: Pantalla Principal Domsystem. Gualaquí E.,2015.
• Descripción de los tipos de control usados en el Form Principal
Tipo de Control Especificación
Frame de ingreso al sistema
Domsystem
Es el cuadro que despliega la petición de los datos requeridos
para el ingreso al sistema.
Labels Son cuadro de texto o rótulos de información.
TextBox Son cuadros de texto de formularios que se utilizan para
obtener entradas del usuario o para mostrar texto.
CommandButton Permite al usuario hacer clic en él para ejecutar una acción.
Cuadro 12: Tipos de control del form principal. Gualsaquí E., 2015.
• Programación y especificación de los métodos usados en el form
principal
Tipo de
Control
Código Fuente Especificación
Btn_ingresar
Private Sub Command1_Click(Index
As Integer)
If (txt_usuario = "domsystem" And
Se declara el comando
Command1_Click y se usa la
sentencia if para comprobación si
75
txt_clave = "1234") Then
Form1.Show
Unload Me
Else
MsgBox "Datos in correctos....",
vbCritical
EndIf
End Sub
los datos de ingreso del usuario son
correctos, de ser así ingresa caso
contrario despliega un mensaje que
los datos son incorrectos.
Btn_salir
Private Sub btn_salir_Click(Index As
Integer)
Dim a As Integer
a = MsgBox("¿Desea salir..?",
vbInformation + vbYesNo, Caption)
If a = vbYes Then
End
End If
End Sub
Indica que al hacer click en el
botón despliega un mensaje con la
interrogante ¿Desea salir..?con 2
opciones Yes, No.
El uso de if indica que l dar click
en la opción Yes el programa
finaliza.
Cuadro 13: Explicación de métodos usados en form principal. Gualsaquí E., 2015.
• Creación del form de monitoreo de variables
Figura 54: Pantalla de Monitoreo de variables de medición. Gualsaquí E., 2015.
• Descripción de los tipos de control usados en el monitoreo.
Tipo de Control Especificación
Labels Son cuadro de texto o rótulos de información ubicados en la
76
Ejemplo:
parte superior de los TextBox.
TextBox
Son cuadros de texto de formularios que se utilizan para
obtener entradas del usuario o para mostrar texto.
Shape
Control para identificar estados de forma visual para el usuario.
Button
Permite al usuario hacer clic en él para ejecutar una acción.
Figura 55: Tipos de control del form monitoreo de variables. Gualsaquí E., 2015.
• Programación y especificación de los métodos usados en el form
monitoreo de variables
Código Fuente Especificación
Dim variable As Byte
Declaración de variable global llamada
variable con tipo de dato Byte recibirá
cadena de bits, es decir ceros y unos.
Se declara una función pública llamada
enviar con parámetro de tipo String
encargada de emitir un mensaje de error sí
la comunicación con el puerto serial
usando MSComm1 no se establece, caso
contrario se encuentra listo para
establecer comunicación y ponerse en
espera de recepción de datos.
77
La siguiente función establece la
comunicación mediante el puerto serial
con dispositivos externos, es decir se
encuentra en estado de espera para la
recepción de datos y en caso de no
encontrar la comunicación pertinente con
el dispositivo emite un mensaje de error.
Acción Click que realiza el botón salir,
cuando el usuario pulsa el botón llamado
salir se emite un mensaje con opciones de
si y no, de acuerdo a la respuesta obtenida
por el usuario el programa continuará en
funcionamiento caso contrario terminara
su ejecución.
Subrutina para abrir el puerto, mediante la
sentencia if comprueba si el puerto está
abierto, y se procede a establecer la
comunicación definiendo un puerto de
tipo Comm a ser usado, así como también
se declara la velocidad de transmisión-
recepción de datos de tipo byte, caso
contrario emite un mensaje de alerta al
usuario de puerto no válido. Esto ocurre
cuando no está configurado el puerto de
comunicación correcto.
78
Subrutina Timer1 donde se declara
variables locales de tipo string para
almacenamiento de los datos enviados
desde el dispositivo máster hacia el
computador para posteriormente ser
desplegados en pantalla.
Mediante la sentencia if se realiza una
comparación con los valores obtenidos
del dispositivo máster indicando que si la
variable st1 es igual a B dato de entrada,
tomar el valor receptado.
Este valor se lo compara por el dato
registrado por el sensor de temperatura
del nodo esclavo y se define que si
sobrepasa al valor de 20, el Shape
correspondiente a la temperatura cambiara
de estado de color verde a rojo en motivo
de alerta para el usuario.
Estructura de comparación de los datos
recibidos por el nodo esclavo al nodo
máster y emitidos al computador para su
comparación y posteriormente ser
desplegado en pantalla.
