automatización de casas a través de dispositivos móviles
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Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Ciudad de México_
Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Departamento de Mecatrónica
Ingeniería en Telecomunicaciones y Sistemas Electrónicos
Automatización de casas a través de dispositivos móviles
Proyecto de Ingeniería
Autores: Daniel Cortés Mora Angel Galván Hernández Jonathan Marín Téllez
Asesor: Dr. Alfredo Víctor Mantilla Caeiros
Sinodales: Dr. Raúl Crespo Sauceda M. Israel Macías Hidalgo Dr. Miguel de Jesús Ramírez Cadena
Mayo 2011
Biblioteca •sr a..ddeWJdoo
Índice de contenidos.
Índice de contenidos. 4 ---------------------------Capítulo Primero ____________________________ 6
1.1 Introducción _____________________________ 7
1.2 Justificación _____________________________ 8
1.3 Planteamiento ____________________________ 9
1.4 Estado del arte. ___________________________ 9
1.4.1 Larestel 9
1.4.2 Secant 10
1.5 Objetivo del proyecto _________________________ 11
1.6 Objetivos específicos _________________________ 11
1.7 Metas _______________________________ 12
1.8 Descripción del proyecto. _______________________ 12
Capítulo Segundo __________________________ 14
Marco Teórico. _____________________________ 15
2.1 Plataforma Apple. __________________________ 15
2.1.1 Herramientas de desarrollo Apple. ___________________ 16
2.1.2 Fundamentos del lenguaje de desarrollo: "Objective C" ____________ 16
2.1.3 Manejo de Memoria _________________________ 17
2.1.3.1 Creación de objetos ________________________ 18
2.1.3.2 Manejo de Memoria y Destrucción de Objetos ______________ 18
2.3 Wi-Fi _______________________________ 19
2.4 Microcontroladores __________________________ 21
2.5 Comunicaciones Serial (USART TTL) ____________________ 21
2.5.1 Tipos de Comunicaciones Seriales: 21
2.5.2 Margen de ruido. 23
2.5.3 Ventajas y desventajas de la comunicación en serie. 23
2.5.4 Comunicación RS-485 24
Capítulo Tercero 27 ----------------------------Desarrollo _______________________________ 28
4
3.1 Aplicación móvil ____________________________ 28
3.1.1 Bases de datos. 28
3.1.2 Conexión Wi-Fi 29
3.1.3 Vistas de usuario. 30
3.1.4 Vista de Actuadores 31
3.1.5 Vistas de Configuración de Usuario. 31
3.1.6 Vista de Configuraciones de Administrador 32
3.1.7 Vista de Soporte Técnico 33
3.2 Módulos inalámbricos __________________________ 34
3.2.1 Sistema de Red local 34
3.2.2 Infraestructura inalámbrica. 38
3.3 Configuración y comunicación RS-485 ____________________ 39
3.3.1 Configuración módulo maestro _____________________ 40
3.3.2 Configuración esclavo 45
3.3.3 Forma de comunicación 46
3.4 Actuador de Luz ON/OFF _______________________ 47
3.5 Actuador de chapa eléctrica. ___________________ 48
3.6 Actuador Ventilador de 4 Estados. _________________ 50
3. 7 Actuador de persiana automática ___________________ 54
Capítulo Cuarto ___________________________ 56
Resultados _______________________________ 57
4.1 Tabla Comparativa ___________________________ 57
4.2 Aspecto Económico ___________________________ 59
4.3 Costos Unitarios ____________________________ 60
4.3.1. Módulo Maestro __________________________ 60
4.3.2. Módulo Esclavo __________________________ 60
4.3.2.1 Persiana ______________________________ 60
4.3.2.2 Chapa Eléctrica __________________________ 61
4.3.2.3 Luz _______________________________ 61
4.3.2.3 Ventilador _____________________________ 61
Planes a futuro. ______________________________ 62
Conclusiones _______________________________ 62
Bibliografía ___________________________ 63
5
6
1.1 Introducción
En los últimos años, la tecnología ha estado en un inevitable crecimiento, lo cual
hoy en día, la ha convertido en uno de los factores que rigen algunas de las sociedades
actuales.
A diario se puede observar como la telefonía, las tecnologías de la información,
junto con la informática y muchos otros desarrollos tecnológicos forman parte de la vida de
las personas comunes, pues no sólo se ha vuelto una herramienta muy útil, sino también
una necesidad que día con día provoca que el mercado se expanda y sea tanto accesible al
desarrollo, como exigente al producto.
Dicho lo anterior, podemos poner este incremento tecnológico como justificación
para el desarrollo de este proyecto, ya que uno de los puntos de partida de la tecnología, es
justamente facilitar algunas de las tareas que el realiza el hombre en su vida cotidiana.
Es importante también mencionar que en los últimos años, el desarrollo tanto de
dispositivos móviles, como de sistemas operativos para los mismos ha tenido un
crecimiento importante, ya que estos se han venido incorporando a la vida cotidiana, y a la
estructura económica y social.
En un principio, la telefonía móvil y sus tecnologías creció por sí sola, únicamente
como medio de telecomunicaciones, teniendo en ella un medio mucho más eficaz y
personal en comparación con la telefonía local; a su vez, el intemet emergió como
herramienta esencial en muchos ámbitos como el educativo, el social, informativo, etc. Sin
embargo, tal cual pasó con la telefonía local, los usos y aplicaciones del intemet han sido
llamados a volverse móviles, hacienda uso de herramientas que soporten tanto la
conectividad eficaz, como los requerimientos de hardware y software para la interacción
con el usuario.
Es por esto que los dispositivos móviles han venido integrando distintas funciones,
dejando atrás la exclusividad de funciones como llamadas y mensajes instantáneos; ahora
han pasado de ser teléfonos móviles comunes, para convertirse en "smartphones" con
procesadores poderosos y funciones complejos.
A pesar de que en México no todos los niveles sociales tienen acceso a estos
grandes dispositivos, es innegable que la tendencia apunta a la disponibilidad para núcleos
más grandes de la sociedad. Como ha venido sucediendo en otros países, en México el
crecimiento del consumo en este tipo de aparatos electrónicos, como el desarrollo de
aplicaciones para los mismos, tiene una pendiente cuesta arriba; sin embargo, el mercado se
ha expandido y las empresas que desarrollan estas tecnologías han entrado en una fuerte
competencia por obtener la preferencia de los usuarios finales.
7
1.2 Justificación
No es suficiente con decir que la tecnología está empezando a formar parte de la
vida cotidiana de las personas, pues muchas veces ésta no se hace pensando en todos los
grupos sociales que la podrían utilizar. Y es que existen también otros aspectos, como lo
social o lo económico, que son factores importantes para aquellos en que la tecnología
también tendría que servir como herramienta y es muchas veces desatendida.
Existe un sector de la población para el cual es dificil o poco usual que se desarrolle
tecnología dirigida. En nuestro país, personas que tienen alguna discapacidad motriz suelen
encontrar dificultades para llevar una vida normal o encontrar herramientas tecnológicas
que pueda facilitarle algunas tareas. Y aunque es posible que puedan encontrar solución a
algunos obstáculos a través de la tecnología, existe un segundo factor que los aleja de poder
sobrellevar sus actividades de una manera más sencilla. Es que a pesar de formar· parte de la
era de las Tecnologías de información, actualmente los sistemas tecnológicos sobrepasan la
media económica de nuestro país. Específicamente en el área de demótica, los sistemas
suelen ser muy caros, dando como resultado que un porcentaje muy bajo de la población los
pueda adquirir.
Sin embargo, debido a la disminución en el precio de la tecnología es viable hacer
proyectos de demótica cada vez más baratos y con mayores alcances, por lo cual se puede
ver que este es un buen momento de iniciar un proyecto de este tipo, añadido al poco
desarrollo en esta área, también a que no se encuentran muchas empresas que la desarrolle
y la demanda en el campo de la demótica va a ser cada vez mayor.
