1. informe sistema domotico para contrib

7/23/2019 1. INFORME Sistema Domotico Para Contrib

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Concurso de Investigadores 2012, Programa de Investigacin que impulsa la PUCESE

Diseo e implementacin de sistema domtico para contribuir con elahorro energtico y seguridad en viviendas de clase media.

Nevre !anuel, "errera #uis#a$oratorio de Investigacin %ecnolog&as e Innovacin #I%I, Escuela de Ingenier&a de Sistemas '

Computacin( PUCESEmanuel(nevare )pucese(edu(ec , luis(*errera)pucese(edu(ec

RESU E!

#a domtica es una rama de la automati acin que contri$u'e con el a*orro energ+tico, seguridad, con ort 'telecomunicaciones dentro de una vivienda, el ocasiones se usa como entretenimiento ' automati acin de tareas, estainvestigacin se desarroll con el o$-etivo de reducir el consumo energ+tico en una vivienda, para se reali arne.perimentos en un am$iente controlado, la instalacin de sensores ' actuadores permitieron adquirir datos ' un

controlador principal se encarg de la toma de decisiones en orma automtica( /tro aspecto importante considerado es laseguridad, para ello se adicion un control de acceso ' apertura de puestas para integrarlo al sistema, utili ando losmismos sensores ' actuadores instalados( ispositivos de *ard are li$re se utili aron para la implementacin delsistema, adaptando *erramientas de uso com n para minimi ar su costo de ensam$lado( Un detalle importante que surgien el transcurso del pro'ecto ue la manera de integrar la tecnolog&a, para que personas con capacidades limitadas

puedan reali ar actividades comunes en una vivienda, como el encendido de luces, climati acin, control de acceso 'seguridad, es decir que el pro'ecto puede ser $ene icioso ' a'udar a personas con discapacidad visual, auditiva o motora(El mdulo de comunicacin inalm$rica se acopl con una aplicacin en 3ndroid con activacin manual ' por vo (Como resultado del a investigacin se redu-o considera$lemente el consumo de energ&a ' la seguridad del la$oratoriome-or, el seccionamiento de los circuitos de iluminacin ' climati acin permito el control independiente de ladi erentes reas monitoreadas(

"alabras claves# domtica, ro$tica, automati acin, a*orro energ+tico, seguridad

$. $!%R&DU''$(!

omtica proviene del lat&n domus 4casa ro$tica5 quea trav+s de aplicaciones tecnolgicas posi$ilitaautomatismos de control, provee al usuario o *a$itantede la casa, con ort, seguridad ' econom&a energ+tica( Elcontrol manual ue reempla ado por las primerasautomati aciones, comen con el uso de sensorest+rmicos en los sistemas climati ados ' para el controlde intrusos en sistemas de alarma( #a reas que las que

puede intervenir la domtica son6 Seguridad, 7estinenerg+tica ' automati acin de tareas, ormacin,cultura, entretenimiento, monitori acin de salud 'mantenimiento de las instalaciones, etc( #os edi iciosinteligentes o domticos estn ligados a la construccin,en los que se proponen espacios que eleven la calidadde vida del *om$re, siempre teniendo en cuenta que lossistemas inteligentes reaccionan en orma automtica 'ra ona$le, con el o$-etivo principal de lograr ma'or a*orro energ+tico ' el ma'or con ort del usuario4"ernnde , 20105(

El pro'ecto consiste en la implementacin de unsistema domtico, utili ando *ard are ' so t are li$re,tratando en lo posi$le el uso de material reciclado(

Involucra dos reas, una es el a*orro energ+tico ' otra laseguridad domiciliaria, am$os estn controlados por elmismo sistema( En la actualidad estos son pro$lemasque viene acarreando la nuestra sociedad, los cuales se

pueden solucionar con un poco de inversin 'conocimiento de las nuevas *erramientas tecnolgicas

para el $ene icio del medio local(

En muc*os lugares del Ecuador, se presentan pro$lemasde inseguridad al momento de salir de casa, esto es

parte de la realidad social del pa&s ' esto conlleva a $uscar nuevas alternativas para cuidar la integridad

amiliar( Se consider tam$i+n el estudio del impactoenerg+tico en una vivienda, el calentamiento glo$al nosest llevando a una nueva orma de vida, tomando encuenta el uso de energ&as renova$les ' la optimi acinde los recursos energ+ticos con los que 'a contamos(

!ediante el monitoreo ' control automtico, sesolucionan am$os pro$lemas, utili ando *erramientastecnolgicas que permiten tomar decisiones en