Mediante la sentencia if se realiza una
conversión de los datos recibidos, para
luego realizar una comparación de
acuerdo al voltaje que se va a medir y si
en caso de ser mayor o menor a lo
establecido, emitirá un aviso mediante el
shape correspondiente al voltaje y
cambiará su estado mediante observación
visual de olor verde a rojo, en son de
alerta al usuario.
79
Estructura de control similar al caso
anterior con diferentes datos receptados
por la medición de intensidad de
corriente, realizando una comparación
con el valor fijado para su
funcionamiento, es decir si el valor
recibido es mayor al fijado, emitirá un
aviso mediante el shape correspondiente a
la intensidad de corriente.
Cuadro 14: Programación y especificación form monitoreo de variables.
Gualsaquí E., 2015.
3.4. PRUEBAS
Funcionalidad operativa del Hardware
Para poder efectuar un debido monitoreo a las diferentes salas con equipos
informáticos para su óptimo funcionamiento, se realizó una simulación en el
prototipo con distintas pruebas como:
• Verificamos la temperatura a la cual los equipos trabajan sin interrupciones,
ya que si la temperatura se eleva, los equipos necesitan de ventilación para su
buen desempeño.
• Como estamos trabajando en un prototipo el voltaje suministrado es de 12V
para los equipos, este tipo de variable debería ser constante o tener una
variación mínima, ya que de lo contrario actuaria el sistema de control
regulando y manteniendo estable la variable para de esta manera evitar
posibles cortos y por otro lado si el voltaje fuese demasiado bajo, se activaría
el ups (batería) para salvaguardar los equipos.
• Al igual que la actividad anterior vamos a medir la intensidad de corriente
suministrada por los equipos de cada una de las salas, teniendo en cuenta que
si excede a una medición fijada para nuestras pruebas el sistema actuará, de
tal manera que los equipos se apagarán forzosamente para evitar daños y
pérdidas materiales.
Para tener una idea más precisa de lo mencionado anteriormente se ha realizado
diferentes mediciones dentro del prototipo y se las refleja en el siguiente cuadro:
80
Variables S1 S2 S3 V1 V2 V3 UPS
Temperatura
(°C) 17° 18° 18° 0 0 0 0
Voltaje (V) 7 10 9 0 0 0 1
Corriente (A) 33 22 12 0 0 0 1
Temperatura
(°C) 22° 25° 23° 1 1 1 0
Voltaje (V) 11 15 7 0 0 0 1
Corriente (A) 33 22 12 0 0 0 1
Cuadro 15: Mediciones de prueba Hardware. Gualsaquí E., 2015
Valores Fijados para correcto funcionamiento.
Temperatura: 17° - 21°
Voltaje: 7V – 9V
Corriente: 12 A – 25 A
Estados:
1 prendido, 0 apagado.
Nomenclatura de la tabla
• S1: Sala 1
• S2: Sala 2
• S3: Sala 3
• V1: Ventilador 1
• V2: Ventilador 2
• V3: Ventilador 2
• UPS: Regulador de voltaje y almacenamiento de energía.
Funcionalidad operativa del Software
El sistema realiza un monitoreo de las variables de temperatura, voltaje y corriente.
Para las pruebas pertinentes tomamos como referencia el cuadro de pruebas expuesto
con anterioridad.
81
Variables S1 S2 S3 V1 V2 V3 UPS
Temperatura
(°C) 17° 18° 18° 0 0 0 0
Voltaje (V) 7 10 9 0 0 0 1
Corriente (A) 33 22 12 0 0 0 1
Temperatura
(°C) 22° 25° 23° 1 1 1 0
Voltaje (V) 11 15 7 0 0 0 1
Corriente (A) 38 22 9 0 0 0 1
Figura 56: Software inicializado sin. Gualsaquí E., 2015.
Ejecución de los 3 primeros registros
Figura 57: Prueba 1 en ejecución. Gualsaquí E., 2015.
82
Ejecución de los 3 registros siguientes.
Figura 58: Prueba 2 en ejecución. Gualsaquí E., 2015.
