Acapulco gro. 09 de Abril del 2015

DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INTELIGENTE PARA UNA CASA

HABITACION, EL CUAL AYUDE A MANTENER DE MANERA CONFORTABLE A LOS

USUARIOS DE DICHA VIVIENDA.

Christian Ivan Onofre Ramos

Yudith Jiménez Jiménez

NOMBRE DEL PROYECTO:

DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INTELIGENTE PARA UNA CASA HABITACION, EL CUAL AYUDE A MANTENER CONFORTABLE A LOS

USUARIOS DE DICHA VIVIENDA.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

-Lograr una pequeña disminución en los gastos de energía eléctrica en el hogar

-Automatizar algunas tareas cotidianas que se realizan en el hogar y hacer más confortable la estancia de las personas que ahí habitan.

-Desarrollar un sistema de seguridad capaz de brindar comodidad y seguridad al alcance de los usuarios.

OBJETIVO

OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

INTRODUCCIÓN“La tecnología aplicada al hogar,” conocida como domótica, integra automatización

informática y nuevas tecnologías de comunicación; todas ellas dirigidas a mejorar la

comodidad, la seguridad y en definitiva el bienestar dentro de los hogares.

El término “Domótica” (Del latin domus, casa, e informática) tiene varias aceptaciones,

entre ellas la que da al diccionario de la real academia, que defina la domótica como “El

conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de una vivienda” La

vivienda domótica nace para facilitar la vida a los ciudadanos, haciéndolas más cómoda,

más segura, y con mayores posibilidades de comunicación y ahorro energético.

La domótica controla y automatiza la gestión inteligente de la vivienda. Aporta confort,

comunicación y seguridad, además de gestionar eficientemente el uso de la energía,

favoreciendo el ahorro de agua, electricidad y combustibles. (Como ahorrar energía

instalando domótica en su vivienda, pág. 5 CEDOM (Asociación Española de Domótica)

Aunque el ser humano todavía no está arraigado a las propiedades que ofrece la

domótica es un hecho que en un futuro estará instalada en cualquier vivienda. Pero ¿Qué

es la domótica? Se podría definir la domótica como el conjunto de tecnologías aplicadas al

control y automatización inteligente de la vivienda, que permita una gestión eficiente del

uso de la energía además de aportar seguridad, confort y comunicación entre el usuario y

el sistema. Para poder conseguir las propiedades comentadas anteriormente es necesario

que los sistemas recojan la información de su entorno con sensores y dispongan de la

lógica para actuar y realizar tareas en base a los datos obtenidos.

Actualmente los sistemas domóticos tienen un precio muy alto de instalación con lo cual

solo es posible verlos en casa de lujo. Una alternativa más baratas e casera consiste en la

utilización de placas Arduino.

En este proyecto utilizaremos la plataforma Arduino en la que nos apoyaremos con otros

dispositivos para poder construir un sistema domótico simple. Arduino es una plataforma

de hardware libre creada en 2005, basada en una placa con un microcontrolador y un

entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos

multidisciplinares.

Como objetivo de este proyecto nos hemos propuesto crear un sistema domótico simple

utilizando la placa de bajo costo Arduino y otros dispositivos como sensores. Habrá que

dotar al sistema de la lógica necesaria para que puedan comunicarse las placas que

estarán controlando las habitaciones, pasillos, entre otras áreas que componen una casa

en las cuales hayan sido instalados parte del sistema.

2 CARACTERISTICAS DE ARDUINO

En este apartado vamos a describir los principales elementos que componen una placa Arduino y

el entorno de desarrollo en el que se programa el código, es decir la parte hardware y software

que actúan sobre Arduino.

2.1 Hardware

Al ser Arduino una plataforma de hardware libre tanto su diseño como su distribución

puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber

adquirido ninguna licencia. Por eso existen varios tipos de placa oficiales, las creadas por

la comunidad Arduino o las no oficiales creadas por terceros pero con características

similares. En la placa Arduino es donde conectaremos los sensores, y otros elementos

necesarios para comunicarnos con el sistema.

En el proyecto se han utilizado las placas Arduino Mega que describiremos a continuación.

ARDUINO MEGA

El Arduino Mega es probablemente el microcontrolador más capaz de la familia Arduino.

Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida; 16 entradas análogas, un

cristal oscilador de 16 MHz, una conexión USB, un boton de reset y una entrada para la

alimentación de la placa.

La comunicación entre la computadora y arduino se produce a través del puerto serie, sin

embargo posee un convertidor usb-serie, por lo que sólo se necesita conectar el

dispositivo a la computadora utilizando un cable USB como el que utilizan las impresoras.