$ene icio de la seguridad ' el a*orro energ+tico( #uegode estudiar el &ndice de ro$os a domicilios en el pa&s, setom la decisin de adaptar al mdulo de controlautomtico un sistema de seguridad, es decir que sin
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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adicionar muc*os dispositivos, optimi ando losrecursos para $rindar ms opciones al usuario delsistema de automati acin domiciliara, con esto secu$rir los pro$lemas de a*orro energ+tico 'a quetam$i+n podremos monitoreas la seguridad deldomicilio al momento de encontrarnos uera(

Como resultado de la investigacin se o$tuvieronme-oras en el uso de recursos energ+ticos, disminucinen su consumo, seguridad de los equipos, control 'monitoreo de iluminacin ' climati acin,adicionalmente se agreg un control de vo para que

personas con capacidades especiales puedan manipular el sistema(

$$. )%ER$)*ES + ,%&D&S

El pro'ecto consisti en varias etapas, iniciando por laadquisicin de in ormacin a trav+s de encuestas envarios sectores de la ciudad de Esmeraldas, con ello sedetermin como el consumo energ+tico es valorado por la comunidad, encuestas dirigidas a personas que*a$itan en viviendas de clase media( Con estainvestigacin de determin que actores producenma'or consumo energ+tico en los *ogaresesmeralde8os(

#os materiales utili ados para la construccin del prototipo son de uso com n en los centros deinvestigacin, los que se adquirieron localmente( #atecnolog&a de control se $asa en *ard are 3rduino 'como *erramienta adicional se dise8 $a-o el sistemaoperativo 3ndroid para aplicaciones mviles( Estasaplicaciones son com nmente utili adas en tel+ onosinteligentes, por ello nos adaptamos al tecnolog&aactual(

#a investigacin se dividi en cuatro etapas, queconsistieron en la adquisicin de in ormacin, dise8odel prototipo, control de potencia ' el dise8o de unaaplicacin mvil9

A. Encuestas

Se reali aron 200 encuestas dirigidas a los *a$itantes deviviendas de clase media en di erentes sectores de la

ona ur$ana de la ciudad de Esmeraldas con ello seanali las tendencias en el consumo energ+tico 'cules son los criterios que mantienen los *a$itantescon respecto al consumo ' e iciencia energ+tica(

B. Diseo del controlador

El dispositivo controlador integr varios mdulos9 unmicrocontrolador que comanda todas las acciones

secuenciales que interact an con los sensores 'actuadores del sistema automati ado, almacena todas

las instrucciones de control, monitoreo ' comunicacincon dispositivos mviles(

%abla -# 'omponentes del mdulo de control

Ca

nt.

Detalle

1 Controlador digital2 Mdulos de rels para el

accionamiento de dispositivosexternos

1 Mdulo receptor / emisor Bluetooth1 Display LCD 2x15 1 !condicionador

de sensores de movimiento"1 #eclado hexadecimal1 $uente de alimentacin dual de 5% y

& ' 12%

ig. - /ista interior y e0terior del mdulo de controlprincipal

El controlador principal contiene un 3rduino !ega2:;0, lleva :< entradas=salidas digitales, 1; analgicas,memoria las* de 2:; >? ' velocidad de relo- de1;!" ( Un mdulo ?luetoot* instalado permiti lacomunicacin con una aplicacin en 3ndroid para elcontrol inalm$rico ' reconocimiento de vo ( @el+s de

$a-a potencia conectados al 3rduino servirn comoacopladores con el mdulo de potencia ' para el controlde alarmas ' apertura remota de puertas, el sistemaadems de contri$uir con el a*orro energ+tico tam$i+nadiciona caracter&sticas de seguridad electrnica(

ig. 1 'one0in del mdulo 2luetooth 3+4 'U con el)rduino ega

El teclado ' la pantalla #C 2.1; sirven como inter a para el usuario, las contrase8a para la activacin dealarma e in ormacin del uncionamiento se puedenmostrar en la pantalla, la comunicacin serial u+ una

venta-a para el anlisis de las se8ales o$tenidas 'mostradas en un computador(


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C. Mdulo de Potencia

Este mdulo interact a directamente con el controlador ' los dispositivos de ponencia, las luminarias tienen unconsumo elevado de corriente ' por ello se adicionaronrel+s de ma'or ampera-e minimi ando la inter erencia

por activacin ' ruidos producidos por los rel+s(

%abla 1# 'omponentes del mdulo de potencia

Cant(

Detalle

) *els de 2+ !mperios2 Disyuntores ,-rea.es de 2+

!mperios

ig. 5 /ista interior y e0terior del mdulo de potencia

D. Software de control inalmbrico

3dicional al pro'ecto se dise8 una inter a de controlinalm$rico que opera $a-o el sistema operativo3ndroid, puede ser e-ecutada en una %a$let o tel+ onoS!3@%, de orma remota la aplicacin permitedesactivar los sensores de movimiento, controlar luces '

puertas de acceso, un mdulo de vo instalado puedereali ar las mismas acciones(

ig. 6 )plicacin en )ndroid para el control del sistema.