83
4. MARCO ADMINISTRATIVO
4.1. Recursos humanos
RECURSOS HUMANOS CANT INDICADORES COSTOS
1 Técnico metodológico 120,00 1 Técnico tesista (Patricio Gualsaquí) 604,80
TOTAL 724,80
Cuadro 16: Recurso humanos. Gualsaquí E., 2015
4.2. Recursos Materiales
RECURSOS MATERIALES CANT INDICADORES COSTOS
1 Maqueta 50,00 4 Módulo ZIGBEE 28,00 4 Antenas de red inalámbrica 31,00
12 Switch 5,88 12 metros de cable 3,72
3 Ventiladores 6,00 2 baquelita PCB 7,00 1 papel transfer impresión 1,00
25 resistencias, chip, capacitores, condensadores 12,00 5 Borneras 7,50 8 luces leds 14,40 1 Batería 35,00 4 Potenciómetros 4,30 1 fuente de 12 Voltios 8,00 9 Sensores 31,50 5 Atmega8A chip 8,00 1 varios impresiones 150,00 1 varios anillados 20,00 3 Empastado 60,00 1 Copias 20,00 2 meses de internet 58,00 1 varios recargas y teléfono 20,00
TOTAL 581,30
Cuadro 17: Recursos materiales. Gualsaquí E., 2015
84
4.2. Otros recursos
OTROS CANT INDICADORES COSTOS
1 VARIOS VIATICOS 100 1 VARIOS VIAJES 360 1 VARIOS ALIMENTACIÓN 90
TOTAL 550
SUMA A+B+C 1856,10
15% 278,415
TOTAL 2134,52
Cuadro 18: Recursos varios. Gualsaquí E., 2015
85
CONCLUSIONES
El desarrollo de este trabajo consistió en el monitoreo y control automático de
variables como temperatura, voltaje y corriente, esto es controlando la temperatura
por medio de ventiladores y activando diferentes dispositivos para el funcionamiento
óptimo de los equipos, todo esto con el uso de la tecnología Zigbee.
Al término de la realización de este proyecto, hemos determinado las siguientes
conclusiones:
• La automatización de los procesos, es uno de los métodos por los cuales se puede
lograr un considerable nivel de eficiencia y de productividad, en la interacción
con el HMI (Interfaz-Hombre-Máquina). Esto consiste en que el sistema funcione
prácticamente sin la necesidad de un operador, sin descuidar el monitoreo, el cual
indica el comportamiento de las otras variables dentro de las salas y la función
que cumplen los dispositivos de control para mantener los equipos en óptimo
funcionamiento, sin embrago esto reducirá las horas hombre por proceso y por lo
tanto un ahorro económico en este rubro.
• Se utilizó el método deductivo que permitió evaluar los aspectos relevantes de la
investigación, y se la realizo de una manera organizada a través de los principios
teóricos y científicos, lo cual permitió un análisis conciso de cada uno de los
elementos e estudio facilitando la construcción de este proyecto, logrando ser un
producto capaz de cumplir con varias de las necesidades.
• El módulo Zigbee se lo programó con la ayuda de Bascom AVR lenguaje de
programación para cumplir funciones requeridas, las cuales junto con el software
implementado en Visual Basic monitorea la temperatura, corriente y voltaje,
realizando un control automatizado si es que las mediciones no son as indicadas.
• Para comprobar la eficacia del proyecto se realizaron pruebas de desarrollo,
funcionalidad y desempeño, obteniendo resultados satisfactorios que demuestran
la utilidad de este proyecto.
86
• Este proyecto nos permitió poner en práctica los conocimientos adquiridos y a la
vez aumentar nuestros niveles de comprensión en lo referente a automatización.
• El proyecto fue muy enriquecedor en cuanto a la adquisición de conocimientos,
ya que trasegamos en áreas como la informática, redes, telecomunicaciones y
programación de dispositivos hardware; pero aún más ampliamente en la
planeación y desarrollo de proyectos de mayor envergadura.
87
RECOMENDACIONES
Al finalizar con el presente proyecto de monitoreo y control automatizado se sugiere
la siguiente recomendación:
Ya que el proyecto se lo realizó en un prototipo al que le denominamos Domsystem,
se recomienda que de ser posible sea implantado en los diferentes laboratorios de la
Universidad para que los diferentes equipos o máquinas funcionen de manera óptima
sin interrupciones, evitando así daños en los equipos.
88
BIBLIOGRAFÍA
1. ARDUINO. (12 de 01 de 2015). Arduino. Recuperado el 12 de 02 de 2015,
de Arduino: http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560
2. ARIAS, Vladimir Trujillo. (28 de 09 de 2009). Universidad del Cauca.
Recuperado el 2015 de 04 de 27, de ucauca:
ftp://ftp.ucauca.edu.co/Facultades/FIET/DEIC/Materias/Digitales_2/documen
tacion/MICROCONTROLADORES%20DEIC%20CAPITULO%201.pdf
3. CALLE, Saulito. (22 de Octubre de 2013). Vive la vida. Recuperado el 21 de
Abril de 2015, de http://es.slideshare.net/saulcalle1/tipos-de-sensores-
27429965?related=3
4. DIGNANI, Jorge Pablo. (14 de 02 de 2011). Universidad Nacional de la
PLata. Recuperado el 20 de 04 de 2015, de Universidad Nacional de la Plata:
http://postgrado.info.unlp.edu.ar/Carreras/Especializaciones/Redes_y_Seguri
dad/Trabajos_Finales/Dignanni_Jorge_Pablo.pdf
5. FAUDOT, Iván Barneda. (17 de Septiembre de 2008). Universidad
Autonoma de Barcelona. Recuperado el 12 de 04 de 2015, de Universidad
Autonoma de Barcelona:
http://www.recercat.cat/bitstream/handle/2072/13081/PFC%20Ivan%20Barn
eda.pdf?sequence=1
6. FAUDOT, Iván Barneda. (17 de 09 de 2008). Universidad autonoma de
Barcelona. Recuperado el 18 de 04 de 2015, de Universidad autonoma de
Barcelona:
http://www.recercat.cat/bitstream/handle/2072/13081/PFC%20Ivan%20Barn
eda.pdf?s
7. FERNÁNDEZ OREA, Luis Antonio. (2012). Control automático y
monitorización remota de instalaciones eléctricas residenciales mediante
instrumentación virtual con Labview. México: Universidad Veracruzana.