Arduino Mega posee las siguientes especificaciones:

Microcontrolador: ATmega2560

Voltaje Operativo: 5V

Voltaje de Entrada: 7-12V

Voltaje de Entrada(límites): 6-20V

Pines digitales de Entrada/Salida: 54 (de los cuales 15 proveen salida PWM)

Pines análogos de entrada: 16

Corriente DC por cada Pin Entrada/Salida: 40 mA

Corriente DC entregada en el Pin 3.3V: 50 mA

Memoria Flash: 256 KB (8KB usados por el bootloader)

SRAM: 8KB

EEPROM: 4KB

Clock Speed: 16 MHz

Alimentación

Arduino Mega puede ser alimentado mediante el puerto USB o con una fuente externa de poder.

La alimentación es seleccionada de manera automática.

Cuando se trabaja con una fuente externa de poder se debe utilizar un convertidor AC/DC y

regular dicho voltaje en el rango operativo de la placa. De igual manera se puede alimentar el

micro mediante el uso de baterías. Preferiblemente el voltaje debe estar en el rango de los 7V

hasta los 12V.

Arduino Mega posee algunos pines para la alimentación del circuito aparte del adaptador para la

alimentación:

VIN: A través de este pin es posible proporcionar alimentación a la placa.

5V: Podemos obtener un voltaje de 5V y una corriente de 40mA desde este pin.

3.3V: Podemos obtener un voltaje de 3.3V y una corriente de 50mA desde este pin.

GND: El ground (0V) de la placa.

Arduino puede ser programado de una manera muy fácil utilizando el lenguaje propio de Arduino

junto con la interfaz Arduino IDE.

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 que la requiera. 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, lo cual lo iremos describiendo con mayor profundidad más adelante.

SENSORES

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas

variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de

instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia,

aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento,

pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en 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 siguiente método,

donde “NumeroDePin” es el pin mediante el cual el sensor se está comunicando con la

placa Arduino, 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”).

SENSOR ULTRASONICO

El sensor ultrasónico HCSR-04, es un sensor de distancias por

ultrasonidos capaz de detectar objetos y calcular la distancia a la que

se encuentra en un rango de 2 a 450 cm. El sensor funciona por

ultrasonidos y contiene toda la electrónica encargada de hacer la

medición. Su uso es tan sencillo como enviar el pulso de arranque y

medir la anchura del pulso de retorno. De muy pequeño tamaño, el

HC-SR04 se destaca por su bajo consumo, gran precisión y bajo precio

SENSOR FOTORESISTIVO DE INTENSIDAD LUMINOSA LDR

Es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz que requerirá de un componente emisor que genera la luz.

Voltaje de entrada: 3.3 – 5 VCD Voltaje de salida: Salida digital 0 y 1 Consumo de corriente: 15 mA Dimensiones : 32 x 14 mm

SENSOR DE TEMPERATURA DHT11

El sensor DHT11 es un sensor de Humedad/Temperatura, este proporciona una salida de datos digital. Entre sus ventajas podemos mencionar el bajo coste y el despliegue de datos digitales.

Utiliza un sensor capacitivo de humedad y un termistor para medir el aire circundante, y muestra los datos mediante una señal digital en el pin de datos (no hay pines de entrada analógica).

Alimentación: 3Vdc ≤ Vcc ≤ 5Vdc

Rango de medición de temperatura: 0 a 50 °C

Precisión de medición de temperatura: ±2.0 °C .

Resolución Temperatura: 0.1°C

SENSOR PIR HC-SR501

El sensor de movimiento infrarrojo HC-SR501 es un sensor muy económico, permiten detectar si existe movimiento dentro de su área de funcionamiento, Todos los objetos emiten una pequeña cantidad de radiación infrarroja, y cuanto más caliente está un objeto, más radiación infrarroja emite.

Los sensores PIR son capaces de detectar pequeños cambios en los niveles de radiación infrarroja en su área de detección (por ejemplo, cuando una persona entra dentro de una habitación).

Sensor piroeléctrico (Pasivo) infrarrojo (También llamado PIR)

El módulo incluye el sensor, lente, controlador PIR BISS0001, regulador y todos los componentes de apoyo para una fácil utilización

Rango de detección: 3 m a 7 m, ajustable mediante trimmer (Sx)

Lente fresnel de 19 zonas, ángulo < 100º

Salida activa alta a 3.3 V

Tiempo en estado activo de la salida configurable mediante trimmer (Tx)

Redisparo configurable mediante jumper de soldadura

Consumo de corriente en reposo: < 50 μA

Voltaje de alimentación: 4.5 VDC a 20 VDC

SOFTWARE

La plataforma Arduino tiene un lenguaje propio que está basado en C/C++ y por ello soporta las

funciones del estándar C y algunas de C++. Sin embargo, es posible utilizar otros lenguajes de

programación y aplicaciones populares en Arduino como Java, Processing, Python, Mathematica,

Matlab, Perl, Visual Basic, 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 con 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.

