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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA INFORMÁTICA.
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO (DOMSYSTEM) DE
SEGURIDAD Y CONTROL PARA MANTENER EL RESGUARDO DE BIENES
Y EL CONFORT MEDIANTE UNA RED DE SENSORES UTILIZANDO
COMUNICACIÓN WIRELESS BLUETOOTH”
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO INFORMÁTICO.
AUTOR:
GUALSAQUÍ VALENCIA EDGAR ANÍBAL
TUTOR:
ING. RENÉ ALFONSO CARRILLO FLORES
QUITO – ECUADOR
2015
ii
DEDICATORIA
A MIS ABUELOS, más que abuelos mis segundos padres, el pilar fundamental de
toda esta formación académica, porque con sus oraciones diarias y su bendición era
más que suficiente para poder seguir luchando.
A MI PADRE Y MADRE, que creyeron en mí siempre, me apoyaron para seguir mi
carrera universitaria, conseguir el objetivo trazado y convertirme en un profesional y un
orgullo para ellos.
A MI FAMILIA, en la que están incluidos principalmente mis tías y tíos, mis
primos, mi hermana, porque cuando parecía todo estar acabado me supieron dar un
consejo y fuerzas para salir adelante y victorioso ante las adversidades de la vida, a
todos ellos dedico este triunfo porque siempre estuvieron pendientes de mí.
A MI NOVIA, mi compañera fiel, mi confidente por toda la ayuda desinteresada que me
has brindado, has estado presente en diferentes momentos buenos o malos, siempre
compartiendo conmigo. No fue fácil culminar este proyecto, sin embargo cuando te
conté que se me hacía difícil terminar mi tesis siempre fuiste muy motivadora, y
esperanzadora. Me decías que lo lograría perfectamente. Muchas gracias amor.
iii
AGRADECIMIENTO
A DIOS, por sobre todas las cosas porque siempre que le pedí ayuda me la dio,
porque cuando busque el camino me dio la guía para seguir adelante dándome fe,
esperanza y sabiduría para culminar con éxito el esfuerzo de todos estos años de
estudio.
A MI TUTOR, Ing. René Carrillo por que más que un profesor ha sido un amigo,
gracias por darnos la mano y confiar en que el desarrollo de este proyecto de tesis se
haga realidad.
A MIS REVISORES, Ing. Iván Naula, Ing. Guillermo Abuja, personas de gran
sabiduría por ayudarme a llegar al punto en el que me encuentro, por la confianza y
sinceridad que me transmitieron para lograr este objetivo tan importante, la culminación
de mi tesis.
iv
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
v
APROBACIÓN DE REVISORES
vi
APROBACIÓN DE REVISORES
vii
APROBACIÓN DEL TUTOR
viii
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR
ix
RESULTADO TRABAJO DE GRADUACIÓN
x
CONTENIDO
DEDICATORIA .......................................................................................................... ii
AGRADECIMIENTO ................................................................................................ iii
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL .......................................... iv
APROBACIÓN DE REVISORES ............................................................................... v
APROBACIÓN DE REVISORES .............................................................................. vi
APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................... vii
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ............................................................................. viii
RESULTADO TRABAJO DE GRADUACIÓN ........................................................ ix
CONTENIDO .............................................................................................................. x
LISTA DE CUADROS ............................................................................................. xiii
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... xiv
RESUMEN ................................................................................................................ xvi
ABSTRACT ............................................................................................................. xvii
CERTIFICADO DE TRADUCCIÓN ..................................................................... xviii
TITULO DEL TRADUCTOR .................................................................................. xix
INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 2
1. PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................ 2
1.1. Planteamiento del Problema ...................................................................... 2
1.2. Formulación del Problema ......................................................................... 3
1.3. Interrogantes de la Investigación ............................................................... 3
1.4. Objetivos de la Investigación ..................................................................... 3
1.4.1. Objetivo General ................................................................................ 4
1.4.2. Objetivos Específicos ......................................................................... 4
1.5. Justificación ............................................................................................... 4
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 6
xi
2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ....................................................................... 6
2.1. Antecedentes .............................................................................................. 6
2.2. Fundamentación Teórica............................................................................ 8
2.2.1. Conceptos utilizados ........................................................................... 8
2.2.2. Evolución histórica de la domótica .................................................. 10
2.2.3. Gestión de los Sistemas Inteligentes (Domótica) ............................. 13
2.2.4. Razones para el desarrollo de la domótica ....................................... 14
2.2.5. Arquitectura de Redes ...................................................................... 16
2.2.6. Transmision sin cable ....................................................................... 19
2.2.7. Protocolos de Comunicacion ............................................................ 23
2.2.6.1. Protocolos Estándar ...................................................................... 23
2.2.6.2. Protocolos propietarios ................................................................. 24
2.2.8. Hardware .......................................................................................... 24
2.2.8.1. Arduino ....................................................................................... 24
2.2.8.2. Dispositivos acoplables a Arduino ............................................. 35
2.2.8.3. Sensores ...................................................................................... 35
2.2.8.4. Actuadores .................................................................................. 38
2.2.7.4 1. Clasificación de los actuadores: ................................................. 39
2.2.7.4.2. Actuadores utilizados en los sistemas inteligentes..................... 40
2.2.8.5. Microcontroladores .................................................................... 42
2.2.8.6. Software ...................................................................................... 43
2.3. Identificación de Variables ...................................................................... 46
2.4. Hipótesis .................................................................................................. 46
CAPÍTULO 3 ............................................................................................................. 47
3. METODOLOGÍA .......................................................................................... 47
3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 48
3.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN ........................................................................... 49
3.3 PROCEDIMIENTO DEL PROYECTO .......................................................... 49
3.3.1 Fase 1 (Planificación e Investigación) ................................................. 49
xii
3.3.2 Fase 2 (Diseño y Desarrollo)................................................................ 54
3.3.2.1 Herramientas del Diseño ................................................................ 55
3.3.2.2 Desarrollo de los Módulos Hardware ........................................... 56
3.3.2.3 Diseño de Hardware Módulo Máster ............................................ 58
3.3.2.4 Diseño de Hardware Módulo Esclavo............................................ 62
3.3.2.5 Diseño del Software de Comunicación Placa Máster .................... 68
3.3.2.6 Diseño Lógico para el Arduino 2560 y Bluetooth HC-05 de la Placa
Esclavo ....................................................................................................... 70
3.3.2.7 Diseño de la Interfaz en Visual Basic 6.0 ...................................... 74
3.3.2.8 Diseño del sistema de control para Android ................................. 81
3.3.3 Implementación ..................................................................................... 85
3.3.4 Despliegue ............................................................................................. 89
CAPITULO 4 ............................................................................................................ 91
4. CONCLUSIONES ......................................................................................... 91
GLOSARIO DE TÉRMINOS .................................................................................... 93
ANEXOS ................................................................................................................... 95
Anexos A ................................................................................................................ 95
Presupuesto ......................................................................................................... 95
Anexos B ................................................................................................................ 99
Instalación de programas utilizados para la Implementación del Sistema. ........ 99
BASCOMAVR .............................................................................................. 99
TERMINAL V1.9b ...................................................................................... 105
CODEVISIÓN ............................................................................................. 106
PROTEUS 7.10 ............................................................................................ 109
VISUAL BASIC 6.0 .................................................................................... 117
APP INVENTOR ......................................................................................... 122
Anexos C .............................................................................................................. 125
Collage proceso de elaboración del prototipo DomSystem. ........................ 125
Manual de instalación Controlador Arduino ................................................ 128
xiii
Configuración puerto COM ......................................................................... 131
Manual de Instalación Aplicación de Escritorio DomSystem V1.0 ............ 135
Manual de Usuario DomSystem V1.0 ......................................................... 138
Manual de Instalación Aplicación DomSystem Android............................. 140
Manual de Usuario de la aplicación DomSystem V1.0 Android ................. 145
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 147
LISTA DE CUADROS
Tabla 1: Rango de trabajo de los niveles físicos inalámbricos (Riquelme, 2012) ..... 22
Tabla 2: Cuadro de disposiciones del motor Edgar Gualsaquí, 2015 ........................ 67
Tabla 3: Tabla de Funciones y Definiciones de la Placa Máster Edgar Gualsaquí,
2015 ............................................................................................................................ 69
Tabla 4: Tabla de Rutinas y Subrutinas, Definiciones de la Placa Esclavo Edgar
Gualsaquí, 2015 ......................................................................................................... 70
Tabla 5: Rutinas y Subrutinas, Definiciones de Variables Generales Placa Esclavo
Edgar Gualsaquí, 2015 ............................................................................................... 71
Tabla 6: Definición de Variables Globales y pines del Arduino Mega 2560 Placa
Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ................................................................................ 72
Tabla 7: Sentencias de Condición para realizar rutinas y subrutinas ......................... 73
Tabla 8: Tabla de Sentencias Lógicas Sensor de Presencia Edgar Gualsaquí, 2015 . 74
Tabla 9: Tabla de Código del Form Principal Edgar Gualsaquí, 2015 ...................... 75
Tabla 10: Tabla de Subrutina Botón Salir Edgar Gualsaquí, 2015 .......................... 76
Tabla 11: Tabla de Subrutina Abrir puerto Comm Edgar Gualsaquí, 2015 ............. 76
Tabla 12: Tabla Funcio Enviar dato al puerto Comm Edgar Gualsaquí, 2015 ........ 77
Tabla 13: Tabla de Subrutina Botón Salir Edgar Gualsaquí, 2015 .......................... 78
Tabla 14: Tabla de lectura de Funciones con Timer1 Edgar Gualsaquí, 2015 ........ 78
xiv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Hogar domótico (mejía, 2011) ..................................................................... 9
Figura 2: Funciones básicas de instalaciones domóticas (residenciales, 2012) ......... 10
Figura 3: Esquema de Sistema Inteligente (Inteligente, s.f.) ..................................... 14
Figura 4: Arquitectura de Red Centralizada (Domótica, s.f.) .................................... 17
Figura 5: Arquitectura de Red Distribuida (Domótica, s.f.) ...................................... 17
Figura 6: Arquitectura de Red Descentralizada (Domótica, s.f.) ............................... 18
Figura 7: Arquitectura de Red Híbrida (Domótica, s.f.) ............................................ 19
Figura 8: Arduino MEGA (Robotics, s.f.) ................................................................. 27
Figura 9: Arduino Bluetooth (ARDUINO, ARDUINO, 2012) ................................. 27
Figura 10: Arduino Pro (Wiki, 2015) ......................................................................... 28
Figura 11: Arduino UNO (Wiki, 2015) ..................................................................... 28
Figura 12: Arduino Nano (Wiki, 2015) ..................................................................... 29
Figura 13: Arduino Pro Mini (ohms, s.f.) .................................................................. 30
Figura 14: Arduino Fio (Wiki, 2015) ......................................................................... 31
Figura 15: Arduino Ethernet Shield (Wiki, 2015) ..................................................... 31
Figura 16: Arduino Wireless SD Shield (Wiki, 2015) ............................................... 32
Figura 17: Arduino Wireless Proto Shield (Wiki, 2015) ........................................... 33
Figura 18: Arduino Wireless Mothor Shield (Wiki, 2015) ........................................ 33
Figura 19: Arduino Proto Shield (Wiki, 2015) .......................................................... 34
Figura 20: Sensor de Gas (Innovations, s.f.) .............................................................. 37
Figura 21: Sensor de Movimiento (Gil, s.f.) .............................................................. 37
Figura 22: Sensor de Luz (openhacks, s.f.) ................................................................ 37
Figura 23: Sensor de Temperatura y Humedad (arubia45, s.f.) ................................. 38
Figura 24: Sensor de temperatura (Jasirgo, 2012) ..................................................... 38
Figura 25: Diagrama de Boques Sensor de luz-Actuador de Persianas (Pinto, 2012)
.................................................................................................................................... 39
Figura 26: Introducción a los Relés (Hernández, 2013) ....................................... 40
Figura 27: Motor de persiana para inserción en eje (Pérez M. L., 2015).................. 42
Figura 28: Cerraduras Electricas (Linea, s.f.) .......................................................... 42
Figura 29: Diagrama de flujo WinPic800 (Acaymo, 2008) ...................................... 43
Figura 30: Pantalla WinPic (Acaymo, 2008) ......................................................... 44
Figura 31: IDE software de Arduino UNO (Massimo, 2012) ................................ 45
Figura 32: Esquema General de los Módulos (Hecha por Investigador) ................... 56
xv
Figura 33: Tarjeta Arduino Mega Parte Frontal (ARDUINO, ARDUINO MEGA
2560, 2015) ................................................................................................................ 58
Figura 34 Tarjeta Arduino Mega Parte Trasera (ARDUINO, ARDUINO MEGA
2560, 2015) ................................................................................................................ 59
Figura 35: Red de Área Personal (Sistenas, 2010) ..................................................... 59
Figura 36: Diseño del Circuito Placa Máster (Gualsaquí, 2015) ............................... 60
Figura 37: Esquemático de Dispositivos Placa Master (Gualsaquí, 2015) ................ 60
Figura 38: Mascarilla Frontal de la Placa Máster (Gualsaquí, 2015) ........................ 61
Figura 39: Diseño del circuito Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ....................... 62
Figura 40: Diseño del Circuito Placa Esclavo 3D Edgar Gualsaquí, 2015 ................ 63
Figura 41: Esquemático Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ............................... 63
Figura 42; Placa Física Esclavo lista para Montaje de Elementos Parte Frontal
Edgar Gualsaquí, 2015 ............................................................................................... 64
Figura 43: Impresión de Pistas Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ..................... 64
Figura 44: Montaje de Elementos Edgar Gualsaquí, 2015 ....................................... 65
Figura 45: Circuito Apertura de puerta Edgar Gualsaquí, 2015 ............................... 65
Figura 46: Circuito Sensor de movimiento, sensores magnéticos Edgar Gualsaquí,
2015 ............................................................................................................................ 66
Figura 47: Circuito Apertura y Cierre de persianas Edgar Gualsaquí, 2015 ........... 67
Figura 48: Circuito Gestión de Iluminación Edgar Gualsaquí, 2015 ........................ 68
Figura 49: Pantalla Principal de Ingreso al Sistema Edgar Gualsaquí, 2015 ............ 75
Figura 50: Pantalla de Control del Sistema Edgar Gualsaquí, 2015 ......................... 76
xvi
RESUMEN
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO (DOMSYSTEM) DE
SEGURIDAD Y CONTROL PARA MANTENER EL RESGUARDO DE
BIENES Y EL CONFORT MEDIANTE UNA RED DE SENSORES
UTILIZANDO COMUNICACIÓN WIRELESS BLUETOOTH”
El presente proyecto se basa en el desarrollo de un sistema prototipo aplicado a una
maqueta en pequeña escala que permitirá el bienestar y seguridad dentro de cualquier
área que sea implementado, capaz de lograr el resguardo de recursos tangibles y el
confort para realizar actividades sin esfuerzo alguno, proceso en el cual se gestionará
dos partes bien definidas que son: el Monitoreo de variables mediante sensores y el
Control de actuadores manejado mediante software básico que sea amigable para
cualquier usuario.
Para dar solución a los objetivos acotados en el proyecto utilizaremos plataformas de
hardware libre ARDUINO, comunicación inalámbrica BLUETOOTH, sensores
MAGNÉTICOS y de MOVIMIENTO, actuadores como un RELE, MOTOR,
BUZER cada uno cumpliendo con una función específica, la plataforma de Software
para este caso será VISUAL BASIC 6.0 y APP INVENTOR que nos permitirán tener
una interfaz de fácil manejo.
DESCRIPTORES:
SISTEMA DE SEGURIDAD Y CONTROL DOMÓTICO/ARDUINO MEGA/
SENSORES ELECTRÓNICOS/ ACTUADORES ELECTRÓNICOS/
BLUETOOTH/VISUAL BASIC 6.0/APP INVENTOR/PROTEUS/BASCOM AVR/
TERMINAL/CODE VISION.
xvii
ABSTRACT
"DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A SAFETY AND CONTROL
PROTOTYPE (DOMSYSTEM) TO KEEP THE GOODS SAFEWARDING
AND COMFORT THROUGH A NETWORK OF SENSORS USING
BLUETOOTH WIRELESS COMMUNICATION"
This project is based on the development of a prototype system applied to a small-
scale model that will allow the safety and security within any area that is
implemented, able to achieve the safeguarding of tangible resources and comfort for
activities effortlessly. It has a process in which distinct parts that can be managed:
Monitoring of variables using sensors and control actuators driven by basic software
that is friendly to any user.