El desarrollo en casas y edificios inteligentes es una práctica que va creciendo por lo
que es necesario lograr diseño optimo que logre maximizar la funcionalidad y eficiencia
mayor para todos los inquilinos, haciendo un sistema flexible que permita cambios para
lograr tener el sistema actualizado, logrando con esto un ambiente de máxima satisfacción y
bienestar.
Por esto los principales objetivos de una casa inteligente son:
a) Satisfacer las necesidades presentes y futuras de los ocupantes.
b) La flexibilidad, tanto en la estructura como en los sistemas y servicios.
c) La funcionalidad de la casa.
d) La modalidad de la estructura e instalaciones de la casa.
e) Mayor confort para el usuario.
t) El incremento de la seguridad.
8
1.3 Planteamiento
Este proyecto surge como una solución a los requerimientos actuales de servicios
personales, tanto para ayudar a todo tipo de personas y facilitar las actividades diarias.
Específicamente, se trata de desarrollar un sistema que logre la automatización de
una casa, en lo que se conoce como domótica, es decir una casa automática o inteligente,
que funciona por sí sola.
Se busca ofrecer un control total sobre las necesidades básicas del hogar, que
pretende ayudar a la gente a sentirse en un ambiente con máximo confort, enfocado en
poner a su alcance una administración completa, en una sola herramienta,
La primera necesidad a cubrir, la más elemental, es la iluminación del recinto,
dándole la capacidad de controlar toda luz eléctrica en la casa, sin necesidad de encontrarse
en la habitación, además de que le permitirá conocer el estado de luces en todo el lugar.
Una segunda área de oportunidad son las ventanas y cortinas, ya que durante el día
el control sobre estas también incide directamente sobre la iluminación además de la
ventilación del hogar. Por último, también pretendemos dar un control sobre las puertas
para ofrecer un servicio de portero electrónico desde el mismo control.
Otro control importante, y que está en la mente de las personas, es el de los
servicios de agua y gas, tanto por su distribución y manejo, como también para la seguridad
de la casa.
De esta manera se resume el tipo de servicio que buscamos ofrecer, un servicio muy
completo que sea accesible para cualquier tipo de usuarios, no importando su nivel de
adopción a este tipo de tecnología, ya que le ofreceremos una interfaz sencilla y fácil de
manipular. Además, también buscaremos que el desarrollo de esta tecnología no requiera de
una inversión grande para poner este servicio al alcance de una gran cantidad de usuarios
de distintos niveles económicos y no sólo para las personas de alto nivel económico como
hoy en día.
1.4 Estado del arte.
Actualmente en el mercado existen diferentes sistemas para control de casas,
automatizándolas en funciones ya predeterminadas y control de tareas mediante aparatos en
contacto fisicamente con el usuario.
1.4.1 Larestel
9
Esta es una empresa española dedicada a la domótica y a la inmótica, siendo su
objetivo "hacer la vida mucho más fácil, confortable y segura". Entre las cosas que ofrecen
se encuentra el "Control de la vivienda", la cual permite visualizar y actuar sobre el estado
de una de manera remota o en la casa vía computadora a través de Internet, o celular.
Ejemplos de estos son manejo de electrodomésticos, climatización, subir o bajar las
persianas, etc.
Entre sus clientes están constructoras, arquitectos, promotoras y particulares, le
ofrecen seguimiento es todas las fases del proyecto y garantías. Les brindan soporte técnico
y mantenimiento de las instalaciones, además de que los proyectos son totalmente
personalizables exclusivos a las necesidades requeridas.
En su carta de ofertas tiene opciones de control, a pedidos personalizados con los
siguientes aspectos.
• • • •
Iluminación
Toldos y persianas
Control de la vivienda
Simulación de presencia
• • • •
Climatización
Life Styles
Audio Distribuido
Riego inteligente
También ofrece servicios adicionales en conjunto con otras compañías tales como:
• Sistemas de seguridad y • Home cinema HD
video vigilancia • Electrodomésticos
• Video portero con central inteligentes
telefónica • Aspiración Centralizada
• Control de accesos
En su página de internet no manejan los precios que tienen para sus productos,
debido a que las cotizaciones dependen de lo que el cliente final desee.l 1l
1.4.2 Secant
SECANT tiene su sede mundial en Montreal Canadá y tiene filiales en París y ahora
en Santiago de Chile, en nuestro país se llama SECANT SUDAMERICA Ltda y su
producto principal es CARDI0l21·
CARDIO es un sistema basado en domótica y centralizado para la automatización
residencial. El sistema de automatización del hogar CARDIO, permite un mejor manejo de
las funciones básicas del hogar tales como control de la calefacción y aire acondicionado,
seguridad, iluminación y aparatos eléctricos varios.
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Entre sus ventajas competitivas menciona que tiene una gran facilidad de uso con
una interfaz amistosa y entretenida. Cuenta con una pantalla sensible al tacto y una forma
de trabajo muy intuitiva, eficiente y sencilla de manejar. Interfaz en español y con una
perfecta adaptación a las preferencias personales del usuario.
El sistema está compuesto por una pantalla táctil de cristal líquido, CPU en una caja
metálica donde va alojada la electrónica del sistema, lector de llave digital y 2 llaves
digitales personales para el control del sistema.
Un sistema básico ofrecería los siguientes servicios:
• • • • • • • • • • • •
Control absoluto de 5 grupos de luces de hasta 500W cada uno .
Sistema de alarma completo de 8 zonas
Simulación de presencia .
A viso automático de al celular en caso de emergencia
Control de funciones del CARDIO a través de teléfonos internos
Monitoreo remoto del CARDIO a través de un servicio externo
Manejo completo de Escenas (Macros programables)
Asociación automática de control de luces a sensores de seguridad
Manejo de emergencias. (Médico, Bomberos, Policía)
Registro automático en memoria de los últimos 100 eventos .
Agenda electrónica en pantalla para avisos programables
Información de la temperatura ambiente
1.5 Objetivo del proyecto
Diseñar un sistema de automatización modular, flexible y escalable para el hogar,
controlado a través de computadoras y dispositivos móviles, de manera local y remota.
1.6 Objetivos específicos
El sistema terminado tendrá las siguientes capacidades.
• • • •
•
Control del sistema totalmente inalámbrico
Sistema modular con amplia capacidad de crecimiento
Adaptable a cualquier número de usuarios dentro de un hogar
Diseño de infraestructura personalizable, tanto alámbrica, inalámbrica o
híbrida
Interfaz amigable y de fácil uso para usuarios
11
• Facilidad de instalación
1.7 Metas
Considerando los objetivos anteriores, y con la finalidad de desarrollar un prototipo
funcional, propusimos alcanzar las siguientes metas:
• • • • • • • •
Infraestructura Wi-Fi-"Rabbit" .
Interfaz de Usuario Intuitiva y Configurable .
Comunicación Wi-Fi desde dispositivos Apple .
Bus de datos con Comunicación RS-485 .
Reconocimiento alámbrico por Software. (Maestro/Esclavo) .
Desarrollo de interfaces para Actuadores .
Integración de nuevos Actuadores .
Integración del Sistema Prototipo .
l.8 Descripción del proyecto.
El proyecto es un sistema modular, capaz de llevar el control de diversos elementos
del hogar, a través de una red Wi-Fi local y por medio de un modulo central con conexión
Wi-Fi, éste recibirá ordenes por dicho medio desde computadoras o dispositivos móviles,
ya sean teléfonos Smartphone, iPods y iPads, primera parte del diagrama de la Figura 1.
El módulo central, segundo mostrado en la Figura 1, llevará la gestión de otros
módulos secundarios que son los encargados de realizar las acciones de cada actuador en la
casa. Buscando además que estos módulos sean anexados con simplicidad para expandir el
sistema, igualmente ofrecer una flexibilidad en cuanto a la cantidad y tipo de módulos
secundarios sobre toda la casa.