8. HUBOR. (28 de 11 de 2011). Hubor proteus . Recuperado el 14 de 02 de
2015, de Hubor Proteus: http://www.hubor-proteus.es/proteus-pcb/proteus-
pcb/2-proteus.html
9. MORENO, Javier Martín.D. R. (2007). Protocolo ZigBee (IEEE 802.15.4).
España: Universidad de Alicante.
10. LUCA, Javier Martín. (12 de 12 de 1999). platea. Recuperado el 12 de 02 de
2015, de platea: http://platea.pntic.mec.es/jdelucas/cursovisualbasic.htm
89
11. MESSADIÉ, Gerald. (1988). Los grandes inventos de la humanidad. Bordas,
París: Alianza.
12. ORTEGA, Edwin J. (22 de Junio de 2014). Clasificación de Sensores. (U. S.
Cali, Ed.) Recuperado el 22 de Abril de 2015, de
http://es.slideshare.net/hernancardenas9400/clasificacion-de-sensores-
36167798
13. PÉREZ PÉREZ, Virgilio Rosendo. (2010). Contribución al diseño de
sistemas domóticos y de entretenimiento utilizando hardware libre y software
de código abierto. Tijuana, México: Instituto Politécnico Nacional.
14. PÉREZ YUSTE, A., & Salazar Palma, M. (Enero de 2008). IEEE Xplore.
Procedings of the IEEE, 96(1), 186-190.
15. PINZÓN GONZÁLEZ, Andrés David. (2013). Implantación del sistema
domótico en el hogar. Pereira: Universidad Católica de Pereira.
16. QUEVEDO, Celso Javier. (14 de Diciembre de 2012). blogger. Recuperado
el 13 de Febrero de 2015, de Blogger: http://celso18.blogspot.com/
17. QUINTEIRO GONZÁLEZ, José Maria. (1999). Sistemas de control para
viviendas y edificiios (1999 ed.). Paraninfo.
18. QUINTEIRO GONZÁLEZ, José María., &KHOSHAFIAN, Setrag. (1994).
Edificios inteligentes (1994 ed.). Paraninfo.
19. RAMÓN PALLÁS, Areny. (2003). Sensores y acondicionadores de señal
(4ta Edición ed.). Barcelona, España: Marcombo S.A.
20. SALGADO, Ignacio Vidri. (5 de 5 de 2011). Universidad Pontificia
Comillas. Recuperado el 04 de 05 de 2015, de Universidad Pontificia
Comillas:
http://www.dea.icai.upco.es/sadot/Comunicaciones/avanzadas/Zigbee%20y%
20sus%20aplicaciones.pdf
21. SERNA SANCHIS, Jesús. (2007). Redes de sensores inalambricas. Valencia:
Universidad de Valencia.
22. SOARES, Ferdinando. (s.f.). Kentron. Recuperado el 14 de 04 de 2015, de
http://www.kentron.com.ve/novedades/automatizar_todo.htm
23. SUÁREZ BARÓN, Juan Carlos. (2013). Diseño y construcción de un sistema
de monitoreo para invernaderos apoyados con tecnología zigbee. Duitama,
Colombia: Universidad Nacional Abierta y a Distancia.
90
24. UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO. (Diciembre de 2001). Autómatas
Programables. Recuperado el 20 de Abril de 2015, de
http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%
20PRINCIPAL/Automatizacion/Automatizacion.htm
91
TERMINOLOGÍA BÁSICA
MONITOREO: Su origen se encuentra en monitor, un aparato que toma imágenes
de instalaciones filmadoras o sensores y que permite visualizar algo en una pantalla.
El monitor, por lo tanto, ayuda a controlar o supervisar una situación. Esto nos
permite inferir que monitoreo es la acción y efecto de monitorear, el verbo que se
utiliza para nombrar a la supervisión o el control realizado a través de un monitor.
Por extensión, el monitoreo es cualquier acción de este tipo, más allá de la utilización
de un monitor.