To address the added objectives in the project we will use platforms of free
ARDUINO hardware, BLUETOOTH wireless communication, MAGNETIC and
MOVEMENT sensors, actuators like RELE, MOTOR, BUZER each one fulfilling a
specific function. The software platform for this case will be VISUAL BASIC 6.0
and APP INVENTOR that it will allow to have an interface of easy operation.
DESCRIPTORS:
SISTEMA DE SEGURIDAD Y CONTROL DOMÓTICO/ARDUINO MEGA/
SENSORES ELECTRÓNICOS/ ACTUADORES ELECTRÓNICOS/
BLUETOOTH/VISUAL BASIC 6.0/APP INVENTOR/PROTEUS/BASCOM AVR/
TERMINAL/CODE VISION.
xviii
CERTIFICADO DE TRADUCCIÓN
xix
TITULO DEL TRADUCTOR
1
INTRODUCCIÓN
Las redes de sensores inalámbricas están actualmente en el punto de mira de muchas
investigaciones y empresas tecnológicas. Su principal objetivo es la adquisición y el
tratamiento de datos de forma rápida, flexible y autónoma con múltiples aplicaciones
en distintos campos. Los dispositivos que se utilizan se comunican gracias a varias
tecnologías como ZigBee, Bluetooth, Xbee que son tecnologías en expansión debido
a su creciente, amplio y extremadamente flexible uso y bajo costo.
En la actualidad se está proliferando de manera asombrosa las redes de sensores
inalámbricos, para aplicaciones en varios ámbitos domésticos e industriales. Dentro
del mercado de las redes de sensores inalámbricos, existen varias empresas que
comercializan productos y servicios con diferentes tecnologías para el desarrollo de
las mismas por tal motivo y viendo el actual crecimiento de edificaciones modernas,
la convergencia y ubicuidad de tecnologías, la gran demanda por seguridad
ciudadana se desprende el presente plan de tesis en una búsqueda por implantar un
conjunto de tecnologías aplicadas al control y la automatización inteligente de la
vivienda u oficina, que permite una gestión eficiente del uso de la energía además de
aportar seguridad, confort, y comunicación entre el usuario y el sistema.
Analizando todas estas razones se ha percibido la necesidad de diseñar un sistema
propio que pueda aportar a la solución de esta problemática, aprovechando la
tecnología que se consigue localmente y de algunos estándares que ya existen.
Por lo anterior, se propuso un proyecto de investigación para evaluar, diseñar e
implementar un sistema inteligente de seguridad y control que permitirá ser
estudiado y aplicado a nuestro entorno, mediante la utilización de arquitecturas
abiertas y tecnologías de fácil consecución en nuestro medio.
La propuesta tuvo como premisa inicial, estudiar las ofertas comerciales, evaluar las
dificultades y limitaciones de cada una, identificar los protocolos más utilizados y
versátiles y proponer una arquitectura, un protocolo y un ambiente de programación
acorde con las necesidades de nuestro medio, facilitando, en consecuencia, abrir un
tema de investigación y desarrollo en aéreas como: sensores, comunicaciones y
aprovechamiento de la energía eléctrica. Sumado a ello, se pretende evaluar la
posibilidad de proponer un sistema de bajo costo y buena confiabilidad.
2
CAPÍTULO 1
Describe brevemente la motivación del proyecto, dando a conocer los indicios y las
soluciones que existen en el mercado frente a este desarrollo. Adicionalmente se
detalla los objetivos, contenido y justificación del proyecto
1. PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA
1.1. Planteamiento del Problema
En la actualidad la automatización y el control de procesos que permitan la
seguridad, confort y accesibilidad es una necesidad que viene creciendo de forma
acelerada por lo que hemos visto factible la construcción de un prototipo llamado
“DomSystem” apoyado por sistemas de hardware y software de control de bajo costo
debido a que no todas las personas están en el poder adquisitivo de implementarlo en
su hogar u oficina.
En el mercado actual se cuenta con un gran número de aplicaciones de muy alto nivel
sobre el tema, las cuales en su mayoría tienen costos elevados y están pensadas más
en generar una experiencia de lujo al cliente que en facilitar el desarrollo de una
actividad específica a las personas.
Son múltiples los factores que pueden caracterizar las formas de vida de las personas
hoy en día, como ejemplo, adultos mayores que viven solos, población con algún
tipo de discapacidad y que viven de forma independiente, incluso los mismos
cambios de la modernidad que requieren todo con prontitud y ahorro del tiempo.
Es así como, labores tan comunes como abrir o cerrar una ventana o una puerta se
convierten en un problema, asimismo el desperdicio de energía que surge en hogares
y áreas de trabajo al dejar las luces encendidas cuando nadie está en ellas, es por eso
que la implementación del sistema minimizará esa incomodidad y ahorro de recursos
como luz sin la necesidad de llegar a un punto específico de la casa para hacerlo.
Por lo cual se concluye que la convergencia de tecnologías tiene una amplia variedad
de aplicación y que revolucionará el concepto de seguridad y administración de las
instalaciones y edificaciones permitiendo que el propietario no solo controle sus
bienes sino que adicionalmente automatice tareas sin necesidad de estar físicamente
en la vivienda u oficina.
3
Además DomSystem al ser un prototipo será escalable con el tiempo ya que divide
sus módulos actuadores en varias áreas las cuales dependiendo de la petición de los
usuarios se podrán ir incrementando.
1.2. Formulación del Problema
¿De qué manera el desarrollo del sistema DomSystem permitirá mejorar la
automatización de servicios en el hogar u oficina?
1.3. Interrogantes de la Investigación
De acuerdo a la investigación se desea contestar las siguientes interrogantes:
¿Cómo aporta DomSystem a la seguridad en el hogar u oficina?
¿Qué tan confortable se convierte un área al automatizar y controlar mediante
el sistema?
¿De qué manera garantiza la accesibilidad y comunicación con los diferentes
actuadores a implementar en el sistema?
¿De qué manera el sistema se ajusta a las necesidades del usuario?
¿Cuáles son las ventajas y desventajas que traería la automatización y control
dentro del hogar u oficina?
¿Qué plataformas se adaptarían de manera eficiente a la realización del
proyecto?
1.4. Objetivos de la Investigación
Desarrollar un sistema enfocado en la comunicación y acción entre varios
actuadores con el objetivo de automatizar y controlar los requerimientos del usuario
para garantizar la seguridad y el confort en áreas específicas.
4
1.4.1. Objetivo General
Diseñar e implementar un prototipo (domsystem) de seguridad y control para
mantener el resguardo de bienes y el confort mediante una red de sensores
utilizando comunicación wireless bluetooth.
1.4.2. Objetivos Específicos
Diseño de la infraestructura de acceso e intercambio de información.
Llevar a cabo la construcción de una maqueta a pequeña escala e
implementar la automatización: gestión de iluminación, sistema de
persianas, apertura y cierre de puertas, gestión de intrusos, entrada por
teclado.
Aplicación de software básico para el control de la aplicación.
Análisis de pruebas y realización de correcciones adecuadas.
1.5. Justificación
La investigación gira en torno a la automatización de los espacios, no solamente
como factor indicador de progreso, sino también como una necesidad claramente
identificada en la dinámica global, las nuevas tendencias globales enfocan a los
sistemas inteligentes (domótica) como una de las tecnologías transversales de mayor
importancia en el contexto del desarrollo sostenible, dado que en la actualidad se
asocia a la automatización de los espacios con el mejoramiento de la calidad de vida,
la comodidad y la seguridad de los hábitats. Se espera que en las próximas décadas la
incorporación de herramientas de sistemas inteligentes basados en comunicación
inalámbrica con los diferentes dispositivos actuadores y sensores (domótica) en la
industria y los hogares haga parte de los estándares de calidad y que las buenas
prácticas hagan parte de la dinámica global.
El sistema DomSystem está llamado a cumplir una labor de extensión a la
comunidad, y brindar un importante aporte en la solución de problemas
aparentemente simples, pero de especial significación para aquellos que no tienen
acceso a elaboradas tecnologías o dispositivos importados a un alto costo, lo que en
5
últimas representa un proyecto de innovación por el uso de recursos al alcance de la
economía local.
Un sistema inteligente proporciona un sinfín de beneficios y ventajas inalcanzables
mediante una instalación tradicional. Si tuviésemos que resumir las principales
razones serían sin duda: comodidad, seguridad, confort, información, y ahorro
energético, razones mencionadas que se reducen a una sola: aumento de la calidad de
vida.
En la investigación se aplicó conocimientos adquiridos durante la formación
académica, permitiendo que este problema sea solucionado al lograr el desarrollo y
crecimiento completo del diseño sin mayores dificultades.
6
CAPÍTULO 2
Este capítulo abarca el estudio de las herramientas y tecnologías para que el
desarrollo de la aplicación sea eficiente y cumpla con las expectativas del usuario.
2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. Antecedentes
Luego de revisar en el repositorio de tesis de la Facultad de Ingeniería Ciencias
Físicas y Matemáticas, carrera Ingeniería Informática doy constancia que este
proyecto no ha sido propuesto ni diseñado por ninguna persona maestro o estudiante
quedando libre de cualquier responsabilidad legal y en total libertad de realizar dicha
propuesta, dejando como precedente el proyecto para futuras generaciones
interesadas en la evolución de tecnología, ciencia e innovación.
Para la presente investigación se ha hecho un cuidadoso estudio de proyectos antes
realizados, relacionados directamente a la evolución y enfoque de sistemas
inteligentes a futuro, así como también de nuevos recursos en el mercado que
permiten el desarrollo de aplicaciones orientadas a este tema , obteniendo
experiencias que se conjugan con el problema objeto de investigación. Así tenemos:
Según Candía, S. (2014). Construcción e Implementación de un Sistema de
Automatización del Hogar utilizando Arduino-Android-Bluethoot. Explica
(CANDIA, 2014)
Este proyecto trata sobre el desarrollo de un sistema de control inteligente para las
áreas de iluminación, ventilación y seguridad, el cual está integrado en un celular con
sistema operativo Android que permite interactividad total con la plataforma Arduino
mediante una aplicación (también desarrollada en el proyecto), vía comunicación
Bluetooth.
El desarrollo de este trabajo tiene como finalidad la implementación del sistema, por
lo que se incluye en el trabajo los dispositivos utilizados, su programación y
fundamentos teóricos que sustentan el funcionamiento de los mismos. El autor
concluyó que el proyecto tiene viabilidad de implementación debido a su desempeño,
comodidad e innovación para los usuarios.
Según Llenó, E. (2012). Diseño de un sistema de control domótico basado en la
plataforma Arduino. Explica: (Sanchez, 2012)
7
Este proyecto se encarga de brindar los conocimientos básicos para entender qué es y
cómo funciona un sistema domótico, y cómo utilizando el hardware libre de Arduino
se puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de las viviendas
de alta categoría.
Finalmente, esta investigación permite conocer los fundamentos de funcionamiento
de los protocolos de comunicación y su relación con respecto al control de
dispositivos terminales. Adicionalmente este trabajo de investigación y el proyecto a
realizarse tienen como punto en común la estructura, plataformas a utilizar y
requerimientos del usuario.
Según Miranda, G. Villacrés, R. Villamar, F. (2009). Diseño de un sistema
domótico aplicado a una clínica de hemodiálisis. Explica: (Miranda, 2009)
La domótica es un área que prácticamente está empezando abrirse mercado en el
Ecuador específicamente en el mundo de las tecnologías de la información, sin embargo,
en contra de lo que pueda parecer, al estudiarlas pueden proporcionar un muy buen
soporte de diseño y de soluciones a las necesidades del usuario.
Según Morillo, C. (2009). Diseño del sistema de automatización para un edificio
inteligente. Explica:
Pese a necesitarse de una inversión económica representativa para la implementación de
un sistema de este tipo, se puede concluir que el ahorro provisto por el mismo, logrará
que la inversión inicial se recupere a mediano plazo.
En este proyecto se tiene como objetivo el diseñar un sistema de automatización que
permita mejorar las condiciones de confort, seguridad y ahorro energético para un
edificio cuyas instalaciones se emplean en su mayoría como oficinas. Para cumplir con
el objetivo indicado se ha efectuado una investigación y un estudio referente a los
requerimientos y equipos de automatización que en la actualidad se están empleando
para dicha tarea en los edificios, buscando obtener así, la suficiente información que
permita diseñar un sistema que no se exceda en costos pero brinde la suficiente
confiabilidad de operación tanto a gestores como a ocupantes del inmueble. (Morillo,
2009)
8
2.2. Fundamentación Teórica
En la actualidad se han hecho varios estudios sobre sistemas inteligentes mediante
redes de sensores para viviendas u oficinas (domótica) con software propietario o
con protocolos específicos. El presente estudio se enfoca en plataformas Open
Source y Open Hardware esto quiere decir que garantiza la libertad tanto en el uso
del software como el hardware, uno de los principales valores de la sociedad
tecnológica actual.
2.2.1. Conceptos utilizados
En base al estudio definiremos la terminología a ser utilizada en el desarrollo del
proyecto:
Domótica: El término Domótica está conformado por la unión de la palabra
“Domo” que etimológicamente proviene del latín “Domus” que significa casa
y el sufijo “Tica” que se adapta de la palabra automática, aunque muchos
autores lo pueden diferencias entre “Tic” como tecnologías de la información
y “a” de automatización. Este término en Francia se adoptó la unión de las
contracciones “Domo” e “Informatique” para formar la palabra “Domotique”,
que en 1968 se definía el término domótica en la enciclopedia Larousse como
“el concepto de vivienda que integra todos los automatismo en materia de
seguridad, gestión de la energía, comunicaciones, etc. (MERCHAN, 2006)
La Domótica es un concepto interdisciplinario que se refiere a la integración
de las distintas tecnologías en el hogar mediante el uso simultáneo de las
telecomunicaciones, la electrónica, la informática y la electricidad. Además
su fin es mejorar la calidad de vida de los seres humanos. (Domotica, s.f.)
9
Figura 1: Hogar domótico (mejía, 2011)
Hoy en día cuando se habla de domótica se imagina inmediatamente término
control remoto que es muy utilizado para cualquier tipo de proceso logrando con
ello resultados muy satisfactorios en el manejo del dispositivo que se quiere
controlar.
Una vivienda inteligente está basada en protocolos de comunicación en el ámbito
doméstico, su habitante puede controlar desde una computadora ,un celular, o un
panel de control elementos como los sistemas de iluminación, climatización, así
como también los distintos dispositivos que hay en el interior del hogar
(electrodomésticos); utilizar Internet para la compra o incluso vigilar las
actividades de los más pequeños en su habitación a través de una cámara web, la
flexibilidad de este tipo de control permite a las personas un mejor desempeño en
sus actividades cotidianas a niveles tanto familiar, y tecnológico, promoviendo
con ello el bienestar social y técnico cuando se habla de automatización, área
fundamental para mejorar la efectividad de los procesos.
Un sistema inteligente (domótico) es capaz de realizar diversas funciones en una
instalación, así como también recoger información proveniente de sensores o
entradas, procesarla y emitir órdenes a actuadores o salidas.
10
Figura 2: Funciones básicas de instalaciones domóticas (residenciales, 2012)
Open Source: Término con el que se conoce al software distribuido y
desarrollado libremente. El código abierto tiene un punto de vista más
orientado a los beneficios prácticos de compartir el código que a las
cuestiones morales y/o filosóficas las cuales destacan en el llamado software
libre. (Olmedo, 2010)
Open Hardware: Se llama Open Hardware (hardware libre) a los
dispositivos de hardware cuyas especificaciones y diagramas esquemáticos
son de acceso público, ya sea bajo algún tipo de pago o de forma gratuita. La
filosofía del software libre (las ideas sobre la libertad del conocimiento) es
aplicable a la del hardware libre. (Olmedo, 2010)
2.2.2. Evolución histórica de la domótica
Desde sus orígenes, el hombre siempre ha ido buscando la funcionalidad y el
bienestar dentro de sus propias viviendas, diseñando y construyendo infraestructuras
para el mejor aprovechamiento de los recursos naturales. Las primeras instalaciones
Domóticas se destinaron a la solución de aspectos superficiales, los cuales no
justificaban la inversión que debía realizar el usuario, donde la única manera de
construir una instalación automatizada era con el uso de sensores y actuadores que a
través de un controlador manejaba cada sistema utilizando una arquitectura de
comunicación centralizada.