Hablando específicamente del módulo principal, esté constará de dos partes, un
microcontrolador maestro que gestionará todas las acciones y procesará las instrucciones,
repartiéndolas a los elementos que tenga directamente conectados; también contará con un
módulo Rabbit Wi-Fi que se encargará de las comunicaciones inalámbricas, tanto con las aplicaciones de los usuarios como de módulos Rabbit secundarios.
Para completar el sistema modular, última parte del diagrama de la Figura l,
contamos con módulos esclavos independientes, estos pueden tener comunicación al
maestro de dos maneras. La primera de forma alambrada, conectándose directamente por
medio de un puerto serial RS-485 para soportar las largas distancias a lo largo del hogar, la
12
segundo es de manera inalámbrica por medio de la red Wi-Fi y asistidos por un módulo
Rabbit inalámbrico. Estos módulos esclavos tendrán las tareas más básicas pero también
más importantes, por un lado escucharan las órdenes del módulo maestro y entonces
llevaran a cabo las acciones que indiquen dichas instrucciones.
~ : Otdenesde
Usuario
......,,.,_,..,.. _____ ~¡ - ;¡¡
Recepclón de Notlftcaclonos
- . .
Wi-Fi Acc .. s Polnt.
• ;,.,, ,,,,,_ __ ~ .. -- ,.
A través de unarodWI-R
Wi-Fi
~ ' Gfllord• '
Módul~ Secundarios
. : :J•. : .'.' ,•: ; · :
mi .:;-- '"' . -~· ' "'
Roxlblea expansión
- - -·-- -
Figura I Módulos del proyecto
13
~ ';s. Control d••8*
elementos del hogar
RS-485t:m
14
Marco Teórico.
2.1 Plataforma Apple.
A pesar de que "IOS" de "Apple" no encabeza las ventas de "SmartPhones" en el
mundo, se debe considerar que el desarrollo de aplicaciones no se limita únicamente al
dispositivo que compite en este rubro, pues sumado al iPhone, Apple sacó a la venta otros
dos dispositivos móviles capaces de cubrir la gran parte de las necesidades de los usuarios.
Con el "iPad" y el "iPod", la empresa ha logrado posicionarse como la número uno en
venta de aplicaciones móviles. Llevando esto a los números, la venta de aplicaciones
empezó en Julio de 2008; para finales de ese año, se tenían registradas 200 millones de
descargas de las 7,500 aplicaciones disponibles. Para Noviembre de 2009 se tenían ya
contabilizadas las 2 billones de descargas, con un desarrollo de 100 mil aplicaciones. En
Octubre de 201 O el desarrollo de aplicaciones creció a más de 300 mil aplicaciones y 7
billones de descargas. Como se puede ver el crecimiento de esta industria y bajo esta firma
ha sido descomunal, y en este camino ascendente, Apple anunció el 22 de Enero de este
año (2011) las 1 O billones de descargas contando con más de 350 mil aplicaciones en 90 países[3l_
Tabla I Ventas y Descargas de Aplicaciones en AppStore 141
Fecha # de Aplicaciones # de Descargas
Julio 11, 2008 500 o Julio 14, 2008 800 10,000,000
Septiembre 9, 2008 3,000 55,000,000
Octubre 22, 2008 7,500 200,000,000
Enero 16, 2009 15,000 500,000,000
Marzo 17, 2009 25,000 800,000,000
Abril 23, 2009 35,000 1,000,000,000
June 8, 2009 50,000 1,000,000,000+
Julio 11, 2009 55,000 1,000,000,000+
Julio 14, 2009 65,000 1,500,000,000
Septiembre 9, 2009 75,000 1,800,000,000
Septiembre 28, 2009 85,000 2,000,000,000
Noviembre 4, 2009 100,000 2,000,000,000+
Enero 5, 2010 120,000 3,000,000,000+
Marzo 20, 2010 150,000+ 3,000,000,000+
15
Abril 8, 201 O 185,000+ 4,000,000,000+
Abril 29, 2010 200,000+ 4,500,000,000+
June 7, 2010 225,000+ 5,000,000,000+
Septiembre 1, 2010 250,000+ 6,500,000,000+
Octubre 20, 201 O 300,000+ 7 ,000,000,000+
Enero 16, 2011 300,000+ 9 ,000,000,00o+
Enero 22, 2011 350,000+ l 0,000,000,000
2. l.1 Herramientas de desarrollo Apple.
Las aplicaciones desarrolladas en la plataforma Apple son de dos tipos: aplicaciones
nativas, y aplicaciones web específicas.
Las aplicaciones web son aquellas páginas de internet en las que se busca tener un
diseño específico para el dispositivo, con el ''.frame" adaptado al tamaño del "display" de
los dispositivos móviles diseñados por Apple. La plataforma de desarrollo para estas
aplicaciones se llama "Dashcode"
Por su parte, las aplicaciones nativas son las que se encuentran alojadas en el
dispositivo. Estas utilizan "Xcode" como herramienta de desarrollo, y la programación es a
través del lenguaje "Objective C'. Además de Xcode, Apple también provee otras
herramientas para el desarrollo de aplicaciones, siendo "Interface Builder" la utilizada para
crear las vistas gráficas (archivo ".xib"), que serán la presentación visual para el usuario.
El uso de ésta herramienta esta directamente ligado al desarrollo de código en
Xcode, ya que para hacer la conexión, se necesita que los objetos, métodos, eventos, base
de datos, etc., estén declarados en la interface del programa; una vez hecho lo anterior,
Interface Builder habilitará dichos objetos, métodos, eventos y base de datos, dejando al
desarrollador únicamente la tarea de colocar objetos como botones, etiquetas, etc.
Finalmente hacer la conexión con su nombre declarado en la interface y los métodos
atribuidos al mismo a través de un "click and drag".
2.1.2 Fundamentos del lenguaje de desarrollo: "Objective C"
El lenguaje "Objective C" esta colocando entre los lenguajes denominados
"Orientado a Objetos", en el cuál también existe una estructura jerárquica con la herencia
como enlace entre los distintos niveles.
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Herencia Superclase
Subclase
Figura 2 llcrencia principal de "Objective C"
Además, el lenguaje esta estructurado en clases, y repite algunos otros conceptos comunes como "objeto", "método", "variable de instancia", etc. Las características y
elementos básicos son los siguientes:
• •
• •
Integración de directivas de lenguaje C. Manejo de variables primitivas . Objeto: cuenta con características específicas (variables) y un comportamiento específico (Métodos). Mono-herencia: una Subclase solo puede heredar de una y solo una Superclase . Manejo dinámico de objetos: la locación en memoria es dinámica. No existe un ''Garbage Collector".
2.1.3 Manejo de Memoria
Uno de los puntos mas importantes en el desarrollo de aplicaciones móviles es
la importancia del manejo de memoria, ya que como es lógico, estos dispositivos
tienen una cantidad limitada de RAM, por lo que este recurso debe ser optimizado teniendo un uso eficiente de los elementos en "pila".
Aunado a esto, se debe tomar en cuenta que no existe dentro del manejo de
memoria un "Garbage Collector", es decir, que el manejador de memoria no sacará de
la pila los objetos creados de manera automática, por lo que deben ser sacados a
17
través de una instrucción de programación; un mal manejo de memoria puede
concluir con una terminación abrupta de la aplicación. Todo lo anterior se resume
como un ciclo de vida de los objetos con tres fases: creación, manejo de memoria, y
destrucción de objetos.
2.1.3.1 Creación de objetos
La creación se conforma de dos partes:
• Locación de memoria para el objeto: se utiliza el método de clase "a/loe", el cuál indica cuanta memoria es necesaria para alojar el objeto. Cabe señalar que sin la entrega de espacio en memoria para el objeto, simplemente éste no existirá, y por lo tanto, ningún cambio surtirá efecto en él.