CONTROL: La palabra control proviene del término francés controle y significa
comprobación, inspección, fiscalización o intervención. También puede hacer
referencia al dominio, mando y preponderancia, o a la regulación sobre un sistema.
El control, por otra parte, es la oficina, el despacho o la dependencia donde
se controla. Por eso puede hablarse de puesto de control.
SISTEMATIZACIÓN: Se denomina sistematización al proceso por el cual se
pretende ordenar una serie de elementos, pasos, etapas, etc., con el fin de otorgar
jerarquías a los diferentes elementos.
ELECTRICIDAD: La electricidad es una propiedad física manifestada a través de
la atracción o del rechazo que ejercen entre sí las distintas partes de la materia. El
origen de esta propiedad se encuentra en la presencia de componentes con carga
negativa (denominados electrones) y otros con carga positiva (los protones).
La electricidad, por otra parte, es el nombre que recibe una clase de energía que se
basa en dicha propiedad física y que se manifiesta tanto en movimiento (la corriente)
como en estado de reposo (la estática). Como fuente energética, la electricidad puede
usarse para la iluminación o para producir calor, por ejemplo.
VOLTAJE: El voltaje tiene diferentes formas de llamarse como por ejemplo,
diferencia de potencial o tensión, el voltaje vendría q ser la diferencia que hay entre
dos puntos en el potencial eléctrico, el potencial eléctrico es el “trabajo” que se debe
realizar para poder trasladar un sistema de carga positiva desde un lugar a otro.
92
El voltaje no es un valor absoluto, este se mide en voltios.
La forma de calcular el voltaje se puede hacer con la Ley de Ohm:
V = R . I
V = Voltios.
R = Resistencia.
I = Intensidad
TEMPERATURA: La temperatura está relacionada con la energía interior de los
sistemas termodinámicos, de acuerdo al movimiento de sus partículas, y cuantifica la
actividad de las moléculas de la materia: a mayor energía sensible, más temperatura.
El estado, la solubilidad de la materia y el volumen, entre otras cuestiones, dependen
de la temperatura. En el caso del agua a presión atmosférica normal, si se encuentra a
una temperatura inferior a los 0ºC, se mostrará en estado sólido (congelada); si
aparece a una temperatura de entre 1ºC y 99ºC, se encontrará en estado líquido; si la
temperatura es de 100ºC o superior, por último, el agua presentará un
estado gaseoso (vapor).
CORRIENTE: Corriente es un adjetivo que permite nombrar a aquel o aquello que
corre. El término puede aplicarse al paso del tiempo para nombrar al momento actual
o al que va transcurriendo. Por ejemplo: “El gobierno prometió una solución
definitiva en el transcurso del corriente mes”, “El corriente año refleja un mejor
desempeño financiero de la compañía”.
Otra aceptación de corriente está vinculado a lo que está en uso en la
actualidad o que lo estaba en el momento de que se habla: “Por aquellos tiempos, la
vestimenta corriente incluía un sombrero en el caso de los hombres”, “La normativa
corriente prohíbe bañarse en este río ante sus elevados niveles de
contaminación”, “La moneda corriente en el territorio
ZIGBEE: es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto
nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radiodifusión digital de
93
bajo consumo, basada en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área
personal (wireless personal areanetwork, WPAN). Su objetivo son las aplicaciones
que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y
maximización de la vida útil de sus baterías
VISUAL BASIC: Es un lenguaje de programación dirigido por eventos,
desarrollado por Alan Cooper para Microsoft. Este lenguaje de programación es un
dialecto de BASIC, con importantes agregados. Su primera versión fue presentada
en 1991, con la intención de simplificar la programación utilizando un ambiente de
desarrollo que facilitó en cierta medida la programación misma.
La última versión fue la 6, liberada en 1998, para la que Microsoft extendió el
soporte hasta marzo de 2008.
En 2001 Microsoft propuso abandonar el desarrollo basado en la API Win32 y pasar
a un framework o marco común de librerías, independiente de la versión del sistema
operativo, .NET Framework, a través de Visual Basic .NET (y otros lenguajes
como C Sharp (C#) de fácil transición de código entre ellos); fue el sucesor de Visual
Basic 6.
Aunque Visual Basic es de propósito general, también provee facilidades para el
desarrollo de aplicaciones de bases de datos usando Data Access Objects, Remote
Data Objects o ActiveX Data Objects.
Visual Basic contiene un entorno de desarrollo integrado o IDE que integra editor de
textos para edición del código fuente, un depurador, un compilador (y enlazador) y
un editor de interfaces gráficas o GUI.
ARDUINO: es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con
un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la
electrónica en proyectos multidisciplinares.
El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos
de entrada/salida.
Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280,
y Atmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples
diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que
94
implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de
arranque que es ejecutado en la placa.