11
Este tipo de sistemas eran poco flexibles, siendo muy difícil y costoso el aumento de
las prestaciones, lo que se tradujo en una desaceleración en su penetración en la
sociedad y en su evolución, por lo cual se iniciaron los intentos para establecer
tecnologías estándares. El primer país en impulsar y favorecer el desarrollo de la
Domótica fue Estados Unidos con el proyecto Smart House dirigido por la NAHB
(National Association of Home Builders). El proyecto, iniciado en 1984, pretendía
reunir en un cable unificado a los distintos sistemas que pueden existir en una
vivienda.
En Europa, los primeros esfuerzos de normalización se iniciaron en 1985 a cargo del
programa EUREKA. El proyecto, denominado Integrated Home Systems, tenía como
objetivo implantar una red doméstica con normas de utilización comunes.
En 1987 la Asociación de Industrias Electrónicas de Japón (EIAJ) presentó un
proyecto, el cual, se trataba de una normativa de bus doméstico, denominada HBS
(Home Bus System), con la participación de distintos fabricantes.
En 1989, se creó el proyecto europeo Home Systems, dentro del programa ESPRIT
(European Strategic Program for Research and Development of Information
Technology), con el objetivo de continuar los trabajos iniciados bajo el programa
EUREKA.
Si se centra el impacto de la domótica se debe remontar a finales de los años 80’s y
principios de los 90’s. Aparecen entonces las primeras iniciativas para implantarla en
la promoción de vivienda; pero la transición es poco afortunada, por el empleo en
principio de sistemas que no respondían a las expectativas de los usuarios.
(Chamorro Galvés Wlliam Rolando, 2008)
Esta primera etapa estaba caracterizada por:
Un gran desconocimiento de la domótica como disciplina, posibilidades y usos,
así como por la presencia de un reducido número de empresas especializadas en
el sector.
Una oferta reducida en la que existían sistemas poco integrados, difíciles de
instalar y de utilizar por el usuario final y excesivamente caros.
12
En algunas ocasiones, los sistemas disponibles en el mercado se basaban en
productos diseñados y fabricados para otros mercados con otras
características y necesidades distintas.
Una ausencia de normativa que regulara la instalación de sistemas domóticos,
así como la escasa formación para los diferentes profesionales implicados.
La desafortunada imagen de los medios de comunicación al asociar esta
disciplina con la ciencia ficción (edificio inteligente, la vivienda del futuro),
alejándose de las posibilidades y las finalidades de ésta.
En cuanto a la tecnología propiamente dicha, diríamos que la evolución fue
bastante parecida a lo expuesto anteriormente:
Tecnologías generalmente utilizadas por otros sectores como podían ser la
industria, que dieron lugar a unos interfaces muy poco atractivos para el
usuario y con un alto grado de especialización por parte de los
profesionales que los instalaban. Este puede ser el caso de los autómatas
programables industriales (PLCs).
Utilización de un ordenador, que como en el caso anterior, requerían de
sistemas prácticamente hechos a medida para la propia instalación y un
alto nivel de profesionalidad por parte de los instaladores y
posteriormente por parte de los mantenedores y de los usuarios.
En los dos casos anteriormente expuestos, con el apoyo de la informática,
se hacía patente en la ausencia de software específico para el diseño,
implementación y seguimiento de dichos sistemas.
Aparecen además otros sistemas que son propietarios: cada una de las
casas fabricantes de material eléctrico, y más en concreto sus divisiones
de construcción y edificación, diseñaron y crearon su propio sistema
basado en una tecnología totalmente opaca y por supuesto incompatible
con otros sistemas.
Luego de una época de transición, la Domótica ha evolucionado
considerablemente gracias a los distintos proyectos realizados. Producto
13
delos cuales han surgido en el mercado nuevos estándares domóticos tales
como: CEBus, X10, EIB, Lonworks, ZigBee, Bluethoot, etc.
Al mismo tiempo debido a la disponibilidad y flexibilidad del
microprocesador y a la drástica caída de los precios del hardware
electrónico, es posible construir sensores y actuadores con inteligencia
suficiente como para implementar una red de área local de control
distribuido.
Hoy en día el desarrollo tecnológico y la convergencia entre la informática y las
comunicaciones, así como la aparición de estándares, el interés de promotores y
constructores, la penetración del Internet y la obtención de una nueva visión de las
necesidades a cubrir posibilitan, de manera sencilla, la implementación de los
sistemas domóticos en las viviendas y edificios.
2.2.3. Gestión de los Sistemas Inteligentes (Domótica)
Los Sistema Inteligentes (Domótica) en hogares u oficinas se encargan de gestionar
principalmente los siguientes aspectos:
Energía Eléctrica: Un sistema domótico se encarga de gestionar el consumo
de energía mediante temporizadores, relojes programadores, sensores,
termostatos, etc.
Confort: La domótica proporciona una seria de comodidades, como pueden
ser el control automático de los servicios de: calefacción, agua caliente,
refrigeración, iluminación entre otros.
Seguridad: La seguridad y vigilancia que nos proporciona un sistema
domótico es más amplia que la que nos puede proporcionar cualquier otro
sistema, pues integra 3 campos de la seguridad que normalmente están
controlados por sistemas distintos:
Seguridad de los Bienes: Gestión de control de acceso y
control de presencia, así como la simulación de presencia.
Seguridad de las Personas: Especialmente para las personas
mayores, personas minusválidas y enfermas. Se puede tener
acceso mediante un nodo telefónico.
14
Incidentes y Averías: mediante sensores, se pueden detectar
los incendios y las fugas de gas y agua.
Comunicaciones: La domótica tiene una característica fundamental, que es
la integración de sistemas, por eso hay nodos que interconectan la red con
diferentes dispositivos, como la red telefónica, el videoteléfono, etc.
Figura 3: Esquema de Sistema Inteligente (Inteligente, s.f.)
2.2.4. Razones para el desarrollo de la domótica
Existen diversas razones para considerar la Domótica como un mercado de especial
potencial y positiva evolución en los próximos años estos son:
Viviendas existentes: Es indiscutible que el parque de viviendas representa un
mercado potencial de especial interés, al estar constituido por millones de
hogares. A pesar del potencial del parque de viviendas existentes, es también
importante el sector de la construcción de vivienda nueva, aunque en estos
momentos permanezca estancada debido a la crisis actual en la que vivimos.
Preservación de la naturaleza y ahorro energético: Se tiene la necesidad
de cuidar y proteger nuestro entorno, ya que como justifican los informes de
los expertos, de cualquier otro modo, estamos sujetos al agotamiento de los
recursos del planeta.
La sociedad es consciente de estos problemas y hace lo que está en sus manos
por contribuir a la preservación del planeta. La Domótica, debe ser un
contribuyente más a tener en cuenta, su participación en la preservación del
15
planeta actúa de manera directa sobre las reservas de agua y nuestra
economía, e indirectamente en el ahorro energético.
El desarrollo de las comunicaciones: Comunicaciones y servicios por internet
se están configurando como una de las propuestas más importantes para los
próximos años. La evolución en este sector y su aplicación en el hogar supone,
actualmente, el estudio de las necesidades de comunicación en el interior de la
vivienda que permita, entre otros aspectos, la disponibilidad de una red de
cableado interior a la vivienda que dé soporte a estas necesidades de
comunicación.
Los estudios iniciales que se realizaron para este sector, crearon unas
expectativas muy importantes de crecimiento del mismo, dado el potencial de la
domótica en lo que se refiere al ahorro energético, confort y seguridad., A pesar
de la situación por la que pasó el sector de la construcción esta disciplina ha
seguido una evolución prácticamente constante, aunque lenta. Prueba de ello son,
entre otros muchos, los siguientes aspectos:
Se han creado nuevas empresas que operan de forma exclusiva en el
sector.
El mercado se ha regulado de forma automática, desapareciendo aquellos
productos que no cumplían con las expectativas y necesidades de los
usuarios.
Los costes de algunos productos de nuevo diseño se han reducido con
respecto a las primeras iniciativas. El desarrollo de esta tecnología y el
conocimiento de las necesidades reales de los usuarios deben permitir el
rediseño de productos optimizando el coste.
Desde las primeras promociones inmobiliarias, que incluían un buen
número de sistemas y aplicaciones con cierto grado de dificultad de uso,
se han llevado a cabo nuevas promociones, con un equipamiento más
reducido, de mejores prestaciones y con menor dificultad de uso.
A lo largo de estos últimos años se han venido realizando numerosas
conferencias, seminarios, foros y certámenes destinados a difundir la
domótica.
16
Aparecen en prensa, tanto generalista como especializada, así como en
Internet diversos artículos que ya no utilizan el tono poco afortunado de
las primeras reseñas en las que se asociaba el concepto de domótica a
imágenes futuristas de casas, fuera de los límites razonables actuales.
El grado de desarrollo actual de la Domótica en el mundo, es considerable sobre todo
si se tiene en cuenta su reciente historia. Es posible destacar hoy la existencia de una
treintena de sistemas domóticos y de un buen número de productos con prestaciones
domóticas para el hogar que evidencian la evolución seguida por este mercado.
Aunque no parece un número muy elevado de sistemas, se estima como muy
significativo su novedad. La oferta actual se caracteriza por ser suficientemente
atractiva y por adaptarse a cualquier tipología de edificio.
2.2.5. Arquitectura de Redes
La arquitectura de un sistema domótico, como la de cualquier sistema de control,
debe especificar el modo en que los diferentes elementos de control del sistema se
van a ubicar. Mencionaremos las arquitecturas más utilizadas:
Centralizada
Es aquella en la que los elementos a controlar y supervisar han de cablearse
hasta el sistema de control de la vivienda (computadora). El sistema de
control es el corazón de la vivienda, en cuya falta todo deja de funcionar, y su
instalación no es compatible con la instalación eléctrica convencional en
cuanto que en la fase de construcción hay que elegir esta topología de
cableado.
17
Figura 4: Arquitectura de Red Centralizada (Domótica, s.f.)
Distribuida
Es aquella que se refiere a la separación o distribución de la capacidad de
proceso; pero, no lo son en cuanto a la ubicación física de los diferentes
elementos de control y viceversa. Esto es, sistemas que son de 12 arquitectura
distribuida en cuanto a su capacidad para ubicar elementos de control físicamente
distribuidos, pero no en cuanto a los procesos de control, que son ejecutados en
uno o varios procesadores físicamente centralizados.
Figura 5: Arquitectura de Red Distribuida (Domótica, s.f.)
Descentralizada
En un sistema descentralizado existen varios controladores, conectados a
sensores y actuadores, quienes a su vez están interconectados por medio de un
“Bus”.
18
Este modelo nació de la necesidad de tener mejor acceso a ciertos dispositivos y
a causa de la existencia de diferencia en los protocolos y características de los
distintos fabricantes.
Figura 6: Arquitectura de Red Descentralizada (Domótica, s.f.)
Arquitectura Híbrida/ Mixta
En un sistema basado en este tipo de arquitectura se combinan las arquitecturas de
los sistemas distribuidos, centralizados o descentralizados. Por lo que puede disponer
de un controlador central o varios controladores descentralizados, los dispositivos de
interfaces, sensores y actuadores pueden también ser controladores y procesar la
información (que captan ellos mismos u otro sensor), según el programa, o la
configuración, y pueden actuar de acuerdo a ella, como por ejemplo, enviándola a
otros dispositivos de la red, sin que necesariamente pase por un controlador.
19
Figura 7: Arquitectura de Red Híbrida (Domótica, s.f.)
2.2.6. Transmision sin cable
Los medios no guiados o sin cable han tenido gran acogida al ser un buen medio de
cubrir grandes distancias y hacia cualquier dirección, su mayor logro se dió desde la
conquista espacial a través de los satélites y su tecnología no para de cambiar. De
manera general podemos definir las siguientes características de este tipo de medio:
La transmisión y recepción se realiza por medio de antenas, las cuales deben estar
alineadas cuando la transmisión es direccional, o si es omnidireccional la señal se
propaga en todas las direcciones.
Radiofrecuencia: La introducción de las radiofrecuencias como soporte de transmisión
en la vivienda, ha venido precedida por la proliferación de los teléfonos inalámbricos y
sencillos telemandos, apareciendo cada día nuevos tipos de comunicación inalámbrica
para la transmisión de datos.
La radiofrecuencia puede parecer, en principio, idóneo para el control a distancia de los
sistemas domóticos, dada la gran flexibilidad que supone su uso. Sin embargo la este
medio resulta particularmente sensible a las perturbaciones electromagnéticas
producidas, tanto por los medios de transmisión, como por los equipos domésticos.
No obstante no cabe ninguna duda que las tecnologías inalámbricas en radiofrecuencia
son las que más se van a desarrollar en los próximos años. En estos momentos se puede
distinguir Bluetooth, IEEE 802.11b y g (WiFi), IEEE 802.15.4 (Zigbee). (CasaDomo,
2014)
Bluetooth: Aunque la idea y tecnología fue desarrollada inicialmente por ingenieros
suecos de la empresa Ericsson ("diente azul" fue un vikingo sueco que
20
presumiblemente pisó tierra norteamericana unos cuantos siglos antes que Cristóbal
Colón), realmente se empezó a conocer como resultado de la unión de esfuerzos en
1999 de 9 importantes compañías del sector de la información y las
telecomunicaciones: 3Com (Palm), Ericsson, Intel, IBM, Lucent, Microsoft,
Motorola, Nokia y Toshiba. Hoy por hoy existen cerca de 1400 fabricantes de todo el
mundo y de diferentes áreas de negocio que han adoptado este estándar para alguno
de sus productos.
Bluetooth es un enlace radio de corto alcance que aparece asociado a las Redes de
Área Personal Inalámbricas, o sus siglas en inglés WPAN (Wireless Personal Área
Network). Este concepto hace referencia a una red sin cables que se extiende a un
espacio de funcionamiento personal o POS (Personal Operating Space) con un radio
de hasta 10 metros.
Las WPAN constituyen un esquema de red de bajo coste que permite conectar entre
sí equipos informáticos y de comunicación portátil y móvil, como ordenadores, PDA,
impresoras, ratones, micrófonos, auriculares, lectores de código de barras, sensores,
displays, "buscas", teléfonos móviles y otros dispositivos de electrónica de consumo.
El objetivo es que todos estos equipos se puedan comunicar e inter-operar entre sí sin
interferencias.
El rango de frecuencias en que se mueve Bluetooth (2,402 GHz a 2,480 GHz) está
dentro de una banda libre que se puede usar para aplicaciones ICM (Industrial,
Científica y Médica) que no necesitan licencia. La primera versión de Bluetooth, la
que implementan los circuitos disponibles actualmente o que lo harán en breve,
puede transferir datos de forma asimétrica a 721 Kbps y simétricamente a 432 Kbps.
Se puede transmitir voz, datos e incluso vídeo.
Para transmitir voz son necesarios tres canales de 64 Kbps, para transmitir vídeo es
necesario comprimirlo en formato MPEG-4 y usar 340 Kbps para conseguir refrescar
15 veces por segundo una pantalla VGA de 320x240 puntos. Están previstas dos
potencias de emisión en función de la distancia que se desea cubrir, 10 metros con 1
miliwatio y 100 metros con 100 miliwatios.
IEEE 802.11b (WiFi): La norma del IEEE (Institute of Electrical and Electronic
Engineers) 802.11 representa el primer estándar (aparece en 1990) para productos
21
WLAN de una organización independiente reconocida a nivel internacional, que
además ha definido las principales normas en redes LAN cableadas. La definición de
este estándar supone un hito importante en el desarrollo de esta tecnología, puesto
que los usuarios pueden contar con una gama mayor de productos compatibles.
Este estándar no especifica una tecnología o implementación concretas, sino
simplemente el nivel físico y el subnivel de control de acceso al medio (MAC),
siguiendo la arquitectura de sistemas abiertos OSI/ISO Actualmente la versión más
conocida es la 802.11b que proporciona 11 Mbps de ancho de banda.
La mayoría de los productos del mercado 802 son de esta versión y se conoce con el
nombre comercial de WiFi (Wireless Fidelity). Diversas empresas ya están
trabajando en el desarrollo de la versión 802.11a capaz de llegar a los 54 Mbps, aunque
en otras frecuencias.