E. Instalacin

#os equipos dise8ados se pro$aron simulando se8ales,las prue$as reales se reali aron luego de instalar elcontrolador ' el mdulo de potencia en el #a$oratoriode %ecnolog&as e Innovacin #I%I, con ello se puso a

prue$a el sistema en condiciones am$ientales reales 'se reali aron la correcciones necesarias para su

uncionamiento, esta tarea se dur 2A d&as para suevaluacin( El la$oratorio cuenta con dos reas

independientes, la primera contiene un peque8o equipode climati acin de 12000?%U ' dos luminarias, el reae.terior tiene un equipo de climati acin de B2000 ?%U' luminarias luorescentes, esto nos llev a la creacinde sistema de uer a para el control de los actuadorescon ma'or consumo el+ctrico( Sensores de movimiento

4S1 a S;5 ' temperatura 4%1 ' %25 se u$icaron en sitiosestrat+gicos del la$oratorio( #os sensores te temperaturautili ados son los S1A?20, tienen una precisin de a12 $its ' contienen una identi icacin para ser usados enun $us de datos( #os sensores de movimiento instaladosson de tipo piroel+ctricos ' tienen un rango de alcancede ; m, su sensi$ilidad ' alcance pueden ser regulados(

ig. 7 Ubicacin de los sensores y actuadores dentro del*$%$

El diagrama presenta los dispositivos a controlar ' lau$icacin de los sensores, @#1 a @#< son los rel+s de

potencia que controlan los circuitos de iluminacin I#1a I#< respectivamente, los sensores de movimiento S11a SB2 se u$icaron en puntos estrat+gicos, inalmente %1' %2 en los dos am$ientes independientes(

$$$. RESU*%)D&S

F. Anlisis de la Encuesta

#as encuestas ueron dirigidas a los *a$itantes deviviendas de clase media dentro de la ciudad deEsmeraldas, un total de 1AB encuestas ueron reali adas(#a ma'or parte de la po$lacin tienen una clarade inicin del cam$io climtico ' consumo el+ctrico, amuc*os de ellos les gustar&a contar con un dispositivoque minimice el costo de sus planillas el+ctricas(


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#os dispositivos utili ados tiene un $a-o costo 'a que seutili an con ines acad+micos para la investigacin en eldesarrollo de *ard are, con los datos se tomaron comore erencia cules requerimientos se pueden cu$rir con eldispositivo, encontrando un equili$rio entre lase.pectativas del usuario ' los costos reales de

produccin e instalacin(

Se puede a irmar que las personas consideran que losarte actos que contri$u'en al consumo energ+tico de lavivienda son9 re rigeradoras 412D5, televisin 410D5,computadora 410D5 ' lavadora de ropa 410D5, con estosdatos se dise8 el controlador que contri$uir con ela*orro energ+tico de la vivienda(

. Diseo del controlador !

ad"uisicin de datos

El sistema de control se $as en *ard are li$re3rduino, el controlador reci$ir las se8ales

provenientes de los sensores de movimiento 'temperatura para tomar decisiones en el control deluminarias, climati acin ' control de acceso, seadicion un sistema de comunicacin inalm$rica parael control ' monitoreo de se8ales de orma remotautili ando el sistema operativo 3ndroid, destinado paraaplicaciones mviles(

#a se8ales provenientes de los se8ores de movimientoingresa$an al controlador para ser procesadas ' tomar decisiones6 por v&a serial los datos eran enviados a un

computador a trav+s de un vector que conten&a losestados de las se8ales, para su gra icacin se utili S%3!P#/%, que es una *erramienta para laadquisicin se se8ales digitales ' analgicas( #asse8ales de temperatura 4%1 ' %25 en dos am$ientesdi erentes tam$i+n se o$tuvieron, las que se manten&an

esta$les en el tiempo, esto permiti reali ar los a-ustesnecesarios 'a que de manera se o$servaron transicionesno deseadas en los estados del controlador(

#as prue$as de comunicacin inalm$rica para elcontrol ' monitoreo de se8ales de orma remotautili ando el sistema operativo 3ndroid ' un mdulo?luetoot*, se reali aron cuando el sistema se mantuvoesta$le, el accionamiento remoto necesita$a una opcin

para des*a$ilitar los sensores de movimiento, 'a queestos responden a la presencia de personas paraaccionar la iluminacin de orma automtica, uncomando de reconocimiento de vo permiti comandar las misma unciones, personas con capacidadesespeciales podr&an *acer uso de este sistema(

$/. D$S'US$(!