• Inicialización del objeto: la inicialización es llevada a cabo a través del método "init", cuya finalidad es la de indicar los valores iniciales. En el lenguaje "Java", este método es llamado "método constructor"
2.1.3.2 Manejo de Memoria y Destrucción de Objetos
Como consecuencia de entregar un espacio en memoria al objeto, es necesario
recuperar dicho espacio una vez finalizado el uso del mismo. Esto se lleva a cabo a
través del método "deal/oc", con ello Objective C liberará el espacio en memoria.
e Objective-C
locación
mal loe
al loe
Destrucción
free
dealloc
Figura ] Directirns de creación y destrucción de objetos
Existe también un contador de pila; para manejarlo, existen directivas de
programación, es decir, cuando un objeto es creado se le asigna un numero 1, estas
directivas tienen la capacidad de aumentar o disminuir este número; el objeto se
mantendrá dentro de la pila mientras este contador sea superior a O. Las directivas
son:
• • •
"alloc" y "copy": crean el objeto con un contador igual a 1. "retain": incrementa el contador en 1. "release": decrementa el contador en 1.
18
. +1 retam
-1 release
Figura 4 Directivas de control de "Contador de Pila"
-1 release
El método "dea//oc" tiene como finalidad llamar a la directiva reléase las veces
necesarias.
2.3 Wi-Fi
Wi-Fi es el nombre dado por la Wi-Fi Alliance para el estándar de la IEEE 802.11,
donde están definidos las iniciales WLANs, para Wireless Local Area Networks (redes de
área local inalámbricas).
En su forma más básica, Wi-Fi es la transmisión de señales de radio.
La norma de 802.11 define el uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura
OSI, capa física y de enlace de datos, especificando sus normas de funcionamiento en una
Wireless LAN.
802.11 es un protocolo de paquetes que define la transmisión de datos y gestiona
acceso a la red independiente de a ubicación, usando señales de radio.
El medio de transmisión utilizado para la norma 802.1 I es la radio frecuencia
usando las bandas de 2.4Ghz y 5.4Ghz.
Los puntos de acceso son puentes que funcionan para conectar dos redes con niveles
de enlace ya sean parecidos o totalmente distintos.
El conjunto de servicio básico está conformado de dos formas distintas. La primera
es de manera independiente, donde las estaciones se comunican directamente entre sí (ad
hoc). La segunda manera es conocida como infraestructura que es cuando todas las
estaciones llegan a un punto de acceso.
19
Wi-Fi, diseñado para conexiones de corta distancia, con un alcance menor a 100
metros por punto de acceso, en mayores distancias se pueden presentar interferencias.
Los estándares abarcados por la certificación de Wi-Fi son derivaciones del 802.11
y comprende sus versiones; 802.11 b, 802.11 g y 801.11 n, con velocidades de 11 Mbps,
54Mbps y 300Mbps respectivamente.
La seguridad en las redes Wi-Fi está presente por medio de métodos de encriptación
para el envío de datos, la más común y utilizada en las redes inalámbricas es la codificación
WEP, este algoritmo cifra los datos con llaves de 64 o 128 bits.
Los puntos de interconexión Wi-Fi bien pueden ser enrutadores dedicados o puntos
de acceso conocidos "Acces Points (AP)" que emiten la señal de Radio Frecuencia.
Los AP, funcionan como un emisor remoto, como un repetidor de la señal para
áreas que el enrutador no alcanza. Por otro lado, los enrutadores se encargan de todos los
procesos inherentes de la comunicación, recepción, procesamiento y emisión de la señales,
con control de errores y extracción de la información.
Las principales ventajas de las redes Wi-Fi son, su comodidad y más fácil
implementación que una red alambrada. Una vez implementadas no representa ningún
gasto adicional la adición de equipos que operen en la red. Por último la WI-FI Alliance
certifica todos aquellos dispositivos que pretendan usar la tecnología y esto garantiza la
compatibilidad entre ellos sin importar el lugar de desarrollo.
Entre los principales beneficios de una red Wi-Fi se pueden contar los siguientes:
• Ethernet inalámbrica, Wi-Fi puede funcionar como un remplazo de la
Ethernet, ambos siendo estándares de la IEEE 802 comparten varios elementos
esenciales.
• Acceso extendido, la ausencia de alambres y cables permiten el
acceso a lugares donde estos no pueden llegar o resulta muy caro la implementación
de éstos mismos.
• Reducción de costo, reducción de materiales, tanto en cables como
los elementos necesarios para su instalación.
• Movilidad, la ausencia de cables permiten libertad para cambiar de
locación sin perder la conexión.
• Flexibilidad, el conjunto de todo lo anterior crea oportunidades para
nuevas y diversas aplicaciones que puedan perdurar en el tiempo.
Aplicaciones de Wi-Fi en sistemas embebidos.
20
Actualmente las oportunidades de desarrollo de sistemas embebidos continúan
creciendo, gracias a todas las ventajas que ofrece que pueden ser aprovechadas en los
siguientes ámbitos.
• Procesos Industriales y control de aplicaciones, donde las conexiones
cableadas son o muy costosas o inconvenientes.
• Aplicaciones de emergencia que requieren atención inmediata.
• Aplicaciones móviles.
• Cámaras de vigilancia.
• Comunicación con otros dispositivos Wi-Fi, como laptop o PDA 's
2.4 Microcontroladores
Se le da el nombre de controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de
uno o varios procesos en un diseño electrónico.
Un microcontrolador es un circuito de alta escala de integración que incorpora la
mayor parte de los elementos que configuran un controlador.
En un microcontrolador se tiene normalmente de los siguientes componentes:
Procesador o CPU (Unidad Central de Proceso).
Memoria RAM.
Memoria de programa: ROM, PROM, EPROM.
Puertos de E/S (entrada o salida) para la comunicación con el exterior.
Distintos módulos para el control de periféricos: temporizadores (timers),
Puertos seriales y paralelos, ADC (Convertidores analógico-digital), DAC
(Convertidores digital-analógico), etc.
- Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el
sistema.
2.5 Comunicaciones Serial (USART TTL)
2.5.1 Tipos de Comunicaciones Seriales:
La comunicación serial es una forma de enviar los datos bit a bit a un destino por un
mismo canal. Dentro de la comunicación serial existen dos maneras de establecerla, síncrona y asíncrona.
21
En la forma de comunicación serial síncrona, se tienen dos líneas de transmisión, en
la primera se transmiten los datos y en la segunda la señal del reloj de sincronía, que
indicarán cuando un dato es válido, de aquí su nombre síncrona, algunos de los ejemplos
más utilizados de esta comunicación son:
SPI
TWI o I2C One wire
En la comunicación serial asíncrona, tenemos que no son necesarios los pulsos de
sincronía que necesitábamos en la comunicación serial síncrona, esto se debe a que cada
dispositivo generará su propia señal de reloj para determinar los caracteres de las tramas; la
duración de cada bit está previamente determinada y programada en cada módulo, por la
velocidad con la cual se va ha realizar la transferencia de datos, por lo que tenemos que
cada dispositivo deberá tener programada la misma velocidad de transferencia.
Regularmente cuando no se está realizando ninguna transferencia de datos, la línea
del transmisor se encuentra en estado de "idle" este quiere decir en etapa de alto, esperando
a que se quiera empezar a transmitir. Para poder iniciar la transmisión, el transmisor coloca
la línea de transmisión en bajo o "O" lógico, durante un tiempo fijo, lo cual se le conoce
como bit de arranque o "start bit", después de este bit de arranque se puede empezar a
transmitir los bits de datos empezando siempre por el bit menos significativo (LSB), y
terminando con el bit más significativo, teniendo así un bit de parada o "stop bit" como lo
muestra la Figura 5.