El nivel físico en cualquier red define la modulación y características de la señal para la
transmisión de datos. La norma específica las dos posibilidades para la transmisión en
radiofrecuencia comentadas anteriormente, Frequency Hopping Spread Spectrum
(FHSS) y Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).
IEEE 802.15.4 (ZigBee): ZigBee es una alianza, sin ánimo de lucro, de 25
empresas, la mayoría de ellas fabricantes de semiconductores, con el objetivo de
auspiciar el desarrollo e implantación de una tecnología inalámbrica de bajo coste.
Los miembros de esta alianza justifican el desarrollo de este estándar para cubrir el
vacío que se produce por debajo del Bluetooth. ZigBee, conocido con otros nombres
como "HomeRF Lite", es una tecnología inalámbrica de baja velocidad y bajo
consumo, con velocidades comprendidas entre 20 kB/s y 250 kB/s y rangos de 10 m
a 75 m. Puede usar las bandas libres ISM de 2,4 GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz
(EEUU). Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos los cuales tienen
la mayor parte del tiempo el transceiver ZigBee dormido con objeto de consumir
menos que otras tecnologías inalámbricas.
El objetivo es que un sensor equipado con un transceiver ZigBee pueda ser alimentado
con dos pilas AA durante al menos 6 meses y hasta 2 años. Como comparativa la
tecnología Bluetooth es capaz de llegar a 1 MB/s en distancias de hasta 10 m operando
en la misma banda de 2,4 GHz, sólo puede tener 8 nodos por celda y está diseñado para
mantener sesiones de voz de forma continuada. Los módulos ZigBee serán los
22
transmisores inalámbricos más baratos jamás producidos de forma masiva. Cada red
física posee características esenciales de acuerdo a su rango de datos y velocidad de
transmisión.
Tabla 1: Rango de trabajo de los niveles físicos inalámbricos (Riquelme, 2012)
Infrarrojos: No se ha incluido este medio dentro de nivel físico en la tabla y sólo
hacemos una breve reseña, dado que son utilizados habitualmente en mandos a
distancia para pequeños dispositivos en los edificios. Están cayendo en desuso
debido al abaratamiento de las tecnologías inalámbricas por radiofrecuencia
expuestas con anterioridad. La comunicación se realiza entre un diodo emisor que
emite una luz en la banda de IR, sobre la que se superpone una señal,
convenientemente modulada con la información de control, y un fotodiodo receptor
cuya misión consiste en extraer de la señal recibida la información de control.
Al tratarse de un medio de transmisión óptico, son inmunes a las radiaciones
electromagnéticas producidas por los equipos domésticos o por los demás medios de
transmisión (coaxial, par trenzado, corrientes portadoras, etc.). Sin embargo, habrá
que tomar precauciones en los siguientes casos:
Las interferencias electromagnéticas sólo afectarán a los extremos del medio
IR, es decir, a partir de los dispositivos opto electrónicos (diodo emisor y
fotodiodo receptor).
23
Es necesario tener en cuenta otras posibles fuentes de IR. Hoy en día existen
diferentes dispositivos de iluminación que emiten cierta radiación IR.
(CasaDomo, 2014)
2.2.7. Protocolos de Comunicacion
Cuando se establece el soporte físico y se define la velocidad de comunicaciones, se
debe analizar el protocolo de comunicaciones que utilizara el sistema y se define
como: el idioma o formato de los mensajes que los diferentes elementos de control
del sistema deben utilizar para entenderse unos con otros y que puedan intercambiar
su información de una manera coherente.
Los protocolos de comunicaciones existentes se pueden clasificar según su
estandarización:
2.2.6.1. Protocolos Estándar
Estos son desarrollados por fabricantes para que puedan ser utilizados abiertamente
por empresas o terceras personas que empleen productos compatibles entre sí y por
lo general están respaldadas por diferentes organizaciones. La ventaja principal que
proporcionan estos protocolos es la capacidad para implementar o configurar una
instalación domótica y su posible ampliación debido a la compatibilidad en el
estándar que pueden poseer diversos equipos de distintos fabricantes pero resultan
ser más costosos que los equipos de tecnología propietaria. Algunos de los
protocolos estándar más utilizados son: EIB, EHS, X-10, Lonworks, Batibus,
ZigBee, Bluetooth, entre otros. (Pérez A. E., 2013)
ZigBee: Es un estándar de comunicaciones inalámbricas diseñado por la
ZigBee Alliance. Es un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser
implementadas por cualquier fabricante. ZigBee está basado en el estándar
IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (wireless personal área
Newark, WPAN) y tiene como objetivo las aplicaciones que requieren
comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos.
Bluetooth: Se denomina Bluetooth al protocolo de comunicaciones diseñado
especialmente para dispositivos de bajo consumo, que requieren corto alcance
de emisión y basados en transceptores de bajo costo.
24
Los dispositivos que incorporan este protocolo pueden comunicarse entre
ellos cuando se encuentran dentro de su alcance. Las comunicaciones se
realizan por radiofrecuencia de forma que los dispositivos no tienen que estar
alineados y pueden incluso estar en habitaciones separadas si la potencia de
transmisión es suficiente.
2.2.6.2. Protocolos propietarios
Son desarrollados por empresas en la que sus equipos solo son compatibles con otros
productos y sistemas del mismo fabricante. No se presenta compatibilidad en
diferentes tipos de protocolos que se empleen en la instalación domótica. Los
protocolos propietarios poseen ventaja frente a los estándares en cuanto a la
economía y costo de los equipos pero resulta riesgoso emplear un solo tipo de
tecnología, pues si la empresa desaparece entonces no se puede seguir teniendo
soporte técnico ni posibilidades para ampliaciones futuras. Los protocolos más
comunes son: Simon Vis, Domaike, Amigo, Biodom, Cardio, entre otros.
2.2.8. Hardware
2.2.8.1. Arduino
Es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una sencilla placa de
circuito impreso que contiene un microcontrolador que cuenta con entradas y salidas,
analógicas y digitales, en un entorno de desarrollo que está basado en el lenguaje de
programación processing. El dispositivo conecta el mundo físico con el mundo
virtual, o el mundo analógico con el digital controlando, sensores, alarmas, sistemas
de luces, motores, sistemas comunicaciones y actuadores físicos. (Pérez A. E., 2013)
Hay muchos otros microcontroladores y plataformas disponibles para la computación
Física donde las funcionalidades y herramientas son muy complicadas de programar
Arduino simplifica el proceso de trabajar con microcontroladores, ofrece algunas
ventajas y características respecto a otros sistemas.
Factible: Las placas Arduino son más accesibles y factibles comparadas con
otras plataformas de microcontroladores.
25
Multi - Plataforma: El software de Arduino funciona en los sistemas
operativos Windows, Macintosh OSX y Linux. La mayoría de los entornos
para microcontroladores están limitados a Windows.
Ambiente de programación sencillo y directo: El ambiente de
programación de Arduino es fácil de usar para los usuarios, Arduino está
basado en el entorno de programación de processing con lo que el usuario
aprenderá a programar y se familiarizará con el dominio de desarrollo
Arduino.
Software ampliable y de código abierto: El software Arduino está
publicado bajo una licencia libre y preparada para ser ampliado por
programadores y desarrolladores experimentados. El lenguaje puede
ampliarse a través de librerías de C++ y modificarlo a través del lenguaje de
programación AVR C en el que está diseñado.
¿Para qué es utilizado?
Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de
toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces,
motores y otros actuadores.
Lenguaje de programación
El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de
programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino
(basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin
necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y
comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, Max MSP).
La plataforma Arduino se programa mediante el uso de un lenguaje propio basado en
el popular lenguaje de programación de alto nivel Processing. Sin embargo, es
posible utilizar otros lenguajes de programación y aplicaciones populares en
Arduino. Algunos ejemplos son:
Java
Flash (mediante Action Script)
26
Processing
Pure Data
Etc.
Esto es posible debido a que Arduino se comunica mediante la transmisión de datos
en formato serie que es algo que la mayoría de los lenguajes anteriormente citados
soportan. Para los que no soportan el formato serie de forma nativa, es posible
utilizar software intermediario que traduzca los mensajes enviados por ambas partes
para permitir una comunicación fluida. Es bastante interesante tener la posibilidad de
interactuar Arduino mediante esta gran variedad de sistemas y lenguajes puesto que
dependiendo de cuales sean las necesidades del problema que vamos a resolver
podremos aprovecharnos de la gran compatibilidad de comunicación que ofrece.
Tamaño
De mayor a menor:
Arduino MEGA
Arduino Bluetooth
Arduino Pro
Arduino UNO
Arduino Nano
Arduino Mini
Arduino Pro Mini
Arduino MEGA
27
Figura 8: Arduino MEGA (Robotics, s.f.)
Es con mucha diferencia el más potente y el que más pines i/o tiene, apto para
trabajos ya algo más complejos aunque tengamos que sacrificar un poco el espacio,
cuenta con el microcontrolador Atmega2560 con más memoria para el programa,
más RAM y más pines que el resto de los modelos.
El Arduino Mega es una placa microcontrolador basada ATmeg1280 (datasheet).
Tiene 54 entradas/salidas digitales (de las cuales 14 proporcionan salida PWM), 16
entradas digitales, 4 UARTS (puertos serie por hardware), un cristal oscilador de
16MHz, conexión USB, entrada de corriente, conector ICSP y botón de reset.
Contiene todo lo necesario para hacer funcionar el microcontrolador; simplemente
conéctalo al ordenador con el cable USB o aliméntalo con un trasformador o batería
para empezar. El Mega es compatible con la mayoría de shields diseñados para el
Arduino Duemilanove o Diecimila.
Arduino Bluetooth
Figura 9: Arduino Bluetooth (ARDUINO, ARDUINO, 2012)
28
Incorpora un módulo para la transmisión de datos de hasta 100 metros, con esta placa
podrás programar sin cables así como también realizar comunicaciones serie con
cualquier dispositivo bluetooth
Arduino Pro
Figura 10: Arduino Pro (Wiki, 2015)
Más robusto y mejor acabado final; incorpora funcionalidades interesantes tales
como un conector especial para conectar una batería LiPo y realizar un montaje
portátil. Todos sus componentes son de superficie y su espesor total es menor que las
otras placas Arduino.
Arduino UNO
Figura 11: Arduino UNO (Wiki, 2015)
29
Es la placa estándar y posiblemente la más conocida y documentada. Salió a la luz en
septiembre de 2010 sustituyendo su predecesor Duemilanove con varias mejoras de
hardware que consisten básicamente en el uso de un USB HID propio en lugar de
utilizar un conversor FTDI para la conexión USB. Es 100% compatible con los
modelos Duemilanove y Diecimila. Viene con un Atmega328 con 32Kbytes de ROM
para el programa.
Arduino Nano
Figura 12: Arduino Nano (Wiki, 2015)
Su principal ventaja es que puede ser pinchado directamente sobre una protoboard
haciendo muy cómodo el prototipo al igual que el Arduino mini.
Arduino Mini
30
Versión miniaturizada de la placa Arduino. Mide tan sólo 30x18mm y permite
ahorrar espacio en los proyectos que lo requieran. Las funcionalidades son las
mismas que Arduino UNO salvo que tiene sólo se fabrica con el chip Atmega168
con 12 Kb de memoria para programa. El boot loader es algo antiguo y tarda unos 10
segundos arrancar (en el UNO es prácticamente instantáneo).
Arduino Pro Mini
Figura 13: Arduino Pro Mini (ohms, s.f.)
Ésta es una versión mejorada del Arduino Mini fabricada por Sparkfun que incluye
un chip Atmega328 con 32Kb de ROM para programa. Es el modelo favorito para
utilizar en proyectos donde las dimensiones son importantes. No incluye ningún
conversor serie-usb por lo que para programarlo debemos utilizar un conversor con
chip FTDI también disponible en la tienda.
Arduino LilyPad
31
El LilyPad Arduino es una placa con microcontrolador diseñado para prendas y e-
textiles. Puede utilizar con complementos similares como fuentes de alimentación,
sensores actuadores unidos por hilo conductor. La placa está basada en
el ARmega168V (la versión de baja consumo del ATmega168) (hoja de datos), o
el ATmega328V (datasheet). El LilyPad Arduino ha sido diseñado y desarrollado por
Leah Buechley y SparkFun Electronics.
Arduino Fio
Figura 14: Arduino Fio (Wiki, 2015)
El Arduino Fio es una placa para microcontrolador basada en el ATmega328P (hoja
de información) Funciona a 3.3V y 8MHz. Tiene 14 pines de E/S digitales (de los
cuales 6 pueden usarse como salidas PWM), 8 entradas analógicas, un resonador en
placa, un botón de reinicio (reset), y agujeros para montar conectores de pines. Tiene
conexiones para una batería de polímero de Litio e incluye un circuito de carga a
través de USB. En el reverso de la placa tiene disponible un zócalo para
módulos XBee.
Arduino Ethernet Shield
Figura 15: Arduino Ethernet Shield (Wiki, 2015)
32
La Arduino Ethernet Shield permite a una placa Arduino conectarse a internet. Está
basada en el chip Ethernet Wiznet W5100 (datasheet). El Wiznet W5100 provee de
una pila de red IP capaz de TCP y UDP. Soporta hasta cuatro conexiones de sockets
simultáneas. Usa la librería Ethernet para escribir programas que se conecten a
internet usando la Shield.
Arduino Wireless SD Shield
Figura 16: Arduino Wireless SD Shield (Wiki, 2015)
Arduino Wireless SD Shield: El Wireless SD protector permite una placa Arduino
para comunicarse de forma inalámbrica mediante un módulo inalámbrico. Se basa en
los módulos XBee de Digi, pero puede utilizar cualquiera de los módulos con la
misma huella. El módulo se puede comunicar hasta 100 pies en interiores o al aire
libre de 300 pies (con línea de visión). Puede ser utilizado como un reemplazo de
serial / USB o puede ponerlo en un modo de comandos y configurarlo para una
variedad de opciones de transmisión y redes de malla. Los escudos estalla cada uno
de los pines el XBee a una almohadilla de soldadura a través de orificios.
33
Arduino Wireless Proto Shield
Figura 17: Arduino Wireless Proto Shield (Wiki, 2015)
El Wireless escudo Proto permite una placa Arduino para comunicarse de forma
inalámbrica mediante un módulo inalámbrico. Se basa en los módulos XBee de Digi,
pero puede utilizar cualquiera de los módulos con la misma huella. El módulo se
puede comunicar hasta 100 pies en interiores o al aire libre de 300 pies (con línea de
visión). Puede ser utilizado como un reemplazo de serial / USB o puede ponerlo en
un modo de comandos y configurarlo para una variedad de opciones de transmisión
y redes de malla. Los escudos estalla cada uno de los pins el XBee a una almohadilla
de soldadura a través de orificios.
Arduino Wireless Mothor Shield
Figura 18: Arduino Wireless Mothor Shield (Wiki, 2015)
34
El Arduino protector del motor se basa en la L298 (hoja de datos), que es un
doble puente completo controlador diseñado para manejar cargas inductivas tales
como relés, solenoides y motores de corriente continua paso a paso. Le permite
manejar dos motores de corriente continua con su placa Arduino, el control de la
velocidad y dirección de cada uno de forma independiente. También se puede
medir la absorción de corriente del motor de cada motor, entre otras
características. El escudo es TinkerKit compatible, lo que significa que puede crear
rápidamente proyectos conectando módulos TinkerKit a la junta.
Arduino Proto Shield
Figura 19: Arduino Proto Shield (Wiki, 2015)
El Arduino Shield prototipos hace que sea fácil para usted para diseñar circuitos
personalizados. Se puede soldar piezas en el área de prototipo para crear su
proyecto, ni lo use con un pequeño breadboard (no incluido) para probar
rápidamente las ideas de circuitos sin necesidad de soldadura. Tiene conexiones
adicionales para todos los Arduino pines I / O, y tiene espacio para montar a
través de agujero y la superficie de montaje de circuitos integrados. Es una forma
conveniente de hacer el circuito de la costumbre y la Arduino en un único módulo.
Programación
Vamos a nombrar en las que se puede programar el chip directamente con un cable
USB, los que no se citen se entiende que requieren de algo que no se incluye con la
placa ya sea un programador externo o similar.