E.isten muc*os dispositivos conectados dentro de unavivienda que pueden consumir energ&a el+ctricainnecesariamente, la iluminacin ' climati acin sonalgunos de ellos, en o icinas e instituciones educativas '

privadas se nota en gran medida este consumoinnecesario( #as prue$as se reali aron en am$ientescontrolados dentro del #I%I, con ello se puso a prue$alos sensores de movimiento ' temperatura, una matride condiciones e-ecuta la secuencia de encendido de lasluminarias(

%abla 5# 'ondiciones de encendido para iluminacin deo8icina

S11

S12

RL1

0 + +0 1 11 + 11 1 1


5/5

%abla 6# 'ondiciones de encendi para luminarias en ellaboratorio.

S21

S22

S31

S32

RL2

RL3

RL4

0 + + + + + +0 + + 1 + 1 10 + 1 + + 1 10 + 1 1 + 1 10 1 + + 1 + +0 1 + 1 1 1 10 1 1 + 1 1 10 1 1 1 1 1 11 + + + 1 + +1 + + 1 1 1 11 + 1 + 1 1 11 + 1 1 1 1 11 1 + + 1 + +

1 1 + 1 1 1 11 1 1 + 1 1 11 1 1 1 1 1 1

#a medicin de temperatura no presento pro$lemas, 'aque la lectura de los sensores digitales S1A?20 concomunicacin /ne ire env&a datos con ia$les '

precisos

Una de las aplicaciones adicionales del control deiluminacin se descri$e a continuacin9 Permite elcontrol de vo de iluminacin, climati acin ' controlde acceso, con ello personas con pro$lemas en suse.tremidades pueden *acer uso de esta aplicacin6

personas con discapacidades &sicas tendrn una me-or calidad de vida con estos am$ientes inteligentes,creando independencia para la manipulacin de equiposdentro de la vivienda( 3larmas de incendio, ro$o oalertas m+dicas pueden programarse en el dispositivo decontrol, este sistema modular puede modi icarsedependiendo de las necesidades del usuario( #asimulacin de presencia en caso de ausencia de

personas en la vivienda contri$uir a la seguridad de lasonas monitoreadas(

El *ard are li$re permite adaptar algunas me-oras, unmdulo 7S! con mensa-er&a de te.to o un punto deacceso a Et*ernet conectaran la vivienda a la red atrav+s de una aplicacin e$, e.isten sistemas decmaras IP que podr&an utili arse para el monitoreo, conuna aplicacin remota se podr&a controlar la vivienda encaso de ser necesario(

En la prue$a de los dispositivos se presentaron pro$lemas en la sincroni acin de los sensores con lasluminarias, los pro$lemas se solucionaron luego de un

mes de prue$a ' modi icaciones, actualmente el pro'ecto se encuentra e-ecutado ' uncionando(

/. 2$2*$&9R) :)

3.el Springer( 420125( El Gran Libro de Android.

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sensado control de dispositivos.?ucaramanga9 Universidad Pnti icia?olivariana(

om&ngue , "( !(, G Se Hacas, ( 4200;5( Domticaun en!o"ue socio t#cnico. !adrid9 E(%(S(I( de%elecomunicacin(

Enr&que "errador, @( 4200 5( Gu$a de %suario de Arduino. Crdo$a9 I(%(I Sistemas(

Evans, ?( ( 4200J5( Arduino &rodrammin' Noteboo(.San rancisco9 3rduman&a(

undacin de la Energ&a de la Comunidad de !adrid(4200J5( La Domtica como )olucin de

*uturo. !adrid(

7F%eC( 420125( Introduccin a Android. !adrid,Espa8a9 E(!(E(

"ernnde , S( P( 420105( Consideraciones para laaplicacin de la domtica desde la concepcindel dise8o arquitectnico ( Ar"uitetura Revista+ , ;BFJ:(

!onK, S( 420105( - ARD%INO &RO EC/) *OR /0E E1IL GENI%). Ne LorK9 !c 7ra "ill(

@ui 7uti+rre , M( !( 420115( IDE Arduino 2 Ardubloc(.

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1. informe sistema domotico para contrib

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