'1)" Nu<?vo Caract~r !'' L t t
81~ de raracta "1"
Figura 5 Formato de trasmisión asíncrona
Si el receptor no está sincronizado con el transmisor, ya sea por que no se tienen
configurados a la misma velocidad de transmisión o porqué existen fallas en la línea de
transmisión por ser demasiado larga, este desconoce cuándo se van a recibir los datos, por
lo que el transmisor y el receptor deberán tener los mismos parámetros de velocidad,
paridad, número de bits del dato transmitido y de Bit de arranque y de parada.
En los circuitos digitales, en los cuales las distancias entre dispositivos que se van a
comunicar vía serial son relativamente cortas, se pueden usar niveles lógicos o TTL, de O a
22
5V, que son los niveles que entregan los microcontroladores, y que funcionan bien siempre
y cuando las distancias entre estos no sean grandes.
2.5.2 Margen de ruido.
La definición de ruido en un circuito con señales TTL se puede tomar como una
señal aleatoria no deseada producida por la acción de campos electromagnéticos, entre las
causas que lo generan pueden estar una línea cercana de la red eléctrica, la acción de
conmutadores eléctricos, motores cercanos, etc.
Estos efectos eléctricos no deseados y perjudiciales, inducen voltajes en los cables
de conexión entre los circuitos lógicos o en las patas de entrada de estos dispositivos y
estos voltajes y corrientes pueden ocasionar que el voltaje de entrada a un circuito caiga por
debajo del valor mínimo que entiende como "l" (VlH,mín) o exceda del valor máximo que
entiende como "O" (VIL,máx), lo cual puede generar distorsión en nuestra información
transmitida.
2.5.3 Ventajas y desventajas de la comunicación en serie.
En circuitos digitales cuyas distancias son relativamente cortas, se pueden manejar
transmisiones en niveles lógicos TTL (0-5V), pero cuando las distancias aumentan, estas
señales tienden a distorsionarse debido al efecto capacitivo de los conductores, su
resistencia eléctrica y la presencia de campos electromagnéticos. El efecto se incrementa a
medida que se incrementa la velocidad de la transmisión.
Una de las soluciones más lógica es aumentar los márgenes de voltaje con que se
transmiten los datos, de tal manera que las perturbaciones a causa de la línea se pueden
disminuir, pero al aumentar los valores de voltaje, también aumenta la potencia que estos
disipan, lo que hace que esta solución no sea la más eficiente.
Algunos de los inconvenientes de la transmisión serial son:
En la transmisión serial se debe saber cuanto dura el tiempo de bit, y con este
tiempo se debe de buscar dentro de la cadena la posición de cada bit que se desea saber.
Un enlace serie requiere más tiempo para transmitir un carácter que un enlace
paralelo y el tiempo necesario para transmitir toda la trama con n-bits en una transmisión
serie es al menos n veces mayor que en una transmisión paralelo.
23
Dado a estos inconvenientes que tiene las comunicaciones seriales TTL, en este
caso la comunicación USART, TWI o SPI que tienen los microcontroladores, se decidió
cambiar a otro tipo de comunicación, en este caso RS-485.
2.5.4 Comunicación RS-485
La comunicación RS-485 o también conocido como EIA-485, es un estándar de
comunicaciones que basa su funcionamiento en el bus de la capa física del Modelo OSI.
El protocolo RS-485 está definido como un sistema en bus de transmisión
multipunto, es una comunicación diferencial que es ideal para transmitir a altas velocidades
sobre largas distancias que van desde 35 Mbps con una distancia I O metros y l 00 Kbps con
una distancia 1200 metros, este tipo de comunicación puede ser transmitida a través de
canales ruidosos, ya que se reducen los ruidos que aparecen por los voltajes y corrientes
producidos en la línea de transmisión, por las razones comentadas anteriormente.
El protocolo establece que el medio físico de transmisión tiene que ser un par
trenzado, con una longitud máxima de 1200 metros.
La interfaz RS-485 ha sido desarrollada para la transmisión de forma serial de datos
de alta velocidad y a grandes distancias, como lo muestra la Figura 6, esta se encuentra
creciente aplicación en el sector industrial, debido a su gran inmunidad el ruido y a que se
tiene muy buen alcance de distancia a velocidades bastante considerables. El Bus RS-485
puede instalarse tanto como sistema de 2 hilos o de 4 hilos.
1 ... lil .. 'lA
:a
Figura 6 Relación, velocidad vs distancia
24
Bus de 2 hilos RS-485
El Bus de 2 hilos RS-485 se conecta como lo muestra la Figura 7, con un cable
propio como Bus con una longitud máxima de 500m. Los demás micro-procesadores se
conectan a este cable a través de una línea adaptadora de máximo 5 metros de longitud. La
ventaja de la técnica de 2 hilos radica esencialmente en la capacidad multi-master, en donde
cualquier micro-procesador puede cambiar datos en principio con cualquier otro. El Bus de
2 hilos es básicamente sólo semi-dúplex. Es decir puesto que sólo hay a disposición una vía
de transmisión, siempre puede enviar datos un solo micro-procesador. Sólo después de
finalizar el envío, pueden transmitir los otros microprocesadores. La aplicación más
conocida basada en la técnica de 2 hilos es el PROFIBUS.
AJ.
81+-
RS435 device
Bus de 4 hilos RS485.
Bus cable max. 500 m
RS435 device
RS435 Device cable device max. 5 m
Figura 7 RS-485 con 2 hilos
La conexión de 4 hilos sólo puede ser usada en aplicaciones maestro-esclavo como
lo muestra la Figura 8, en donde se cablea aquí la salida de datos del Maestro a las entradas
de datos de todos los esclavos. Las salidas de datos de los servidores están concebidas
conjuntamente en la entrada de datos del Maestro.
25
RS435 Master
T+ T- R+ R-
Bus cable max. 500 m
Device cable max. 5 m
T- T+ R- R+
RS'85 Slave
Figura 8 RS-485 con 4 hilos
Método fisico de transmisión:
Los datos en serie, como en interfaces RS-422, se transmiten sin relación de masa
como diferencia de voltajes entre dos líneas correspondientes. Para cada señal a transmitir
existe un par de conductores que se compone de una línea de señales invertida y otra no
invertida. La línea invertida se caracteriza por regla general por el índice "A" o "-",
mientras que la línea no invertida lleva "B" o "+". El receptor evalúa solamente la
diferencia existente entre ambas líneas, de modo que las modalidades comunes de
perturbación en la línea de transmisión no falsifican la señal útil. Los transmisores RS-485
ponen a disposición bajo carga un nivel de salida de ±2V entre las dos salidas, como lo
muestra la Figura 9; los módulos de recepción reconocen el nivel de ±200mV como señal
válida. La asignación de voltaje de diferencia al estado lógico se define del modo siguiente:
• •
A - B < -0,3V = MARK =OFF= Lógico 1
A - B > +0,3V = SPACE = ON = Lógico O
SV<>
.... ·t·
- - t- __L
. ... ··~ t.::A":t
tftvtí.iat:.I ';;4)(.,1.
T •. •
••• ·r -,
rt ev:;~:k.l -~.:. • -~ ff'.!' ~,
e 0111.in i e ad ón us~P T COlltlnicación PS-485
Figura 9 Diferencia entre USART y RS-485
26
27
Desarrollo
3.1 Aplicación móvil
Para diseñar la una aplicación dedicada a la automatización, se debe planificar desde la
perspectiva de un usuario final, pero previendo distintos tipos de escenarios como lo es el
uso exclusivo de ciertos aparatos, de privilegios y niveles de usuario, y hasta un nivel de
servicio técnico, además de ser sencilla de usar, entender, visualizar, y que el usuario final
la utilices de manera intuitiva.
Es por esto que la aplicación se desarrollo pensando en las siguientes características:
• Conexión Wi-Fi dinámica con el dispositivo "Maestro del Sistema".
• Estar basada en privilegios de usuario (Servicio Técnico, Administrador, y Usuario
de bajos privilegios).
• • • • •
Sencillo manejo de las distintos comportamientos de los actuadores .
Configuraciones de Administrador y Usuario de bajos privilegios .