35
Arduino Mega
Arduino UNO
Arduino Bluetooth
Arduino Nano
Arduino Pro
2.2.8.2. Dispositivos acoplables a Arduino
Para conseguir las características de un sistema domótico es necesario que además
del órgano central que controle el sistema tengamos a disposición sensores que
puedan recoger datos sobre la situación de cada habitación de la vivienda.
Dependiendo de estos datos el sistema domótico debe ser capaz de comunicarse con
los actuadores para mejorar la situación de la vivienda. También deben existir
elementos con los que el usuario pueda comunicarse con el sistema y pueda hacer los
cambios oportunos manualmente.
Los dispositivos estarán conectados mediante cables o directamente acoplados a la
placa Arduino. Algunos de ellos disponen de librerías que deberemos adjuntar al
programa para poder usar las utilidades que contengan. Para ello añadiremos la
carpeta de la librería en la carpeta libraries del entorno de desarrollo de Arduino. Al
principio del código del sketch incluiremos la librería con la línea: #include
<nombreLibreria.h>
Para utilizar los métodos de sensores y actuadores digitales debemos tener en cuenta
que solo tenemos dos posibles valores, HIGH representa el nivel alto y LOW el nivel
bajo.
En el caso de los analógicos su uso es levemente más complejo pero también más
configurable ya que tiene que leerse/escribir un voltaje de 0 a 5 voltios que se
representa en 10 bits (lectura) o en 8 bits (escritura), es decir la tensión puede tener
1024 (lectura) o 256 (escritura) valores distintos.
2.2.8.3. Sensores
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las
36
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 un detector de temperatura resistivo), una capacidad eléctrica
(como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una
corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
Los sensores siempre que estén activados estarán tomando continuamente la
situación actual de una habitación y es el servidor o la placa Arduino quien leerá esta
información y decidirá cómo actuar. Pueden ser digitales o analógicos.
Los digitales tienen que ser inicializados como pin de salida con el método
pinMode(numeroDePin, OUTPUT). Para poder obtener una lectura de los datos
usaremos el método digitalRead(numeroDePin). Los analógicos no requieren esta
fase de inicio y para leer lo haremos con analogRead(numeroDePin). Es
recomendable asignar a una variable la lectura recibida por los métodos para evitar
tener que llamar a la misma función en caso de necesitarse de nuevo. Como los
sensores analógicos son algo más complejos que los digitales se tratarán con un
ejemplo.
Los sensores que sean responsables de la seguridad de la vivienda deberían avisar del
evento mediante un actuador (por ejemplo un timbre o LED) o algún elemento de
comunicación (como un correo electrónico o un mensaje de texto al móvil). También
podría almacenarse el suceso en un fichero del servidor. A continuación se
describirán algunos sensores a tener en cuenta en un sistema domótico.
Módulo de gas: El detector de gas hace que la vivienda gane en seguridad si cuando
detecta un nivel alto de gas (lectura HIGH) el sistema avisa a la persona. Sería
importante que el sistema pudiera desconectar la mayor parte de red eléctrica posible
de la vivienda.
37
Figura 20: Sensor de Gas (Innovations, s.f.)
Módulo PIR: Otro elemento que interviene en la seguridad cuando no hay nadie en
casa es un detector de movimiento. En caso de detectar suficiente movimiento se
leerá un nivel alto.
También se puede utilizar para el confort del ser humano. En caso de detectar
movimiento en la habitación encender por ejemplo las luces o la calefacción,
dependiendo también de la lectura responsable de los dos casos.
Figura 21: Sensor de Movimiento (Gil, s.f.)
Módulo de luz: Este dispositivo es capaz de detectar el nivel de intensidad de luz
que hay en la habitación de forma analógica. El sistema leerá el voltaje y en caso de
detectar un nivel bajo de luz podría encender las luces de la habitación siempre y
cuando se detecte movimiento.
Figura 22: Sensor de Luz (openhacks, s.f.)
Módulo de humedad (y temperatura): Algunos dispositivos son capaces de
obtener varias mediciones en el mismo módulo. El módulo de la ilustración
corresponde a un DHT11 capaz de representar digitalmente la humedad ambiental
medida en % además de la temperatura en Cº. Tiene una precisión decimal y dispone
38
de su propia librería que contiene los métodos para recoger sus mediciones. Este
módulo es interesante colocarlo en la zona externa de la casa, como el balcón, la
galería o el jardín.
Figura 23: Sensor de Temperatura y Humedad (arubia45, s.f.)
Módulo de temperatura: En caso de utilizar calefacción o aire acondicionado el
sensor de temperatura puede ayudar a reducir el coste de la factura de la luz y
acomodar un poco más al ser humano. Cuando se detecte cierto umbral de
temperatura podría apagarse/encender o modificar la potencia de la calefacción.
Figura 24: Sensor de temperatura (Jasirgo, 2012)
2.2.8.4. Actuadores
Los actuadores son los dispositivos utilizados por el sistema de control centralizado,
para modificar el estado de ciertos equipos o instalaciones (el aumento o la
disminución de la calefacción o el aire acondicionado, el corte del suministro de gas
o agua, el envío de una alarma a una centralita de seguridad, etc.). Estos dispositivos
suelen estar distribuidos por toda la vivienda y, según el modelo, pueden admitir
baterías. En algunos casos, el sensor y el actuador son integrados en el mismo
dispositivo.
39
Entre los más comúnmente utilizados están: los contactores (o relés de actuación) de
carril DIN, los contactores para base de enchufe, las electroválvulas de corte de
suministro (gas y agua), las válvulas para la zonificación de la calefacción por agua
caliente, sirenas o elementos zumbadores para el aviso de alarmas en curso,
encendido/apagado, subida/bajada persianas, abertura/cierre puertas, etc)
Figura 25: Diagrama de Boques Sensor de luz-Actuador de Persianas (Pinto, 2012)
2.2.7.4 1. Clasificación de los actuadores:
Según de tipo de entrada
Según la magnitud controlada
Motores, persianas, toldos, luminarias, calefactores, climatizadores, electroválvulas,
cerraduras, sirenas, electrodomésticos, etc.
40
2.2.7.4.2. Actuadores utilizados en los sistemas inteligentes
Preaccionadores-Relés
Un relé es un interruptor eléctrico o electrónico basado en un circuito de
acoplamiento que permite la utilización de potencias importantes a la carga (salida) a
través de pequeñas señales de control en la entrada, a la vez que sirve como
interfaces de protección por aislamiento ante posibles problemas eléctricos.
Los relés más sencillos y los más utilizados son los de tipo electromecánico de
armadura.
Figura 26: Introducción a los Relés (Hernández, 2013)
Relés electromecánicos
Otros relés de tipo electromecánico son los de núcleo móvil, que permiten manejar
mayores corrientes, los relés reed de muy reducido tamaño y los relés polarizados
cuyo sentido de alimentación de la bobina permite cambiar los contactos de salida
que se abren o cierran.
Relés de estado solido
Los relés de estado sólido SSR (Solid State Relay) están formados un circuito
electrónico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un
interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Tienen la ventaja de no
41
producir ruido debido a que el circuito de acoplamiento está basado en componentes
no electromecánicos.
Relés de reducido tamaño
Por último comentar que uno de los requisitos más importantes en el sector terciario en
el que se centran la domótica y la inmótica es la necesidad de disponer de elementos de
reducido tamaño, para su incorporación y cuadros eléctricos generales en carril DIN o en
cajas de distribución o de mecanismos.
Motores eléctricos
El motor eléctrico es sin duda el actuador eléctrico más utilizado y que más
aplicaciones tiene en todos los niveles de la utilización de la electricidad. Existe una
gama muy amplia de tipo de motores, que se elegirán en función de la aplicación y
de la red eléctrica que se disponga en el lugar de utilización.
En los ámbitos de la domótica y la inmótica, los motores forman parte como
accionamiento lineal o rotatorio de algún tipo de equipo con el que gobernar las
múltiples instalaciones, cubriendo determinadas funcionalidades: climatización,
bombeo, apertura y cierre de portones, persianas, cortinas y toldos, sistemas de
elevación, ventilación, etc. O formando parte de los más diversos electrodomésticos
y equipos electrónicos: lavadoras, lavavajillas, licuadoras, bombas de acuario,
cámaras motorizadas, y otros muchos.
Persianas y toldos
En el caso de toldos y persianas el motor se instala en el interior del eje haciéndolo
girar y con ello permitiendo la extensión o recogida de elemento en cuestión. El
dispositivo de control maneja dos señales para permitir el giro en dos sentidos.
42
Figura 27: Motor de persiana para inserción en eje (Pérez M. L., 2015)
Cerraduras eléctricas
Este tipo de actuadores se utilizan para facilitar el acceso a viviendas y edificios en
combinación con otros elementos para el control de accesos que identifican al
usuario o simplemente detectan o avisan de la intención de entrar.
Los más simple y utilizados se basan en electroimanes que se colocan en la puerta o
en el marco, permitiendo liberar el pestillo cuando se le hace llegar una señal
eléctrica.
Figura 28: Cerraduras Electricas (Linea, s.f.)
2.2.8.5. Microcontroladores
Como su nombre lo indica Micro por su tamaño, es un dispositivo pequeño, y
Controlador porque se utiliza principalmente para controlar otros circuitos o
dispositivos, sus líneas de entrada/salida soportan las conexiones de los sensores y
actuadores a manejar y todos los recursos complementarios disponibles.
Un microcontrolador es un dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos
lógicos. Estos procesos o acciones son programados en lenguaje ensamblador por el
43
usuario, y son introducidos en este a través de un programador, es decir que un
microcontrolador es un circuito integrado que contiene toda la estructura
(arquitectura) de un microcomputador.
2.2.8.6. Software
MicroCode Studio
Es una herramienta de diseño integrado (IDE) que incluye un circuito para
depurar errores (In circuit Debugging - ICD) que está especialmente diseñada
para laboratorios de micro ingeniería.
Gracias a su completo editor podrás tener todas las facilidades para programar ya
que dispone de un sistema de realce de sintaxis, ayuda contextual, y un modo
para esconder el código con el que no estás trabajando para focalizar y centrarte
en una pequeña parte. Además incorpora un buscador que navega dentro de los
distintos archivos, definiciones, variables, etiquetas.
Su circuito integrado de depuración de errores permite comprobar el
funcionamiento de la aplicación, registrar funciones y analizar el rendimiento
mientras el programa está en marcha.
WinPic 3.55G
Cualquier programa que hagamos en el código fuente en ensamblador (ASM), lo
compilamos y transformamos en un archivo .hex que es el que vamos a grabar
con el WinPic800 al PIC 16F84A a través del TE20x.
Figura 29: Diagrama de flujo WinPic800 (Acaymo, 2008)
44
Winpic800 es un programa grabador de Microcontroladores muy usado y fácil
que puedes descargar libremente en www.winpic800.com
Figura 30: Pantalla WinPic (Acaymo, 2008)
Software para Arduino
El software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de
programación Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la
placa.
Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos
basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas,
diseñadores, aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos
interactivos.
Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de
toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando
luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se
programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basasdo en Wiring) y
45
el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos
con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien
tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software
(p.ej. Flash, Processing, MaxMSP).
El entorno de desarrollo de Arduino es sencillo e intuitivo además puede descargarse
gratuitamente desde su página oficial para distintos sistemas operativos. Ha sido
implementado con Processing, un lenguaje similar a Java. Su última versión es la 1.0.2
aunque en el proyecto se ha utilizado la 1.0.1. Es importante remarcar que la placa
Arduino Uno solo la podremos utilizar a partir de la versión beta 0021. Está formado por
una serie de menús, una barra de herramientas con botones para las funciones comunes,
un editor de texto donde escribiremos el código, un área de mensajes y una consola de
texto.
Las placas pueden ser hechas a mano o compradas montadas de fábrica; el
software puede ser descargado de forma gratuita. Los ficheros de diseño de
referencia (CAD) están disponibles bajo una licencia abierta, así pues eres libre
de adaptarlos a tus necesidades. (ARDUINO, ARDUINO, 2012)
Figura 31: IDE software de Arduino UNO (Massimo, 2012)
46
2.3. Identificación de Variables
Variable independiente: Sistema DomSystem (Red de Sensores) con tecnología
WIRELESS-BLUETHOOT.
Variable dependiente: Automatización de servicios, confort y seguridad en un
prototipo a escala
2.4. Hipótesis
El diseño de un Sistema DomSystem con tecnología WIRELESS-BLUETOOTH
mejorará la automatización de servicios, confort y seguridad en un prototipo a escala
que podrá ser escalable con el tiempo y puesto en marcha en cualquier ambiente
físico.
47
CAPÍTULO 3
Establece los niveles o fases propuestas de la investigación seguidamente el
procedimiento para la realización del trabajo.
3. METODOLOGÍA
La metodología es la base más importante para la realización del proyecto ya que
el desarrollo de la misma integra varios procesos, donde todos los módulos deben
actuar y funcionar adecuadamente.
Para alcanzar los objetivos establecidos deberemos elegir herramientas óptimas
que faciliten el desarrollo y que nos permitan el cumplimiento de un cronograma
establecido con su respectivo funcionamiento.
En el proyecto se aplicó investigación bibliográfica, la cual brindó el soporte
documental en todo lo relacionado al proceso de búsqueda de conocimiento,
proporcionando información de la tecnología de plataforma de Hardware Libre
Arduino, dispositivos de conexión inalámbrica, protocolos de comunicación,
convergencia de las TICS y muchas más herramientas necesarias para hacer que
la idea de la creación del prototipo se haga realidad.
Para la implementación del proyecto se necesitó de un proceso de maquetación,
la construcción de la parte física de los dispositivos, la comunicación entre
equipos, el software de control, todo el sistema utilizará como plataforma base
Arduino en la que se interactuará con otros dispositivos.
Los aspectos que se relacionan en la creación del sistema son varios:
Elección de los dispositivos que se adapten a los objetivos que queremos
cumplir.
El factor económico es decir con cuanto capital se dispone para afrontar
la consecución del proyecto.
El factor de estética ya que al elegir dispositivos inalámbricos evitaríamos
el cableado que en muchas ocasiones es una molestia, aun sabiendo que
los dispositivos inalámbricos llegan a valer más a la final de la
implementación a gran escala resultara más bajo en costos.
48
Como objetivo se ha propuesto crear un sistema de monitoreo y control mediante
actuadores y sensores con placas de bajo costo , para el funcionamiento habrá
que brindar la lógica adecuada para que puedan comunicarse la placa master y la
placa esclavo con el fin de poder monitorear y controlar los dispositivos para los
sectores donde fueron implantados.
La fase de verificación y pruebas determinara que los dispositivos interactúen en
red mediante la aplicación de control.
En resumen la metodología planteada consiste en 4 fases con un modelo
incremental basado en un desarrollo en cascada ya que sin la terminación de un
ciclo no se podrá seguir con su consecutivo.
ENTRADA FASE 1 FASE2 FASE3 FASE4 SALIDA
Planificación Diseño Implementación Despliegue
Investigación Desarrollo
3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
En el presente proyecto se aplicó investigación bibliográfica la cual nos ayudó con el
soporte documental proporcionando información de todas las tendencias y
aplicaciones que se encuentran en el mercado así mismo de tecnologías que aporten
al bajo costo de construcción.
Como tendencia actual y por la convergencia de las TICS se ha dotado de
conocimientos sobre plataformas que nos permitan su uso, de ahí que luego de una
amplia investigación se ha propuesto relacionar conceptos como: Arduino, Sensores,
Tipos de Sensores, Actuadores, Comunicación Inalámbrica, tecnologías existentes
desde hace tiempo y todas las herramientas necesarias para hacer que la idea de la
creación del prototipo sea un hecho.
También se utilizó investigación experimental ya que al concluir con la
infraestructura de hardware necesitaremos obligatoriamente hacer pruebas de
conexión, sabiendo que existe transmisión de datos utilizaremos la programación
lógica adecuada para comunicarnos entre dispositivos y así recopilar información de
cada uno de los actuadores y sensores para que cumplan con la necesidad requerida.
49
3.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN
La investigación iniciará con carácter exploratorio porque el investigador se asocia
directamente al problema, necesidades y requerimientos en base al tema propuesto.