PROTEUS: Proteus es una compilación de programas de diseño y
simulación electrónica, desarrollado por Labcenter Electronics que consta de los dos
programas principales: Ares e Isis, y los módulos VSM y Electra.
TOPOLOGIA: La topología es la rama de las matemáticas dedicada al estudio de
aquellas propiedades de los cuerpos geométricos que permanecen inalteradas por
transformaciones continuas. Es una disciplina que estudia las propiedades de
los espacios topológicos y las funciones continuas. La topología se interesa por
conceptos como proximidad, número de agujeros, el tipo de consistencia (o textura)
que presenta un objeto, comparar objetos y clasificar múltiples atributos donde
destacan conectividad, compacidad, metricidad o metrizabilidad, entre otros.
Los matemáticos usan la palabra topología con dos sentidos: informalmente es el
sentido arriba especificado, y de manera formal es la referencia a una cierta familia
de subconjuntos de un conjunto dado, familia que cumple unas reglas sobre la unión
y la intersección este segundo sentido puede verse desarrollado en el artículo espacio
topológico.
AMPERIOS: Es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de las
unidades básicas en el Sistema Internacional de Unidades y fue nombrado en honor
al matemático y físico francés André-Marie Ampère. El amperio es la intensidad de
una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos,
de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un
metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-
newton por metro de longitud.
MILI VOLTIOS: El voltio, o volt, por símbolo V, es la unidad derivada del Sistema
Internacional para el potencial eléctrico, la fuerza electromotriz y la tensión eléctrica.
Recibe su nombre en honor a Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila
voltaica, la primera batería química
MICROCONTROLADOR: Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es
un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su
memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una
95
tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales
unidades funcionales de una computadora: unidad central de
procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.
Algunos microcontroladores pueden utilizar palabras de cuatro bits y funcionan a
velocidad de reloj con frecuencias tan bajas como 4 kHz, con un consumo de baja
potencia (mW o micro vatios). Por lo general, tendrá la capacidad de mantenerse a la
espera de un evento como pulsar un botón o de otra interrupción; así, el consumo de
energía durante el estado de reposo (reloj de la CPU y los periféricos de la mayoría)
puede ser sólo de nano vatios, lo que hace que muchos de ellos sean muy adecuados
para aplicaciones con batería de larga duración. Otros microcontroladores pueden
servir para roles de rendimiento crítico, donde sea necesario actuar más como
un procesador digital de señal (DSP), con velocidades de reloj y consumo de energía
más altos
REDES: Una de las tecnologías más prometedoras y discutidas en esta década es la
de poder comunicar computadoras mediante tecnología inalámbrica. La conexión de
computadoras mediante Ondas de Radio o Luz Infrarroja, actualmente está siendo
ampliamente investigada. Las Redes Inalámbricas facilitan la operación en lugares
donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar, como en almacenes o
en oficinas que se encuentren en varios pisos.
También es útil para hacer posibles sistemas basados en plumas. Pero la realidad es
que esta tecnología está todavía en pañales y se deben de resolver varios obstáculos
técnicos y de regulación antes de que las redes inalámbricas sean utilizadas de una
manera general en los sistemas de cómputo de la actualidad.
SENSOR: Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o
químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables
eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura,
intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión,
fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser
una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en
un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente
eléctrica (como en un fototransistor), etc.
96
ANEXOS
Anexo A
Instalación Software Bascom – AVR
• Paso1: Descomprimir el archivo
Figura 59: extraer archivo Comprimido Bascom–avr. Gualsaquí E., 2015
• Paso 2: Abrir la carpeta Bascom - avr y ejecutar el archivo.exe
Figura 60: Instalador Setupdemo. Gualsaquí E., 2015
• Paso 3:
Click en el botón Next para continuar la instalación
Figura 61: Click en next.Gualsaquí E., 2015
97
• Paso 4: Aparecerá la ventana de información de la licencia,marcar la casilla
de aceptación y digitar next.
Figura 62: Aceptar la licencia y next. Gualsaquí E., 2015
Paso 4: Aparecerá la ventana de información de la licencia.
Leer las instrucciones, selecciones 'I accepttheagreement' y presione el botón next.
La ventana siguiente se mostrará información adicional y presionamos el botón next.
Figura 63: Lea la información adicional y presionar next. Gualsaquí E., 2015
98
• Paso 5: Nos aparecerá la siguiente pantalla, en donde seleccionamos la dirección
y dónde se va a instalar BASCOM. Pulsar next.
Figura 64: Selección de directorio de instalación. Gualsaquí E., 2015
• Paso 6: En la siguiente ventana pulsar next.
Figura 65: Continuar instalación pulsando next. Gualsaquí E., 2015
• Paso 7: Cuando la instalación está lista usted verá la última pantalla.