Recepción de notificaciones de conectividad .
Base de datos interna de usuarios y actuadores .
Personalización de usuario .
3.1.1 Bases de datos.
Para el dearrollo de base de Datos fue necesano el uso de la librería
"libsqlite3.0.dylib", provista por Xcode como parte de los "Frameworks" disponibles. En
esta librería se utilizan cadenas de caracteres especiales las cuales indican la función a
realizar. Para la aplicación se utilizaron 4, lectura, escritura, borrado y actualización.
En la base de datos se definió una tabla llamada "my Actuators", que se puede observar en
la Figura I O, con la siguiente estructura de datos:
idActuator user actuatorType description authorizad actuatorlD notification actuatorName
int
• •
• •
Text Text Text int int int Text
idActuator: indica el id con el quese identifica al elemento en la base de datos .
User: indica si el elemento pertenece al usuario del dispositivo o es un actuador en
general.
actautorType: indica el tipo de actuador como lo puede ser "Luz", "Puerta", etc .
description: es una pequeña descripción del actuador para identificarlo .
28
• Authorized: indica si este elemento va a estar habilitado para el usuano del
dipositivo.
• actuatorID: identificador del sistema.
• Notification, indicaro de receptción de notificaciones.
• actuatorName: bombre del actuador.
Column ID
o l
2
3
4
s 6
7
Name
idActuator
user
actuatorType
description
authorized
actuatorlD
notification
actuatorName
Type
INTEGER
TEXT
TEXT
TEXT
INTEGER
INTEGER
INTEGER
TEXT ----------· --·--··----·--------
Figura 10 Base de datos my Actuators
3.1.2 Conexión Wi-Fi
El manejo de objetos dedicados a las conexiones Wi-Fi en la plataforma escogida
resultan un tanto enredados y difíciles de usar, es por eso que se busco la manera de
facilitar el trabajo de modo que pudiéramos tener éxito en la conexión y envío de datos a
través de una red local, y utilizando la estructura básica de "socket-puerto".
Debido a que finalmente Applc tiene desarrollo de manera libre, se utilizó una
librería dedicada única y exclusivamente a la disminución de trabajo en el uso de
herramientas Wi-Fi llamada "Cocoa Async Socket".
Para llegar al objetivo deseado usamos la estructura que se muestra en Figura 11,
para el uso y creación de la conexión:
29
• #import "AsyncSocket.h"
• [asyncSocket setRunLoopModes:[[NSArray arrayWithObject:NSDefaultRunLoopMode] reta in]];
•[asyncSocket connectToHost:host onPort: 40000 error:&err];
• [as ncSocket isConnected
Figura 11 Conexión de socket
La escritura y transmisión se llevo a cabo a través del método "writeData":
-(void)writeData:(NSData *)data withTimeout:(NSTimelnterval)timeout
tag:(long)tag
3.1.3 Vistas ele usuario.
La aplicación está hecha para ser controlada a través de pequeñas "tabs" en donde se puede pasar por las distintas vistas de usuario.
l:11z Jho,,ny _ ,
luzhfoJ,o,w,y PllertoPri~
li1%~.P:
~ r--¡
. 1
1
l ¡
Figura 12 Vistas de usuario
30
3.1.4 Vista de Actuadores
En esta vista se pretende tener un panorama completo de los actuadores
disponibles, además del control de encendido y apagado de los mismos, además de un
controlador de intensidad o grado, el cual solo aparecerá en caso de que los actuadores lo
requieran. Estos controles serán deshabilitados en caso de que la aplicación carezca de
conexión con el modulo Maestro de nuestro sistema.
'!
· Luz Jhoni;iy '! -1:~
L 8 , jt. '~ uz . u·ro' nonny ' ¡
Puerta Principdl! , Luz entrada P. , .
Figura 13 Vista de actuadores
Otra capacidad que permite esta vista es la de configurar el orden de los objetos, si
se quieren primeramente los del usuario en cuestión, o los objetos generales.
, ( J~,º"~!, ; (G;f,."'º1) Luz Jhonht ..
, '
Luz Buro·dhonnt . Figura 14 Vista de actuadores por objeto
3.1.5 Vistas de Configuración de Usuario.
En esta vista el usuario podrá personalizar su aplicación de 3 cosas fundamentalmente: El
nombre que aparezca en todas las vistas de la aplicación, el fondo de la misma, y de que
dispositivos desea recibir notificaciones.
31
Figura 15 Vista de configuración de usuario
Además puede realizar y verificar la conexión con el modulo maestro gracias a un
botón de conexión el cual se incluye tanto en configuraciones de Usuario como de
Administrador. Para cambiar a la vista de configuraciones de administrador se tiene
el botón en la parte superior derecha _____ .....,.,.,..... _______________ --
Usuario D
Figura 16 Vista de conexión
3.1.6 Vista de Configuraciones de Administrador
Esta vista está sujeta a privilegios, por lo tanto estú protegida a través de un código.
Figura 17 Entrada de contraseña
32
Una vez introducido el código correcto, esta vista permite el acceso a las
configuraciones o de administrador, cuya capacidad consiste en bloquear funciones de la
aplicación que el usuario no puede realizar sin la contraseña. Estas restricciones consisten
en 3 reglas principalmente: indicar que objetos son del usuario, que objetos están
habilitados tanto de actuadores generales como personales, y que notificaciones recibirá de
los actuadores generales.
3 .1. 7 Vista de Soporte Técnico
Por último ésta vista tiene como objetivo el de dar de alta nuevos actuadores, es
decir, es la única vista que puede crear como tal, objetos nuevos en la base de datos.
Posteriormente de introducir la contraseña se tiene disponibles los distintos campos
con los cuales se llenara la información de los objetos agregados a la Base de Datos.
1 Descripción
j
Figura 18 Vista de soporte técnico
33
3.2 Módulos inalámbricos
3.2.1 Sistema de Red local
Sistema de la red local.
Para tener el control de todos los elementos en nuestra casa inteligente se desarrolló
un sistema de comunicación inalámbrica por medio de la tecnología Wi-Fi, en la topología
mostrada en· la Figura 19, podemos observar que el enrutador inalámbrico funciona como
centro de comunicación del sistema, ofreciendo conectividad Wi-Fi a todos los elementos
de la red, dando la capacidad al modulo Rabbit de funcionar como un servidor que atenderá
como clientes a todos los dispositivos que comparten la red.
,r.t&c G5
Compulaóora
Figura 19 Topología de la red
Network processor "Rabb«"
Wireless rcarter
Palm
Smartphone
El módulo Rabbit tiene un lugar en nuestra topología como un elemento más de la
red, pero es el servidor que atenderá las peticiones de los clientes que son todos los
dispositivos móviles dentro de la red. El Rabbit tiene una función de multiservidor al ser
34
capaz de atender las peticiones de todos los clientes sin importar el número de ellos y puede
abrir y cerrar conexión con cada uno de forma dinámica.
Por otro lado, el módulo Rabbit es un elemento más de la red con una
infraestructura ya existente. Una red inalámbrica constituida por un enrutador inalámbrico o
también por un AP que son los que brindan el servicio inalámbrico. El módulo toma
dirección IP por medio del servicio DHCP (Dinamic Host Configuration Protocol),
dirección que le servirá como identificador dentro de la red para que los clientes puedan
establecer una conexión a con él.
El módulo Rabbit has sido programado para ser totalmente configurable una vez se
encuentre instalado el sitio final para su uso. Por medio de una comunicación serial a través
de un puerto USB este puede establecer una conexión a su puerto de configuración.