De esta forma se actuara como eje fundamental para proporcionar la solución,
además se tendrá una visión clara y directa del prototipo a implementar; se pasará a
un nivel descriptivo para explicar las propiedades, características y rasgos de cada
uno de los dispositivos que conforman el proyecto y así ver que tan factible es cada
uno de los elementos para afrontar el problema; seguirá con el nivel correlacional
porque se relacionan las variables dependiente e independiente propuestas es decir
todos los requerimientos como la automatización y el confort tendrán de trabajar en
conjunto para armar el sistema de monitoreo y control concluyendo finalmente en un
nivel explicativo ya que se detallará la solución al problema presentando un robusto
prototipo que cumpla con todos los requerimientos y sea precedente de próximas
investigaciones y futuras adecuaciones
3.3 PROCEDIMIENTO DEL PROYECTO
3.3.1 Fase 1 (Planificación e Investigación)
Esta fase inicial permite esbozar las características que queremos añadir al proyecto,
desde la gestión de iluminación y demás actuadores que queremos controlar y censar.
Definir las ideas para elegir el tipo de infraestructura física tales como dispositivos
de control, sensores, actuadores, medios de transmisión.
Para la consecución del sistema nos basamos en esbozos iniciales para concluir en un
final adaptándose a la idea inicial pero con fundamentos teóricos y prácticos acorde a
los objetivos a cumplir.
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ESBOZO 1
En esta fase inicial la idea fue la elección del medio de transmisión entre la tarjeta
principal o master y la tarjeta esclavo la cual permite la comunicación entre sensores
y actuadores, a su vez se tenía previsto una red GSM que nos permitiría mensajes de
alarma en texto al celular.
ESBOZO 2
Gracias a proyectos ya realizados, investigación y desarrollos ya existente en base a
nuevas tecnologías sobre sensores, actuadores y hardware de comunicación se eligió
como plataforma base a ARDUINO por ser OPEN HARDWARE, estar acorde en la
idea que se quería plasmar, ejemplos ya realizados y la amplia información sobre
este dispositivo de control.
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ESBOZO 3
Ya teniendo la idea clara de cómo funcionan cada dispositivo se procedió a
esquematizar la distribución de las placas es decir con cuantas placas vamos a contar
para llevar a efecto el desarrollo, que es lo que vamos a censar y como vamos a
actuar inteligentemente con cada uno de los elementos que conformaran tanto la
placa master, como la placa esclava.
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ESBOZO 4
Se seguía manteniendo y analizando la idea inicial, pero queríamos convertirla en un
sistema más grande por eso se veía la posibilidad de también implementar una RED
GSM y conexión remota mediante internet, las expectativas iban más allá de la
realidad pero también se tenía que estimar costos y tiempo.
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ESBOZO FINAL
Para esta etapa final ya se tenía claro que es lo que se va hacer, que vamos utilizar,
con cuanto recursos contamos y que disponibilidad de tiempo se le va a dar al
proyecto para poderlo concluir.
En tal virtud los elementos a utilizar en la plataforma de hardware fueron analizados
previamente y se concluyó de la investigación que los más óptimos y acordes al
planteamiento principal fueron los siguientes:
PLACA MASTER: Arduino Mega-Bluetooth (Recepción de Datos)
PLACA SLAVE: Arduino Mega-2 Módulos Bluetooth (Recepción - Transmisión de
Datos)
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SENSORES: Presencia (Movimiento), Magnéticos (Control de Ventanas).
ACTUADORES: Relé, Motor, Luces Led.
GESTION: Seguridad - Monitoreo - Control
3.3.2 Fase 2 (Diseño y Desarrollo)
Para esta fase habrá que elegir ya específicamente todo lo que utilizaremos en el
sistema es decir empezando desde los dispositivos que formaran parte del hardware,
el software que nos permitirá de dotar de la programación lógica para que cada uno
de los elementos puedan comunicarse entre sí y el conocimiento específico de cada
una de las partes que conformaran el sistema.
El modelo incremental que estamos utilizando se basa en el modelo en cascada ya
que sin la terminación de un ciclo no se podrá seguir con su consecutivo.
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3.3.2.1 Herramientas del Diseño
Las herramientas en este caso el software para transferir los esbozos y las ideas
plasmadas, se dividen específicamente en:
Herramientas para la construcción, diseño esquemático e impresión de placas.
Herramienta de Programación para dotar de la lógica permitente a cada uno de los
dispositivos.
Herramientas de Compilación y Grabación la que nos permite transferir la
programación lógica a cada uno de los microprocesadores a utilizar.
Herramientas para pruebas y recolección de datos de la comunicación.
Herramientas para el desarrollo del software de control.
Estas herramientas son un conjunto elemental para poner en marcha el proyecto y las
podemos describir a cada una de ellas con sus funciones específicas:
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.
Code Vision: Compilador y Grabador para dispositivos atmel, para nuestro caso
mencionaremos al Arduino Mega que consta de un micro controlador ATmega2560.
Terminal software- RS232: Software de simulación para comprobar puertos
seriales.
Visual Basic 6.0: Lenguaje de Programación utilizada para la elaboración de
interfaces que faciliten la comunicación entre dispositivos y nos permita el control de
los mismos.
App Inventor: El App inventor es una aplicación de Google Labs para crear
aplicaciones Android, estas apps pueden crearse desde cualquier smartphone con
sistema operativo Android y es la que nos permitirá realizar la interfaz amigablepara
el usuario que le permita controlar los actuadores del sistema.
56
3.3.2.2 Desarrollo de los Módulos Hardware
Para que el desarrollo del sistema se adapte a nuestros requerimientos se utilizó una
arquitectura centralizada distribuyendo el proyecto en tres módulos (Módulo de
Control o Máster, Módulo de Comunicación o Esclavo e Interfaz de Usuario).
La topología usada es tipo estrella donde el Módulo de control Máster es el cerebro,
el cual nos permite la óptima comunicación entre los elementos o dispositivos y
además nos permite establecer los protocolos a utilizar.
Figura 32: Esquema General de los Módulos (Hecha por Investigador)
MODULO
MASTER
Arduino Mega
Bluetooth HC 05
MODULO
SLAVE
Bluetooth HC 05
SLAVE
Arduino Mega
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Módulo Máster: Es el encargado de todo el control y funcionamiento de nuestro
sistema consta de un módulo bluetooth la función primordial es estar en ciclo de
espera hasta recibir la señal enviada por el módulo de comunicación que contiene el
modulo bluetooth esclavo para así poder validar la señal recibida y posteriormente
generar la señal encargada del accionamiento de los actuadores.
Para la construcción de esta placa Máster se utilizó una tarjeta Arduino Mega que
contiene el micro controlador ATmega2560.
El Arduino Mega es una placa microcontrolador basada ATmeg2560 (datasheet).
Tiene 54 entradas/salidas digitales (de las cuales 15 proporcionan salida PWM), 16
entradas digitales, 4 UARTS (puertos serie por hardware), un cristal oscilador de
16MHz, conexión USB, entrada de corriente, conector ICSP y botón de reset.
Contiene todo lo necesario para hacer funcionar el microcontrolador; simplemente
conéctalo al ordenador con el cable USB o aliméntalo con un trasformador o batería
para empezar. (ARDUINO, ARDUINO MEGA 2560, 2015)
Características técnicas del producto:
Microcontroladores: ATmega2560
Voltaje de Funcionamiento: 5V
Voltaje de entrada (recomendado): 7-12 V
Voltaje de entrada (limites): 6-20 V
Pines Digitales I-O 54 (de las cuales 15 proporcionan salida PWM)
Pines de entrada analógica: 16
Corriente DC por pin I/O: 40 mA
Corriente DC por pin 3.3V: 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.
58
3.3.2.3 Diseño de Hardware Módulo Máster
La placa Master está constituida por el Módulo Arduino y el Módulo Bluetooth HC-
05.
Módulo Arduino Mega 2560: Se utilizó este dispositivo por la factibilidad que
ofrecía en cuanto al cumplimiento de los objetivos, ya que necesitábamos 3 salidas
seriales una para la comunicación de la placa Máster y las otras 2 para los módulos
bluetooth, a pesar de aumentar un poco su costo es uno de los microcontroladores
más sencillo en el mercado por su fácil configuración e implementación ya que posee
una interfaz IDE que hace más sencilla la programación lo que significa una ventaja
con otros microcontroladores existentes ya que se deben trabajar más en la
construcción del código fuente mediante comandos.
A su vez permite la conexión para adaptar y configurar el módulo de comunicación
bluetooth HC-05 Máster y así por medio de éste poder recibir la señal generada por
otro dispositivo bluetooth HC-05 esclavo, analizarla y finalmente poder mandar la
señal de acción para los actuadores o métodos de acceso y censo.
Figura 33: Tarjeta Arduino Mega Parte Frontal (ARDUINO, ARDUINO MEGA
2560, 2015)
59
Figura 34 Tarjeta Arduino Mega Parte Trasera (ARDUINO, ARDUINO MEGA
2560, 2015)
Modulo Bluetooth HC-05: Es el encargado de enviar y recibir la señal generada por
los dispositivos bluetooth (esclavo) al módulo de control es decir es un módulo de
dos vías o Bidireccional.
La señal es producida por el usuario mediante una interfaz en el equipo pc (portátil o
escritorio) para controlar los sensores y actuadores conectados en la placa máster.
Se utilizó este dispositivo luego de investigar cuan necesario es para nuestra área de
trabajo en este caso una WPAN (Wireless Personal Area Network) o Red de área
personal inalámbrica que nos permite la comunicación entre distintos dispositivos
(computadoras, puntos de acceso a internet, teléfonos celulares, PDA, dispositivos de
audio, impresoras) cercanos al punto de acceso es decir como su nombre lo indica y
al estar implementado en una maqueta a pequeña escala la comunicación de esta Red
es de pocos metros y para uso personal.
Figura 35: Red de Área Personal (Sistenas, 2010)
60
El módulo de bluetooth HC-05 es el que ofrece menor costo y características, ya que
es un módulo Maestro-Esclavo, esto quiere decir que además de recibir conexiones
desde una PC o Tablet, también es capaz de generar conexiones hacia otros
dispositivos bluetooth. Lo que nos permite por ejemplo, conectar dos módulos de
bluetooth y formar una conexión punto a punto para transmitir datos entre dos
microcontroladores o dispositivos.
Esquemas Placa Máster
Figura 36: Diseño del Circuito Placa Máster (Gualsaquí, 2015)
Figura 37: Esquemático de Dispositivos Placa Master (Gualsaquí, 2015)
61
Figura 38: Mascarilla Frontal de la Placa Máster (Gualsaquí, 2015)
Para comunicarnos con el módulo y configurarlo, es necesario tener acceso al
módulo mediante una interfaz serial para esto utilizamos el Arduino Mega 2560.
La conexión es fácil solamente requerimos la alimentación, GND o tierra y los pines
de transmisión y recepción serial (TX y RX) tomando en cuenta que se deben
conectar cruzados para que el modulo funcione correctamente.
TX Bt RX ARDUINO
RX Bt TX ARDUINO
62
MODULO
MASTER
Arduino Mega
Bluetooth HC 05
3.3.2.4 Diseño de Hardware Módulo Esclavo
La placa está constituida por un módulo Arduino Mega 2560 y dos módulos
Bluetooth HC-05, el primero para la comunicación con el de la placa Máster y el
segundo para comunicarse con el bluetooth del dispositivo móvil.
Figura 39: Diseño del circuito Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015
MODULO
SLAVE
Bluetooth HC 05
SLAVE
Arduino Mega
63
Figura 40: Diseño del Circuito Placa Esclavo 3D Edgar Gualsaquí, 2015
Figura 41: Esquemático Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015
64
Figura 42; Placa Física Esclavo lista para Montaje de Elementos Parte Frontal Edgar
Gualsaquí, 2015
Figura 43: Impresión de Pistas Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015
65
Figura 44: Montaje de Elementos Edgar Gualsaquí, 2015
Para el montaje de elementos en la placa necesitamos:
Borneras y Conectores las que nos permitirán la conexión física del sensor de
movimiento, sensores magnéticos. luces led, relé, motor, buzer.
2 Módulos Bluetooth uno que realiza la conexión con la placa master y el
otro para la conexión con el dispositivo móvil.
Capacitores, resistencias, opto acopladores, Diodos.
CIRCUITO PUERTA
Figura 45: Circuito Apertura de puerta Edgar Gualsaquí, 2015
66
Para el circuito de la puerta se utilizó un optocoplador 4n25 mas un mosfec el que
nos permitirá enviar un 1 lógico o un 0 lógico para la imantación del relé, es decir si
yo mando un 0 la bobina se imanta y si se manda 1 el relé vuelve a su estado normal
el que servira para la apertura y cierre de la puerta.
CIRCUITO SENSOR DE PRESENCIA, SENSORES MAGNÉTICOS Y
ALARMA
Figura 46: Circuito Sensor de movimiento, sensores magnéticos Edgar Gualsaquí, 2015
El sensor de presencia está conectado a un puerto análogo del Arduino el que nos
permite saber si la alarma se enciende, es decir en movimiento o presencia el sensor
votará un 1 lógico el que nos activará el Buzer que es la alarma y lo contrario cuando
no haya movimiento se mantendrá en 0.
Los sensores magnéticos actúan cuando se abre las ventanas, su actuador es
igualmente el Buzer que nos dará el pitido de alarma cuando se haya forzado una
ventana, para esto en el circuito funciona con 2 capacitores disc100n50v los cuales
generan un campo eléctrico que en los sensores magnéticos permiten enviar un 0 o
un 1 para la activación de la alarma.
67
CIRCUITO PERSIANA
Figura 47: Circuito Apertura y Cierre de persianas Edgar Gualsaquí, 2015
Se utilizó el integrado L293D incluye cuatro circuitos para manejar cargas de
potencia media, en especial pequeños motores y cargas inductivas, con la capacidad
de controlar corriente hasta 600 mA en cada circuito y una tensión entre 4,5 V a 36
V.
La salida lógica de este circuito para que el motor gire es:
IN1 IN2 SALIDA
0 0 0 El motor está apagado
0 1 1 El motor gira a la derecha
1 0 1 El motor gira a la izquierda
1 1 0 El motor está apagado
Tabla 2: Cuadro de disposiciones del motor Edgar Gualsaquí, 2015
68
CIRCUITO GESTIÓN ILUMINACIÓN
Figura 48: Circuito Gestión de Iluminación Edgar Gualsaquí, 2015
Para el encendido de las luces se utilizó un transistor 2n3904 ya que nos permite
llegar al amperaje necesario que 600 mA para el funcionamiento de los leds de 12
voltios.
3.3.2.5 Diseño del Software de Comunicación Placa Máster
Para esta fase se utilizará Bascom en el cual programaremos la apertura-cierre de
puertos que vamos a utilizar y el envío y recepción de datos al bluetooth.
69
TABLA DE FUNCIONES Y EXPLICACIÓN
DE LA CONFIGURACIÓN DE LA PLACA MÁSTER
Tabla 3: Tabla de Funciones y Definiciones de la Placa Máster Edgar Gualsaquí,
2015
Definimos una variable para leer el puerto serial,
el que nos servirá para comparar con la presencia
de dato.
Leemos el puerto sin datos replica de esto se
encarga la función Noecho, esta es la señal que
enviará desde el bluetooth máster.
Esta primera parte es el envió de datos del
bluetooth hacia el pc.
En cambio la siguiente parte leo el puerto serial
desde la aplicación del VISUAL BASIC 6.0 e
imprimo datos al bluetooth en este caso del pc al
bluetooth.
Este módulo solo se encarga de enviar y recibir.
Configuración de Velocidad de
procesamiento del Arduino 16
MHz y velocidad de transferencia
de dato del Bluetooth.115200
baudios
70
3.3.2.6 Diseño Lógico para el Arduino 2560 y Bluetooth HC-05 de la Placa
Esclavo
Igualmente la Programación de la plataforma de Arduino se la realizo en Bascom
para la placa Arduino Mega 2560 y dispositivos Bluetooth HC-05, se la compilo y
grabó en CodeVision.
Configuración de la memoria donde se va almacenar los datos del Arduino.
Configuración de los puertos
Configuramos 2 timer para Pwm por q tenemos 3 áreas de gestión de luces,
ya que cada timer tiene 2 salidas.
Tabla 4: Tabla de Rutinas y Subrutinas, Definiciones de la Placa Esclavo Edgar
Gualsaquí, 2015
71
Definición variable Clave que es una
matriz, para recibir la clave en este caso
es (1234) para anclar al bluetooth del
dispositivo móvil al bluetooth esclavo
de la misma placa.
La variable S lee el puerto serial para
los datos de lo que es la clave.