99
Figura 66: Pantalla de finalizar instalación. Gualsaquí E., 2015
• Paso 8: La carpeta del programa BASCOM se crea:
Figura 67: Creación de carpeta de bascom en el Pc. Gualsaquí E., 2015
Usted podrá ver los archivos "Raed me" y archivos de la Licencia y usted puede
empezar el uso de BASCOMAVR.
100
Anexo B
Instalación Software Proteus 7.10_SP0
• Paso1: Descomprimir el archivo
Figura 68: Extraer archivo comprimido Proteus7.10_SP0. Gualsaquí E., 2015
Figura 69: Porcentaje de extracción del archivo Proteus7.10_SP0.
Gualsaquí E., 2015
• Paso 2: Abrir la carpeta Proteus7.10_SP0 y ejecutar el archivo
proteus7.10_Sp0.exe
Figura 70: Ejecución de Proteus7.10_SP0.exe. Gualsaquí E., 2015
Despliega la siguiente pantalla y poner click en Accept.
101
Figura 71: Aceptar permisos. Gualsaquí E., 2015
• Paso 3: Luego de aceptar los permisos necesarios, aparecerá la siguiente
ventana inicial, en donde se dará click en el botón NEXT.
Figura 72: Click en el botón next en la pantalla. Gualsaquí E., 2015
• Paso 4: Seguidamente aparecerá la siguiente ventana en donde se deberán
aceptar los acuerdos de licencia, dando click en el botón Yes.
Figura 73: Aceptar términos y condiciones con el botón Yes. Gualsaquí E., 2015
• Paso 5: Se procede a instalar la clave de licencia, escogiendo la opción “Use
a locallyinstalledLicense Key” como se muestra en la siguiente imagen.
102
Figura 74: Instalación clave de licencia. Gualsaquí E., 2015
• Paso 6: A continuación aparecerá en la ventana un mensaje en donde se
muestra la información licencia no instalada pulsamos next.
Figura 75: Información del estado de licencia. Gualsaquí E, 2015.
• Paso 7: Click en la opción “BrowseFor Key File”.
Figura76: Click opción “Browse For Key File”. Gualsaquí E., 2015
• Paso 8: Después se debe seleccionar el archivo de la licencia en la carpeta
donde se encuentra el instalador como se muestra a continuación.
103
Figura 77: Archivo de licencia Grassington. Gualsaquí E., 2015
• Paso 9: Con el archivo de licencia abierto dar click en la opción “Install”.
Figura 78: ClickInstall licencia. Gualsaquí E., 2015
• Paso 10: Realizado el paso 9 pulsamos la opción Sí en la pantalla desplegada.
Figura 79: Selección de la opción Sí. Gualsaquí E., 2015
• Paso 11: Cerrar la ventana haciendo click en “Close” para finalizar con la
instalación de la licencia del programa.
104
Figura 80: Cerrar ventana pulsando close. Gualsaquí E., 2015
• Paso 12: Posteriormente de instalar la licencia, continuar la instalación de la
siguiente forma pulsando next.
Figura 81: Click en next para continuar. Gualsaquí E., 2015
• Paso 13: Se selecciona la opción “Converter Files” para permitir la
conversión de los archivos de una versión nueva a una versión anterior o
viceversa de PROTEUS, y obtener un acceso a los archivos desde cualquier
versión.
Figura 82: Marcar Converter files y clicknext. Gualsaquí E., 2015
105
• Paso 14: Se despliega una nueva ventana para continuar dando click en la
opción next dejando que proteus se instale en la carpeta por defecto.
Figura 83: Click en next para instalación en la carpeta por defecto. Gualsaquí E., 2015
• Paso 15: Esperamos un momento el proceso de instalación.
Figura 84: Espera del proceso de instalación. Gualsaquí E., 2015
• Paso 16: Como paso final se da click en el botón Finish para terminar la
instalación, quedando instalado el programa en el computador.
Figura 85: Finalización de la instalación. Gualsaquí E., 2015
106
• Paso 17: Antes de utilizar Proteus, de la carpeta Crack ejecutamos LXK
Proteus 7.10 SP0 ENG v1.0.1.exe como administrador.
Figura 86: Selección de LXK Proeus 7.10 SP0. Gualsaquí E., 2015
• Paso 18: En el botón Browse seleccionamos la carpeta en donde se instaló
Proteus, normalmente se instala en “C:/ ProgramFiles(x86) /
LabcenterElectronics / Proteus 7 Professional”.
Luego presionamos en Update y esperamos a que nos salga un
mensaje donde le damos " aceptar". Luego cerramos esa ventana.
Figura 87: Selección de la carpeta de instalación. Gualsaquí E., 2015
• Paso 19:Finalmente ya podremos utilizar Proteus 7.10 SP0
Figura 88: Despliega ventana de Registro.Gualsaquí E., 2015
107
Anexo C
Manual de instalación de la aplicación de monitoreo
• Paso 1
Abrir la carpeta raíz que contienen los diferentes archivos para su instalación.