Con esta comunicación el usuario tiene la posibilidad de configurar la red
inalámbrica para el módulo Rabbit, en la Figura 20 se puede observar ejemplo de la interfaz
ofrecida por medio del programa hyper terminal, en la cual se muestra la búsqueda que hiso
el módulo Rabbit de las redes inalámbricas disponibles.
t}Rabllil · HypuT•rmlM1 ~~-, .... 'i>' . H '1',V' ,.
w "'"''l- JI. OJJ.;t 1~dt;o ~ !!"'- ~ !!-'..,, ,.l'~ ... ·-····
~ ,,,.
e!> ºª di'
" Henu
Pres ionar b puru buscar los AP di sponibles Pres ionar d pard buscar y asoc iar d un AP Pres ioner M para ver el estatus de la MAC
CoMenzando busQueda . .. BSS ac tual es : Red Conol Pot encia HAC SSID ---------------------------------------------------------------
0 11 68 00 :21 :7c :d3 :8c :91: lSIVERI 1 6 59 00 :0c :41 :14 :e3 :3c; llinksys-g)
Seleccionar uno nuev.:, BSS o salir ( (0-1. s para salir) l 1 La red USd password de cifrado? Is /ni BSS seleccionada : [linksys-gl
Henu Pres ionar b para buscar los AP di sponibl es Pres ionar a para buscar y asociar 8 un AP Presionar 11 para ver el es1atus de la MAC
' - t · . - -)l(l2:56 ~ ~w 96'»-I t:¾-;.,;.·;:- M f .. ., :• ,;'#,r,
Figura 20 Búsqueda de Red
En el ejemplo anterior contamos con dos redes disponibles, siempre mostradas en
orden por cual red tiene mayor potencia de señal, entre la información que podemos
visualizar encontramos el canal por el cual se transmite cada red, el nivel de potencia, la
35
dirección MAC o física del punto de acceso y el SSID de la red o nombre. Esta información
es necesana para que el usuario identifique su red entre todo el ambiente inalámbrico
disponible.
Una vez identificada la red el Rabbit puede asociarse a ella tecleando el número que
se le asignó, que también es mostrado en pantalla y está mostrado en la primera columna
bajo el nombre de Red (Figura 20). Se puede asociar a redes con o sin cifrado, sea WEP o
W AP, en caso de una red protegida con cifrado o clave, la interfaz pedirá que se ingrese la
clave.
Una vez configurados los anteriores parámetros el módulo Rabbit puede ingresar a
la red, obteniendo una dirección IP e integrándose como otro elemento de la red. La
dirección IP que se le asigne será mostrada en pantalla además de ofrecer la opción de
elegir un número de puerto para dar de alta el módulo Rabbit como servidor.
En la Figura 21 podemos observar cuando el Rabbit inicializa el modo de servidor,
en la primera línea contamos con la información de red necesaria para establecer conexión
desde cualquier dispositivo móvil. También en la pantalla podemos observar la cantidad de
sockets abiertos comenzando el ordinal desde el número "O". En este caso el número de
sockets de flujo dados de alta fue de 5.
C)Rabbit · HyfH!rT•rminel Oh
!1""'"!>::1:'t:;;i'"' -~ -...... ··=-,¡;; ~ ~.l'.C';.,. ;:,,¡¡ '1{ . lln i,~
, .... <M-o ~ V-- !r.wf•• A)'\¡de --
'.t11t
~ r·, J .Oc9 di'
" Servidor
Int erface tt1ble :
lt IP addr . Mask Uo Type MTU Flags Peer/router i -- ------------·--- --------------- --- ----- ---- ------ ---------------0 192 .168 . l.14S 255.2SS. 2SS .128 yes eth 1489 •DO 10 .10.6 .1
Deler•iM un puerto : 40000 Esperando Cone><ion en el socke t : 0
Esperando Cone><ion en e l socket : 1
Esper ando Cone><ion e l socket : 2 ¡
en l
Esperando Cone><ion e l socket : 3 1 en
Esoer ando Cone><ion en el socket : 4
-
-.., . ·- . - -Q:00:Je{Q(>!IC;t..Jo ~ 'l«O~I W.-\j,,¡;.:; \~y ~ •7,i;l~t, lt<*'Jf::ir
Figura 21 Rabbit en modo servidor
36
Cada socket de flujo permite una conexión separada e independiente con un solo
elemento en la red, de esta forma el Rabbit se encarga de recibir los datos de cualquier
destino y repartirlos a todos los clientes que tenga conectados, sean dispositivos móviles u
otros módulos Rabbit secundarios.
Finalmente, gracias a la conexión serial con la computara podemos visualizar el
flujo de datos a través del Rabbit, está función es sólo para monitoreo porque sólo nos
muestra los bytes que se intercambian, sin ningún significado ya que estos sólo toman
sentido al llegar al microcontrolador del actuador final. Estos últimos datos que podemos
visualizar, son los mismos que pasan por medio de una conexión USART a un
microcontrolador que asiste al módulo Rabbit con las conexiones alambradas para hacer
llegar las instrucciones a los actuadores finales.
El anterior proceso se encuentra resumido en el diagrama de flujo de la Figura 22.
Administración de Red
Modo irlraestruciura_ SSID "Red Locar.
C1lraco {nmgyna, WEP, WPA) IP as.gnada por DHCP
Esperando cuiexión : (ascYChandO "!1Xke15l
r1 Conexión estatl4ecida (OCI.Joando un "sockat")
FlecibtMdo dalos fuente
inalámbrica.
n J ! ,_.::,,,
Terminando co,exJón (ib«ando "soclc.elj
Envío datos serial.
Figura 22 Administración de la Red
37
3.2.2 Infraestructura inalámbrica.
Para resolver el problema en el caso que nos encontremos con un ambiente donde
ya exista una arquitectura definida con la gran mayoría de sus servicios ya establecidos,
donde resulte difícil cubrir todos los puntos necesarios de forma alambrada, se pensó
entonces en diseñar una infraestructura que aprovechara las bondades de la red Wi-Fi. Se
distribuirían entonces módulos Rabbit secundarios para cubrir las zonas de dificil acceso o
aquellas donde se maltrate la estética del lugar para hacer llegar los cables.
Se ha preparado entonces una infraestructura inalámbrica que cuente con vanos
módulos Rabbit secundarios o esclavos que también sean clientes del módulo Rabbit
maestro o principal, este último es el encargado de concentrar todas las instrucciones y
todas las conexiones y ser el único que mantenga contacto con las aplicaciones de los
usuanos.
Para cubrir todas las necesidades se dividirán por sectores las a áreas a cubrir con el
servicio, contando con un módulo Rabbit esclavo en cada sección que sea el encargado de
distribuir las instrucciones a los actuadores que tenga directamente conectados. La
sectorización puede llevarse desde el punto en que sólo se divida el hogar en dos partes,
hasta el límite de un módulo inalámbrico a cada esclavo.
El esquema de la Figura 23 muestra una posible distribución de módulos
inalámbricos para cubrir las necesidades de automatización de lugar.
o
··-.... - .. .. ,_...,. ~~-... y~
.. - y .... ~-,.,. ... - - - - """-- --· -- --~~....,._.,_~~--~"'""'-
ll
i - : 1 :t : : ~- -::,: : ::-·-:c::=:::::::::i-~ : : : :t :; :1 : ~
Figura 23 Infraestructura inalámbrica
38
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í
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I f t 7 1
1 l
3.3 Configuración y comunicación RS-485
El siguiente diagrama en la Figura 24, muestra el funcionamiento general de todo el
sistema modular. En primer lugar se recibe vía inalámbrica "Wi-Fi", por el módulo
"Rabbit" y éste se comunica de forma serial asíncrona con el microcontrolador maestro. El
microcontrolador maestro se comunica vía serial asíncrona, pasándose las tramas por un
convertidor USART a RS-485 , con los demás microcontroladores esclavos, para que estos
realicen la tarea con las que fueron programados.