Definición de variables generales.
Apertura de puerto para leer datos
binarios de control en sus respectivos
seriales.
Tabla 5: Rutinas y Subrutinas, Definiciones de Variables Generales Placa Esclavo
Edgar Gualsaquí, 2015
72
Definición de variables
generales.
Configuración de nombre y
de pines en donde
trabajamos en el Arduino.
Tabla 6: Definición de Variables Globales y pines del Arduino Mega 2560 Placa
Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015
73
Subrutina Bluetooth
Leemos el COM 2 y comparamos si el dato es
diferente de 0 entonces recibimos la cadena de
control que nos permiten verificar que la luz
enciende con 1 y se apaga con 0
El proceso es igual para cada área que hemos
especificado es decir L1 para la gestión de luces
del área 1, L2 para área 2 y finalmente L3 para el
área3.
Si la variable S que nos permite leer los datos del
bluetooth es igual a algún valor diferente de 0
entonces la alarma se activa caso contrario la
alarma se resetea es decir podemos apagar.
Tabla 7: Sentencias de Condición para realizar rutinas y subrutinas
74
Evalúa el puerto que va ser controlado en la interfaz
de Visual Basic para las ventanas con los sensores de
variables V1 y V2 para leer el dato y activar el buzer
con un ciclo de tiempo.
Si alarma esta activa y existe presencia leemos dato
del puerto y encendemos el buzer.
Las variables Ps y Pb nos sirven para enviar los datos
desde la interfaz de usuario que nos indica si subimos
o bajamos persianas.
Tabla 8: Tabla de Sentencias Lógicas Sensor de Presencia Edgar Gualsaquí, 2015
3.3.2.7 Diseño de la Interfaz en Visual Basic 6.0
Para la implementación de la interfaz de usuario trabajaremos en Visual Basic 6.0
La aplicación está compuesta por 2 Form:
El Form Principal que nos servirá de entrada al sistema y en el que hemos colocado
una sección de login USUARIO-CLAVE fáciles de recordar que simplemente son
con el objetivo de que los controles no sean manipulados fácilmente.
75
LOGIN
La variable a recibirá la
cadena de caracteres del
TextBox. Si desea salir
valida YesNo si es Yes
entonces sale.
Si el TextBox valida el
Usuario y Clave como
verdaderos nos presenta el
Form 1 de Control
Tabla 9: Tabla de Código del Form Principal Edgar Gualsaquí, 2015
Figura 49: Pantalla Principal de Ingreso al Sistema Edgar Gualsaquí, 2015
Una vez validado Usuario y Clave pasaremos al Form de Control, Este Form está
constituido de 2 partes como se identifica claramente, la sección 1 llamada
MONITOREO de sensores y la sección 2 llamada CONTROL DE ACTUADORES.
76
Figura 50: Pantalla de Control del Sistema Edgar Gualsaquí, 2015
Btn_salir verifica si desea salir, sino regresa a la pantalla del Form1 de control.
Tabla 10: Tabla de Subrutina Botón Salir Edgar Gualsaquí, 2015
Abrir el puerto Comm1
Tabla 11: Tabla de Subrutina Abrir puerto Comm Edgar Gualsaquí, 2015
77
Función enviar, puerto si está abierto o cerrado, envía con el número 13, esto
quiere decir es fin de línea que solo sirve para regresar.
Se envía una cadena tipo String, y devuelve un mensaje de error si el puerto
Comm que estamos utilizando está cerrado al contrario que si el puerto está abierto
entonces lee los datos de conexión entre el bluetooth esclavo y el bluetooth máster.
Tabla 12: Tabla Funcio Enviar dato al puerto Comm Edgar Gualsaquí, 2015
Esta subrutina nos lee los datos de los sensores magnéticos y de movimiento
permitiendo al shape mantenerse en espera hasta llegar un bit de aviso.
78
Este botón nos valida si queremos seguir en el sistema, caso contrario envía un
mensaje de salida.
Tabla 13: Tabla de Subrutina Botón Salir Edgar Gualsaquí, 2015
Los Timer son los que leen las funciones, característica que va a coger el puerto
serial cada 100 milisegundos. Esta subrutina recoge los datos de la variable st1, el
Mid coge parte del string (st1), posición 1, numero de bits 2, porque en el
programa me envía 2 números que vamos a comparar.
Si st1 = A1, significa que vamos a coger parte del Mid poniendo el dato del Buzer
o Alarma en el shape 5 para controlar el estado del mismo, asi para los demás
elementos como persiana, y magnéticos de las ventanas.
Tabla 14: Tabla de lectura de Funciones con Timer1 Edgar Gualsaquí, 2015
79
Envía señal del bluetooth master hacia el bluetooth esclavo con el fin de
interactuar con el relé, el que recibe 1 para imantarse y 0 para volver a su posición
normal.
Aquí enviamos una señal analógica de 1 o 0 para que gire el motor, Ps persiana
sube y Pb persiana baja.
Carga el Form cuando se abre la pantalla, a su vez abre el puerto serial.
80
Aquí pondremos el Comm que hemos utilizado en este caso el CommPort3, la
velocidad 115200, n sin paridad, 8 bits de datos, 1 bit stop
Declaramos una variable S que nos servirá para comparar los valores del VScroll,
si S es menor que S1 se envía el dato para poder manejar el scroll de las luces,
además capturamos la información de los valores que van de 0 a 250 en el Label1
y así para las demás áreas.
81
3.3.2.8 Diseño del sistema de control para Android
Para el desarrollo utilizaremos App inventor, es la herramienta web de google que
permite desarrollar aplicaciones para dispositivos móviles Android. App inventor es
donde se desarrolla el diseño y funciones que el sistema DomSystem tiene.
El diseño de la aplicación del sistema DomSystem está formado por una pantalla en la
que gestionamos el control de la iluminación, la apertura de la puerta mediante clave y
quitar o poner alarma.
Análisis de la pantalla de control de DomSystem.
El usuario entra a la aplicación del sistema DomSystem en el dispositivo móvil.
El usuario puede presionar el botón de conectar o el botón salir.
El usuario busca el Bluetooth HC-05 de la placa esclavo para vincularse y
conectarse.
Una vez conectado el bluetooth el usuario para la apertura de la puerta debe ingresar
una clave “1234”.
Una vez dentro del sistema de control podrá gestionar la alarma.
82
El usuario podrá gestionar la iluminación de las 3 áreas independientemente.
La pantalla o Screen en forma descendente contiene:
Tres botones para la gestión de iluminación.
Un teclado que consta de 12 disposiciones que nos permitirá abrir la puerta.
Un botón para encender o apagar alarma.
Un selector de lista para que el teléfono despliegue los bluetooth conectados para
poder vincular.
Dos botones uno que da la acción de conectar y el otro salir.
OBJETO PROPIEDAD EVENTO
Screen Imagen de Fondo Nos coloca una
imagen
Etiqueta Text (Iluminación)
Text (Entrada por
Teclado)
Text (Alarma)
Coloca el texto en
la etiqueta.
Botón Text (Área 1) click Enciende o apaga
la luz
Botón Text (Área 2) click Enciende o apaga
la luz
Botón Text (Área 3) click Enciende o apaga
la luz
Botón Imagen (Alarma) click Enciende o apaga
alarma
Selector de Lista Text (Buscar
Dispositivo BT)
click Muestra lista de
dispositivos BT
Botón Text (Conectar) click Conecta con BT
Etiqueta Text(Conectado) Me vota un
mensaje de
conexión
Botón Text (Salir) click Sale del sistema
83
Tabla 15: Mapa de elementos de la programación en App inventor Edgar
Gualsaquí, 2015
Programación grafica en bloques:
ListPicker1 nos muestra una lista de selección de dispositivos bluetooth visibles.
Cuando se ha escogido el dispositivo a vincularse se enlaza con el bluetooth.
Cuando el evento click del botón conectar seleccione el bluetooth cliente vincular y
envíeme el aviso de conectado.
Cuando botón salir realiza el evento click sale de la aplicación.
Necesitaremos 2 relojes uno para la conexión con el dispositivo bluetooth y el otro
para recibimiento de datos, también requeriremos un bluetooth cliente con el cual
podremos hacer la conexión.
Si el bluetooth está conectado poner un mensaje de texto de conexión de datos.
84
Tendremos una disposición de botones matricial de 12 posiciones para el teclado,
que cuando realice el evento click se conecta con el bluetooth y envía el dato.
85
3.3.3 Implementación
Bosquejo final a implementar.
Diseño de las placas Master-Esclavo en Proteus, quemada de pistas en las placas con
Cloruro Férrico y Agua caliente.
Disposición y montaje de los elementos a utilizar: Placa Máster
86
Placa Esclavo
Para programar las placas Arduino Mega 2560 utilizaremos BascomAvr el que nos
permitirá compilar el archivo luego procederemos a utilizar CodeVision para la
grabación del microcontrolador ATMEGA 2560 dotado de la lógica a todos los
dispositivos de la infraestructura de hardware.
87
Las pruebas de transmisión de datos las realizaremos y de apertura y cierre de
puertos la haremos con Terminal V1.9b en donde colocaremos datos de prueba para
una transferencia de datos segura, también probaremos la transmisión en Visual
Basic 6.0 con un TextBox en donde definiremos una variable que lea los datos de
entrada del bluetooth que pueden ser encender o apagar alarma, subir o bajar
persiana, abrir puerta dependiendo de las variables que hayamos declarado para cada
una de las acciones, esto nos permitirá imprimir los datos de llegada en el textBox
Aquí configuraremos la velocidad de transferencia de la placa master que es 115200,
el puerto COM que estamos utilizando y daremos en ejecutar.
88
Finalmente las partes pertenecientes al sistema DomSystem estarán listas para ser
implementadas en la maqueta a pequeña escala para su perfecto funcionamiento.
89
3.3.4 Despliegue
El Sistema DomSystem estará en capacidad de cumplir todos los objetivos
planteados Gestión de Iluminación, apertura de puerta, subir y bajar persiana,
Gestión de presencia mediante sensor de movimiento, Sensores magnéticos de
seguridad de ventanas todo esto gracias a una interfaz gráfica de escritorio y una
aplicación android para dispositivos móviles y fácil de utilizar para el usuario final
Aplicación de Pc para el monitoreo de sensores y control de actuadores.
90
Planos Vista Aérea: DomSystem
:
Aplicación Android para el control de actuadores y entrada al área específica.
91
CAPITULO 4
4. CONCLUSIONES
Para la solución del sistema se realizó una amplia búsqueda de información
de proyectos afines con lo propuesto, filtrando todo lo que nos pueda ayudar
para la consecución del sistema inteligente.
Luego de un largo proceso la realización y culminación del proyecto nos
sirvió para enriquecer el conocimiento tanto en la construcción y
programación de hardware con dispositivos electrónicos como en el
desarrollo de interfaces graficas de fácil uso para que el usuario pueda
manejar el sistema.
El proyecto también permitió el uso simultáneo de varios campos que a lo
largo de la carrera nos han podido encaminar como: Sistemas Digitales,
Redes y Telecomunicaciones, Informática y Tecnologías de la Información
aplicadas a la gestión técnica e inteligente de las viviendas u oficinas
facilitando las siguientes tareas: Seguridad – Confort - Accesibilidad y
Control, administración y ahorro de energía, control remoto de dispositivos
electrónicos mediante interfaces graficas de escritorio y móvil.
La convergencia de tecnologías tiene una amplia variedad de aplicaciones
que revolucionaran el concepto de seguridad y administración de las
instalaciones y edificaciones permitiendo que el propietario no solo controle
sus bienes sino que adicionalmente automatice tareas sin necesidad de estar
físicamente en la vivienda u oficina.
También se concluye que este sistema inteligente puede estar dirigido a un
sector vulnerable o con discapacidades físicas por el simple hecho de que el
mando de control tiene una disposición móvil.
La implementación realizada comprobó que se puede construir una aplicación
hardware para un sistema inteligente a menor costo de los que se encuentran
en el mercado es decir se abarato recursos y cumple con todas las
expectativas de un robusto sistema controlado mediante sensores y
actuadores.
92
Para nuestros alcances no se pudo realizar una implementación en un
ambiente físico real debido a la disposición de permisos y el tiempo requerido
para los mismos, pero la lógica de los dispositivos es la misma ya que solo
cambiaria los dispositivos actuadores y la transformación respectiva del
voltaje.
Con apoyo y más recursos se podría competir con otros sistemas en el
mercado demostrando que ahora los sistemas inteligentes pueden estar al
alcance de todos.
El diseño e implementación de DomSystem resultó factible, la facilidad del
bluetooth en los dispositivos móviles resulto de gran ayuda ya que nos
permiten la comunicación, con los actuadores de nuestro sistema.
La combinación de desarrollo de hardware y software fue un pilar
fundamental cuyo objetivo principal era simplificar los circuitos y hacer una
programación fácil y concisa.
Los dispositivos inalámbricos utilizados en este proyecto tienen capacidad de
implementarse en un ambiente físico real que no exceda los límites de
transferencia.
Al concluir este proyecto, se señala que la implementación del sistema no
solamente cumplirá con la seguridad y confort sino también con ahorro de
recursos energéticos, bajo costo frente a otras aplicaciones en el mercado,
utilidad en sectores vulnerables o con discapacidad física y lo más primordial,
crear un precedente en la Facultad de Ingeniería Informática sobre el estudio
de la convergencia de las TICS, el desarrollo acoplado de hardware y
software que permitirá tener una visión más amplia sobre la construcción de
sistemas inteligentes.
93
GLOSARIO DE TÉRMINOS
ACTUADOR: Es el dispositivo encargado de realizar el control de algún elemento del
Sistema, como por ejemplo, electroválvulas (suministro de agua, gas, etc.), motores
(persianas, puertas, etc.), sirenas de alarma, reguladores de luz, etc.
AUTOMATIZACIÓN: Nivel en que el trabajo humano es reemplazado por el uso de
máquinas.
DISPOSITIVO DE ENTRADA: Sensor, mando a distancia, teclado u otro dispositivo
que envía información al nodo.
DISPOSITIVO: Mecanismo o artificio dispuesto para producir una acción prevista.
DOMÓTICA: Conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de una
vivienda, para su control y supervisión.
INFRAESTRUCTURA: Conjunto de las instalaciones necesarias para el
funcionamiento de un servicio.
INTERFAZ DE SOFTWARE: Los lenguajes y códigos que las aplicaciones utilizan
para comunicarse entre ellos y con el hardware.
MEDIO FÍSICO: Ruta utilizada para la transmisión de datos en una red.
PROTOCOLO: Lenguaje de comunicación entre periféricos con objeto de establecer la
transmisión de datos con un sistema central o entre sí, de forma ordenada.
TOPOLOGÍA: Término utilizado para definir la estructura de la red y la configuración
del sistema y dispositivos electrónicos.
RESISTENCIA ELÉCTRICA: Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad
de oposición que tienen los electrones al moverse a través de un conductor. La
unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con
la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el
principio que ahora lleva su nombre.
CAPACITOR: Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo,
utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un
campo eléctrico.
94
RELÉ: El relé (en francés: relais "relevo") o relevador es un dispositivo
electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico
en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o
varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
BLUETOOTH: Bluetooth es una especificación industrial para Redes Inalámbricas
de Área Personal (WPAN) que posibilita la transmisión de voz y datos entre
diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de
los 2,4 GHz.
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.
WPAN: Wireless Personal Area Network (WPAN), Red Inalámbrica de Área
Personal o red de área personal inalámbrica, es una red de computadoras para la
comunicación entre distintos dispositivos (computadoras, puntos de acceso a internet,
teléfonos celulares, PDA, dispositivos de audio, impresoras) cercanos al punto de
acceso.
Estas redes normalmente son de unos pocos metros y para uso personal.
ARQUITECTURA CENTRALIZADA: En una arquitectura centralizada, un
controlador centralizado, envía la información a los actuadores e interfaces según el
programa, la configuración y la información que recibe de los sensores, sistemas
interconectados y usuarios.
COM: Un puerto serie o puerto serial es una interfaz de comunicaciones de datos
digitales, frecuentemente utilizado por computadoras y periféricos, donde la
información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez.
95
ANEXOS
Anexos A
Presupuesto
Para la ejecución del proyecto se analizó y estimo los materiales a utilizar, teniendo
en cuenta que se elaboraran 2 placas para la intercomunicación del sistema
inteligente.