Figura 89: Carpeta principal. Gualsaquí E., 2015
• Paso 2
Ubicar y abrir la carpeta llamada paquete que contiene el archivo .exe
Figura 90: Ubicación del archivo Paquete. Gualsaquí E., 2015
• Paso 3
Una vez dentro de la carpeta Paquete elegimos el archivo setup.exe
Figura 91: Elegir archivo setup.exe para instalación. Gualsaquí E., 2015
108
• Paso 4
Ejecutar el archivo setup.exe de instalación, la misma que desplegara una
ventana donde nos pregunta sí deseamos instalar y realizar cambios en el
equipo, pulsando la opción de sí para continuar con la instalación.
• Paso 5
El programa comienza su ejecución desplegando la siguiente pantalla.
Figura 92: Instalación de Domsystem V1.1. Gualsaquí E., 2015
Eligiendo la opción Aceptar para continuar con la instalación.
• Paso 6
Luego, despliega una nueva ventana donde se elige la ubicación o directorio
donde se alojará en programa.
Figura 93: Elegir ubicación de instalación. Gualsaquí E., 2015
Sí desea usar la opción predefinida continuamos la instalación presionando el
botón.
109
• Paso 7
En la ventana desplegada pulsamos continuar.
Figura 94: Elegir grupo de programas. Galsaquí E., 2015
• Paso 8
Esperamos unos instantes para que el programa se instale, seguido de ello
muestra una nueva ventana con un mensaje que la instalación a finalizado
correctamente pulsamos aceptar para finalizar la instalación.
Figura 95: Finalizar instalación. Gualsaquí E., 2015
110
Anexo D
Instalación del controlador Arduino PL2303
Este controlador sirve para reconocer el puerto serial por el cual se va a comunicar
con la Pc para el funcionamiento del prototipo DOMSYSTEM.
• Paso 1
Abrir la carpeta PL2303
• Paso 2
Dentro de los archivos siguientes:
Ubicar el siguiente archivo y ejecutar:
• Paso 3
En la siguiente ventana pulsar el botón next, para continuar con la instalación.
111
• Paso 4
La ventana indica el proceso de instalación antes de finalizar.
• Paso 5
Finalizar la instalación pulsando el botón finish.
El controlador queda listo para ser utilizado.
112
Anexo E
Manual de usuario
• Paso 1
Una vez instalado el programa Domsystem v1.1 ejecutarlo.
• Paso 2
Este despliega la pantalla de ingreso principal al sistema, con los campos de
usuario y clave.
• Paso 3
En el cuadro de ingreso a Domsytem digitar.
Usuario: domsystem
Clave: 1234
Si los datos no coinciden o no son correctos, desplegará el siguiente mensaje
de error de datos inválidos.
113
• Paso 4
Repetir el proceso anterior corrigiendo los datos y pulsando el botón ingresar,
para acceder a la pantalla de monitoreo de variables.
• Paso 5
Si desea salir del programa pulsar el botón SALIR para finalizar la sesión.
• Paso 6
Si el registro de entrada es correcto empezaremos a interactuar con el sistema.
Mediante la siguiente pantalla.
Que muestra las diferentes medidas de las variables de temperatura, voltaje y
corriente receptadas por los sensores.
Mediante este monitoreo podremos ver el comportamiento de cada una de
ellas, así como también la intervención de ciertos dispositivos que emiten
señales a ser receptadas y visualizadas mediante el software.
• Paso 7
El usuario podrá monitorear lo que sucede dentro de cada una de las salas.
Todo lo anteriormente mencionado es usado con el fin de realizar un control
automatizado y resguardar los equipos informáticos, así como cambiar el
trabajo manual por parte de personal.
• Paso 8
Si elegimos el botón salir, finaliza el programa y su respectivo monitoreo.
114
Anexo F
Configuración del puerto serial
• Paso 1
En el panel de control seleccionar hacer click en la opción administrar.
• Paso 2
Al desplegar la pantalla de administración de equipos.
• Paso 3
Seleccionar o pulsar la opción de administrador de dispositivos.
115
• Paso 4
Seleccionar de la lista la opción Puertos (COM y LPT).
• Paso 5
Click derecho en Arduino Mega 2560 (COM20) y elegir la opción de
propiedades.
• Paso 6
Desplegará la ventana siguiente.
Donde elegiremos la pestaña configuración de puerto y click en Opciones
avanzadas.
• Paso 7
En la pantalla desplegada seleccionaremos el número de puerto que se va a
utilizar.
116
• Paso 8
Ejecutar el botón aceptar en las pantallas a desplegarse y finalizará la
configuración.