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 1.6.3. 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. En la ilustración se

puede apreciar la composición del software de Arduino.

ACTUADORES

Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía (en nuestro caso eléctrica) en la

activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Su

función en un sistema domótico va a ser la de cambiar la situación de la vivienda tras un evento

ocasionado al hacer por ejemplo una lectura de un sensor que debe ser tratada.

MODULO RELÉ

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. Este tipo de módulos permite activar

actuadores como por ejemplo el de una persiana, la puerta

del garaje o el de una bombilla.

HERRAMIENTAS

1.- Arduino uno

2.- sensor de temperatura

3.- Sensor ultrasónico

4.- Leds ó Focos de led + relevador

5.- Sensor de luminosidad (Sensor foto resistivo de intensidad luminosa 6495)

APLICACIONES DE LA DOMOTICA

LA DOMOTICA HOY

La esperanza de vida se ha incrementado, con el consecuente envejecimiento de la

población y el aumento de “jóvenes” inactivos (población de 55 a 65 años). Las estructuras

familiares están cambiando, el teletrabajo y la enseñanza on-line son cada vez más

habituales, además están surgiendo nuevas necesidades de comunicación, así como de

incremento de la seguridad de personas y bienes. (Como ahorrar energía instalando

domótica en su vivienda, pag 10)

La domótica permite dar respuesta a los requerimientos que plantean estos cambios

sociales y las nuevas tendencias de nuestra forma de vida, facilitando el diseño de casas y

hogares más humanos, más personales, polifuncionales y flexibles.

El sector de la domótica ha evolucionado considerablemente en los últimos años, y en la

actualidad ofrece una oferta más consolidada. Hoy en día, la domótica aporta soluciones

dirigidas a todo tipo de viviendas, incluidas las construcciones de vivienda oficial

protegida. Además, se ofrecen más funcionalidades por menos dinero, más variedad de

producto, y gracias a la evolución tecnológica, son más fáciles de usar y de instalar. En

definitiva, la oferta es mejor y de mayor calidad, y su utilización es ahora más intuitiva y

perfectamente manejable por cualquier usuario

DESARROLLO

DESCRIPCION:

Utilizar la plataforma arduino para programar un sistema que sea capaz de controlar y automatizar la iluminación y la temperatura de una vivienda, con la ayuda de sensores que monitorearan la temperatura y luminosidad interna del hogar, con el objetivo de automatizar y ahorrar energía eléctrica.

GLOSARIOACTUADOR:

Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o

eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un

proceso automatizado, algunos ejemplos son relevador, servomotor etc.

PIN

Es la terminal o patilla de cada uno de los contactos metálicos de un conector o de un

componente fabricado de un material conductor de la electricidad. Estos se utilizan para

conectar componentes sin necesidad de soldar nada, de esta manera se logra transferir

electricidad e información.

ARDUINO

Es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una sencilla placa con

entradas y salidas, analógicas y digitales, en un entorno de desarrollo que está basado en

el lenguaje de programación. Es un dispositivo que conecta el mundo físico con el mundo

virtual, o el mundo analógico con el digital.

HARDWARE

Son todos los dispositivos y componentes físicos tangibles de un sistema que realizan las

tareas de entrada y salida de datos o información.

MICROCONTROLADOR

PIR

Es un sensor infrarrojo (IR)radiado de los objetos situados en su campo de visión, se

utiliza principalmente en los detectores de movimiento.

Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres

unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se

trata de un computador completo en un solo circuito integrado.

VOLTAJE

El Voltaje o la “diferencia potencial eléctrica” es una comparación de la energía que experimenta una carga entre dos ubicaciones.

ULTRASONIDO:

Vibración mecánica de frecuencia superior a la de las que puede percibir el oído.

JSON:

Notación ligera de objetos de javaScript que no requiere el uso de XML, para el intercmbio de datos asíncrono entre un cliente y un servidor.

AJAX:

Es una técnica de desarrollo web para crear aplicaciones interactivas, estas aplicaciones se ejecutan en el cliente (navegador) mientras se mantiene la comunicación asíncrona con el servidor en segundo plano.