Las placas a su vez estarán constituidas por diversos dispositivos los cuales
redactaremos en una tabla con sus respectivos valores con el propósito de mostrar el
costo real del proyecto.
Presupuesto inicial para el proyecto DomSystem en un prototipo.
RECURSOS MATERIALES
DETALLE CANTIDAD VALOR TOTAL
Arduino mega 2560 2 32,00 64,00
Modulo Bluetooth
HC-05
2 15,00 30,00
Servo troncado 1 8,00 8,00
Relé bobina 1 12,00 12,00
Sensor Magnético 2 2,50 5,00
Modulo Sensor De
Movimiento Pir
Arduino
1 5,00 5,00
Módulo Led Smd
5050
7 1,50 10,50
Set de conectores y
borneras
1 8,00 8,00
Transistor 2N3904 1 5,00 5,00
96
Circuito Integrado
L293d Driver De
Motores
1 3,50 3,50
Capacitores y
Resistencias
10 0,40 4,00
Integrado 4N25 1 3,00 3,00
Kit 40 Cables
Dupont Macho
Hembra Para
Protoboard Arduino
1 3,50 3,50
Buzer para alarma 1 1,00 1,00
Cable flexible #18
azul, rojo, negro,
amarillo, verde.
5 0,65 3,25
Mdf para maqueta 1 15,00 15,00
Acrilico para
maqueta
1 17,50 17,50
Plano Corte Laser 1 20,00 20,00
Caja madera placa
máster
1 7,00 7,00
Caja acrílica placa
esclavo
1 15,00 15,00
Subtotal 240,25
97
RECURSOS HUMANOS
DETALLE CANTIDAD
HORAS
CANTIDAD
EN DÍAS 8
HORAS
LABORABLES
VALOR TOTAL
Maquetación
Diseño (Tesista)
32 4 1 32,00
Armado de
Maqueta
(Tesista)
32 4 1,00 32,00
Diseño de
Circuitos
(Tesista)
40 5 5,00 200,00
Quemada de Pistas
(Tesista)
40 5 2,00 80,00
Soldar Elementos
(Tesista)
32 4 2,00 64,00
Programación
Dispositivos de
hardware (Tesista)
40 5 5,00 200,00
Programación
Interfaz Visual
Basic (Tesista)
40 5 5,00 200,00
Programación
interfaz Android
(Tesista)
40 5 5,00 200,00
Implementación
Dispositivos en la
maqueta (Tesista)
40 5 2,00 80,00
Subtotal 1088,00
98
OTROS RECURSOS
DETALLE CANTIDAD VALOR TOTAL
Biaticos,
Transporte
Otavalo-Quito
20 días 20,00 400,00
Luz - 20,00 20,00
Internet - 56,00 56,00
Impresiones
Anillados
2 20,00 40,00
Impresión
empastado final
full color
1 40,00 40,00
Anillado 2 3,50 7,00
Empastado 1 18,00 18,00
Subtotal 581,00
Total 1909,25
Imprevistos
5% del Total
95,46
Total
Presupuesto
2004,71
99
Anexos B
Instalación de programas utilizados para la Implementación del Sistema.
BASCOMAVR
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.
Para la instalación de BascomAVR se procederá a las siguientes instrucciones:
Ejecutar el archivo bcavr2078.exe
Dar click en el botón NEXT.
Aparecerá la siguiente ventana:
100
Click en I accept the agreement y presionar el botón NEXT.
Aparecerá la siguiente ventana:
Dar click en Next para proseguir con la instalación.
Aparecerá la ventana:
101
Puede elegir el destino o carpeta donde desee que se instale BASCOM o aceptar el
directorio por defecto.
C:\Program Files (x86)\MCS Electronics\BASCOM-AVR
Dar click en Next, aparecerá la siguiente advertencia:
Al no existir la carpeta se creará para la instalación de los archivos.
Al presionar el botón SÍ, aparecerá la siguiente ventana:
102
Se da la opción de elegir los componentes a instalar procedemos a dar click en Next.
Aparecerá la siguiente ventana:
Dar CLICK en NEXT si desea utilizar la carpeta por defecto para crear un acceso
directo asociado con el menú inicio o caso contrario click en Browse y elegir un
destino diferente.
103
Aparecerá la siguiente ventana:
Se instalará archivos adicionales:
Dar click en Next.
Aparecerá la siguiente ventana:
104
Finalmente el programa da la opción de reiniciar el sistema como paso final.
105
TERMINAL V1.9b
Ejecutar el archivo terminal.exe
106
CODEVISIÓN
Programa de Grabación de microprocesadores ATMEL, integra un generador
automático de código está disponible y compatible para sistema operativos como:
XP, VISTA y WINDOWS7 DE 32 Y 64 bits.
Ejecutar el archivo codevisionavr.exe
Presionar el botón NEXT.
Aparecerá la siguiente ventana:
CLICK en I accept the terms in the license agreement y presionar el botón Next.
107
Aparecerá la ventana:
Dar Click en Next.
Aparecerá la ventana:
Puede elegir el destino o carpeta donde desee que se instale CodeVisionVR dando
Click en Change o aceptar el directorio por defecto.
108
Aparecerá la siguiente ventana:
Dar click en Install.
Se ejecutará la instalación y aparecerá la siguiente ventana:
Se muestra la siguiente advertencia:
109
Click en OK
Finalizará la instalación y el programa se ejecutará:
PROTEUS 7.10
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.
110
Para la instalación procederemos a seguir los siguientes pasos:
Ejecutamos el archivo de instalación P7.10_SP0.exe
Hacemos click en next (siguiente)
Aceptamos los términos y condiciones haciendo click en Yes.
111
Marcar por defecto Use a locally installed Licence Key. Presionamos Next
(Siguiente).
1. Dar click en Next.
112
Si desea, dejar que Proteus se instale en la carpeta por defecto, caso contrario colocar
un directorio a su gusto y presionar Next.
113
Mantener marcadas las casillas de verificación por defecto, dar click en Next. Si se
quiere incluir el componente que incluye los archivos de conversión de diseños
anteriores a Proteus 3.XX marcamos también la casillaConverter Files.
Dejar la carpeta del programa que nos da por default y continuamos con Next.
114
En un momento se iniciara el proceso de instalación.
Finalizar la instalación dando click en Finish.
115
2. Antes de utilizar Proteus, de la carpeta Proteus 7.10 ejecutamos LXK
Proteus 7.10 SP0 ENG v1.0.1.exe como administrador.
En Browse seleccionamos la carpeta en donde se instaló Proteus, normalmente se
instala en “C:/Program FilesLabcenter ElectronicsProteus 7 Professional” y damos
click en UPDATE.
Finalmente ya podremos utilizar Proteus 7.10 SP0
116
117
VISUAL BASIC 6.0
La primera pantalla de instalación que visualiza es la siguiente:
Dar click en Siguiente, aparece la ventana de Contrato de Licencia de Usuario, en la
cual debemos dar clic en la leyenda de “Acepto el Contrato” y posteriormente en el
Botón Siguiente, tal y como se muestra a continuación:
118
A continuación aparece una la pantalla de “Número de Producto e Id. de Usuario” en
la cual se nos solicitan la clave o id de instalación del producto, que es è 111-
1111111, también debemos proporcionar nuestro nombre y el de la empresa.
En Opciones de Instalación, se nos presentan tres opciones de instalación, de las
cuales debemos elegir “Personalizada”, para de esta forma poder seleccionar los
componentes de todo el Visual Studio que queremos instalar:
119
La siguiente ventana nos permite elegir la carpeta en la cual se instalarán los archivos
de Visual Studio. Por defecto nos da una dirección estándar, es recomendable
conservar esta:
Dando click en Siguiente aparecerá una ventana en la cual nos indica que la
instalación de Visual Studio está iniciando, sin embargo cabe mencionar que
únicamente se instalaran los productos seleccionados, Visual Basic para este caso:
120
A continuación aparecerá la ventana de Instalación de Visual Studio en la cual al
igual que en las pantallas anteriores debemos seguir las indicaciones que aparecen en
la pantalla:
Posteriormente nos muestra el número de Serie del producto pantalla en la cual solo
debemos dar clic en el botón de Aceptar.
121
Posteriormente nos presenta la pantalla en la cual debemos seleccionar los elementos
de Visual Studio que queremos instalar, es aquí donde le indicamos a la aplicación de
Instalación que queremos instalara Visual Basic.
Dar click en Next y empezara la instalación.
Una vez completada la instalación debemos de reinicializar el equipo para que se
termine la configuración de la instalación:
122
Finalmente podemos trabajar en el IDE de este lenguaje de programación.
APP INVENTOR
Requisitos:
Tener una cuenta gmail.
En el navegador hay que introducir la dirección http://appinventor.mit.edu/ pedirá
datos de acceso al correo de Gmail y, si es la primera vez que se accede, pedirá
permiso para usar esa cuenta de correo. Una vez que se le concede el permiso se
carga la siguiente pantalla:
123
Una vez entrado al entorno de App inventor podemos empezar a diseñar la
aplicación.
App Inventor tiene dos secciones la parte de diseñador y la parte de programación de
bloques.
La paleta contiene todos los elementos que podemos insertar en la aplicación. Hay
elementos gráficos como cuadros de texto, botones, lienzo de dibujo y elementos que
no se ven en la pantalla del móvil, acelerómetro, cámara de vídeo, etc.
124
Para añadir un elemento a la pantalla hay que arrastrarlo desde la paleta y soltarlo en
el visor. Los elementos que no tengan visibilidad hay que arrastrarlos también al
viewer y automáticamente se desplazarán debajo de él bajo.
Components muestra la lista de los componentes que se han colocado en el
proyecto. Cualquier componente que haya sido arrastrado y soltado desde la paleta al
visor aparecerá ahí. Si se quiere borrar alguno es en la lista de componentes donde
está el botón que permite borrarlo.
Media muestra las distintas imágenes y sonidos que estarán disponibles para el
proyecto. Cualquier archivo de imagen o audio que se quiera usar en la aplicación
hay que insertarlo usando este apartado para que esté disponible.
Properties: cada vez que en el Viewer se seleccione un componente, en Properties
aparecerán todos los detalles que se puedan cambiar de ese componente. Por
ejemplo, al hacer clic sobre un componente TextBox se podrá cambiar en Properties
su color, texto, fuente, etc.
ENTORNO DEL EDITOR DE BLOQUES
125
Anexos C
Collage proceso de elaboración del prototipo DomSystem.
Collage proceso de elaboración de maqueta.
126
127
128
Manual de instalación Controlador Arduino
Antes de Instalar DomSystem V1.0 deberemos configurar el puerto COMM 3 con el
cual trabajaremos, para esto instalamos el Controlador de la placa Arduino Mega
2560.
Abrir la carpeta Controlador Arduino que se encuentra dentro del disco.
Dar click en Arduino arduino-1.6.4-windows, aparece la siguiente ventana:
Aceptamos la Licencia y damos click en I Agree, en esta ventana muestra los
componentes a instalar.
129
Dar click en Next, nos indica cuanto espacio en disco duro ocupa y el directorio
donde se quiere instalar, lo pondremos por defecto.
Dar click en Install e iniciará el proceso de instalación.
Desea instalar el software del dispositivo, dar click en Instalar.
130
Instalar todos los componentes de Arduino, dar click en Install
131
Finalmente el dispositivo Android reconocerá el puerto para la aplicación.
Configuración puerto COM
Abrir Inicio
Dar click derecho en Equipo-Propiedades
132
Aparece la siguiente pantalla:
Dar click en Administrador de Dispositivos, para el efecto debemos tener conectada
la placa Arduino.
Aparecerá la siguiente pantalla indicándonos Puertos (COM y LPT)
133
Dar click en Puerto (COM y LPT), se despliega Arduino Mega 2560, en el caso que
por defecto salga el puerto configurado en el sistema lo dejamos, caso contrario lo
cambiamos al COM 3 con el q se trabajó para la placa.
134
Para cambiar el puerto COM dar doble click en Arduino Mega 2560, aparecerá la
siguiente pantalla:
Ir a Configuración de puertos, OPCIONES AVANZADAS
135
En esta pantalla cambiamos al puerto COM que se utilizó en el sistema, es decir el
COM3 y dar click en ACEPTAR.
El puerto queda configurado para la aplicación.
Manual de Instalación Aplicación de Escritorio DomSystem V1.0
Abrir la carpeta DomSystem V1.0 que se encuentra dentro del Disco.
Una vez dentro de la carpeta DomSystem V1.0, abrir la carpeta Paquete.
136
En la carpeta Paquete aparece el archivo Setup, dar click en Aceptar
Saldrá la siguiente pantalla:
137
Podremos escoger el directorio de instalación o sino lo dejamos por defecto.
Dar click en el icono para instalar.
Damos click en Continuar.
Finalmente se habrá instalado la aplicación, damos click en aceptar, la instalación ha
sido exitosa.
138
Manual de Usuario DomSystem V1.0
Una vez instalado DomSystem V1.0, en el directorio especificado, se crea una
carpeta en el menú de inicio, con el icono del nombre del programa instalado.
Dar click en DomSystem V1.0.
Se desplega la siguiente pantalla principal con un área de login, que no es más que
para poder acceder a la pantalla de control.
Usuario: domsystem Clave: 1234
Una vez digitado el usuario y la clave podremos INGRESAR si desea o SALIR caso
contrario.
139
Al dar click en INGRESAR se accede a la siguiente pantalla:
Aquí estarán todas las funciones del Sistema divididas en 2 partes específicas:
MONITOREO DE SENSORES Y CONTROL DE ACTUADORES, a continuación
se mostrara en una tabla la función que cumple cada botón.
MONITOREO DE SENSORES
Botón ON/OFF permite activar la
alarma cuando el usuario no esté
presente, ya que esta interconectada
con los sensores magnéticos de la
ventana, el sensor de presencia y el
buzer.
Estado de sensores una vez activada la
alarma indica el estado ROJO
prendido, VERDE apagado.
También indica si el sensor de
presencia detecta movimiento se
pondrá el estado en ROJO sino se
mantendrá en VERDE, sensor 1 y
sensor 2 pertenecen a los magnéticos
de la ventana que tendrán el mismo
funcionamiento de los anteriores.
140
CONTROL DE ACTUADORES
GESTIÓN DE ILUMINACIÓN
Permite controlar mediante un scroll la
intensidad de la luz y encender o
apagar.
PERSIANA
Tiene 2 botones: SUBIR y BAJAR
como su nombre lo indica hará las
acciones pertinentes.
Botón ABRIR a diferencia del de la
aplicación DomSystem Android V1.0.
Permitirá abrir la puerta desde adentro
de la oficina.
El botón SALIR permite finalizar la
aplicación.
Manual de Instalación Aplicación DomSystem Android
Para la instalación seguir las siguientes instrucciones:
Conectar el dispositivo móvil a la PC para poder copiar el archivo ejecutable.
Ir a la carpeta Download del dispositivo móvil sea cual sea el modelo o Tablet.
Copiar el archivo DomSystem.apk que se encuentra dentro del disco en el directorio
mencionado del dispositivo móvil.
141
Una vez en el dispositivo móvil ir a la carpeta Mis Archivos al directorio del móvil
Device Storage para verificar si el ejecutable se encuentra en esta ubicación.
142
Una vez ubicado el archivo DomSystem.apk damos click o pulsar sobre la
aplicación.
Como es una aplicación que no se encuentra en google play necesitamos ir a
configuración del dispositivo.
Una vez que entramos a configuración, pulsar en Orígenes Desconocidos
143
En Orígenes Desconocidos damos click en Permitir una instalación y en el botón
Aceptar.
144
Aparecerá el botón Instalar DomSystem y dar click.
Una vez instalado aparecerá la pantalla de Instalación Finalizada.
145
La aplicación estará lista para utilizar.
Manual de Usuario de la aplicación DomSystem V1.0 Android
Encender el Bluetooth del dispositivo
móvil, luego una vez en la aplicación
dar click en BUSCAR DISPOSITIVO
indicara el dispositivo HC-05 para
poder conectar dando click en
CONECTAR, o pondremos SALIR en
el caso que sea necesario.
Gestión de Iluminación permite apagar
o encender las luces desde el dispositivo
móvil.
146
Entrada por teclado desde el móvil
permite ingresar solamente si digitamos
la clave correcta para este caso de
demostración 1234.
Botón alarma permite activarla o
desactivarla según sea el caso.
147
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