Modulo Wi-FI
Funcionamiento modular del Sistema
Comunicació Serial
Microcontrolador Maetro
~ Conversión ~ ~ USART a RS-485 U
Conversión RS-485 a USART
Módulos esclavos
Cada modulo
realiza una acción en especifico
Figura 24 Funcionamiento del sistema
39
3.3.1 Configuración módulo maestro
Cómo módulo maestro se utilizó un microcontrolador A VR Atmel, Atmega 162, para
la configuración en modo maestro lo primero que se tiene que definir es la velocidad o el
"Baud-Rate" a la que se desea transmitir y esto se logra escribiendo los parámetros en el fose
registro "UBRR" tomando en cuenta la siguiente fórmula: s.n.:v 16(VBRR • 1 >
En donde fose es la frecuencia del oscilador del sistema, UBRR es el contenido de los
registros UBRRH y UBRRL, en donde estos puede tomar un valor entre O y 4095 y BAUD
que es el "Baud-Rate" y que esta dado en bits por segundo.
En los registros UBRRH y UBRRL, que es un registro de 16 bits en el cual los bits del O al
7 pertenecen al registro UBRRH y del 7 al 16 pertenecen al registro UBRRL mostrado en
la Figura 25, son los registros los cuales se modifican para tener la velocidad deseada tienen
los siguientes campos.
15 1.:. 13 12 11 10 9 8
1 URSEL UBRR[11:8) UBRRH
UBRR[7:0] UBRRL
7 6 5 4 3 2 o
Figura 25 Registros UBRRH y UBRRL
Bit 15 - URSEL: Register Select
Con este bit se bit se puede seleccionar el acceso entre los registros UBRRH o UCSRC.
Bit 14:12- Reserved Bits
Estos bits están reservados para uso futuro para compatibilidad con futuros dispositivos,
por lo que por el momento estos bits son de solo lectura, por lo que no influyen en la
generación del el "Baud-Rate".
40
Bit 11:0- UBRRI 1 :O: USART Baud Rate Register
Estos 12-bits del registro son los cuales controlan la velocidad USART, el registro UBRRH
contiene los 4 bits mas significativos y el UBRRL contiene los 8 bits menos significativos
de la velocidad USART.
En la Tabla 1 se muestra, con un fose =8 MHz que es el utilizado en nuestro sistema, los
diferentes "Baud-Rate" que se pueden lograr, con sus respectivos porcentajes de error que
tienen estos en la comunicación serial.
Tabla I Tabla de Baud-Rate
B11ud Rata (bps)
1 2400
4800
9600
1
14.4k
19.2k
1 28.Bk 1
1 38.4k
! 57.6k
1
76.Bk
115 2k 1
1
230.4k
250k
1 0.5M
1 ~~X 111
f_, = 8.0000 MHz
U2X= O
UBRR Error
207
103
51
34
25
16
12
B
6
3
o
0.2%
0.2%
0.2%
·0.8%
0.2%
2.1%
0.2%
-35%
-7.0~1ó
8.5%
8.5%
0.0%
0.0%
0.5 Mbps
U2X = 1
UBRR Error
416 ·0.1%
207 02%
103 0.2%
68 06%
51 02%
34 ·O 8~1ó
25 0.2%
16 21%
12 02%
B ,J.5%
3 85¾
3 00%
00%
O 0.0%
1 Mbps
Como segundo paso se tiene que configurar el tipo de trama, es decir cuantos bits
contendrá esta, y cuales serán de datos y cuales serán de paridad que se va a transmitir, y activar transmisión o recepción serial; esto se logra configurando el registro UCSRB
mostrado en la Figura 26, que tiene los siguiente campos, de los cuales solo nos interesaran los primeros 5, del bit O al bit 4:
7 6 5 4 3 2 o RXCIE TXCIE UDRIE RXEN TXEN UCSZ2 RXB8 TXBB UCSRB
Figura 26 Registro UCSRB
Bit 4 - RXEN: Receiver Enable
41
La opción de recepción se activara escribiendo este bit en uno, lo que activara a el
PIN Rxd, en su fom1a de recepción serial.
Bit 3 - TXEN: Transmitter Enable
La opción de transmisión se activara escribiendo este bit en uno, lo que activara a el
PIN Txd, en su forma de transmisión serial.
Bit 2 - UCSZ2: Character Size
El bit UCSZ2 combinado con el bit UCSZ l :O en el registro UCSRC, configura el
número de bits de datos de la trama, es decir el tamaño de esta.
Bit l - RXB8: Receive Data Bit 8
RXB8 es el noveno bit de datos, en una recepción serial en la cual esta activada la
forma de nueve bits de datos.
Bit O - TXB8: Transmit Data Bit 8
TXB8 es el noveno bit de datos, en una transmisión serial en la cual esta activada la
forma de nueve bits de datos.
7 6 5 4 3 2 O
URSEL UMSEL UPM1 UPMO uses UCSZ1 UCSZO UCPOL UCSRC
Figura 27 Registro UCSRC
Como tercer y último paso se configura el registro UCSRC mostrado en la Figura 27, en el
cual se tiene el tipo de comunicación, síncrona o asíncrona, paridad, y bits de paro; y contiene los siguientes campos:
Bit 7 - URSEL: Register Select
Este bit selecciona el acceso a los registros UCSRC o UBRRH.
42
Bit 6 - UMSEL: USART Mode Select Tabla 2
Con este bit se selecciona el tipo de comunicación, síncrona o asíncrona.
Tabla 2 Tipo de comunicación
UMSEL Modo o Operación asíncrona l Operación síncrona
Bit 5:4 - UPM l :O: Parity Mode Tabla 3
Estos bits habilitan el tipo de paridad y el chequeo de esta, si se encuentra activada el
transmisor automáticamente generara y mandara la paridad en con los bits de datos en cada
trama.
Tabla 3 Tipo de paridad
UPMl UPM2 Modo de paridad o o Desactivada o l Reservado l o Activado, paridad impar l 1 Activado paridad par
Bit 3 - USBS: Stop Bit Select Tabla 4
Este bit selecciona el número de bits de paro que serán mandados por el transmisor.
Tabla 4 Bits de paro
USBS Bits de paro o 1 Bit 1 2 Bits
Bit 2: I - UCSZ 1 :O: Character Size (Tabla 5)
Los bits UCSZ I :O combinados con los bits de UCSZ2 en el registro UCSRB
configuran el número de bits de dato usado en las tramas.
Tabla 5 Tamaño de trama
UCSZ2 UCSZI ucszo Tamaño o o o 5 bits o o I 6 bits o I o 7 bits
43
o 1 1 8 bits 1 o o Reservado l o 1 Reservado 1 1 o Reservado l l l 9 bits
Bit O - UCPOL: Clock Polarity
Este bit solo es usado en comunicación síncrona; para comunicación asíncrona
entonces se deberá escribir un cero en este bit.
De esta forma queda configurado el modo maestro, para la transmisión que nosotros
utilizamos, fue una configuración a 9600 bauds, 8 bits de dato, 1 bit de paridad y modo
asíncrono; en la Figura 28 se muestra un ejemplo de cómo se configura.
Priner Trama enviada
B1t que! indica que e~ una d1recci:in lo que se trcnsm1t~. ·1 • d1recc ón. "O" dato
lfüt·71Bit61Bit S IBiH 1Bit·: 1Bit 21 Bil·t I Bil-01
Bits de d1remón de esdav:i
Segunda Tana ~n,·íac!.a
Bit-7 Bit-6 Bit-5 Bit-4 Eit-3 Bit-2 Bit-1 Bit-O
Acción é reali;ar poi los esclavcs
Figura 28 Envío de tramas
44
3.3.2 Configuración esclavo
La configuración de esclavo se lleva acabo de la misma manera que en el maestro
(velocidad, paridad, tamaño de trama, etc.), bajo los mismos registros y las mismas
especificaciones, por lo que la diferencia entre estos y el maestro de lleva acabo en la
recepción, y esto se hace por puro software; la forma de recepción se explica en el
diagrama de la Figura 29.
.,/
1, '-\ ..
/ / ' ' ' ' ' 1
/ / ' ' ' ' / .'
i ! ,r !
/ ' ,' / ' 1 i I
,' e' /
'''!
1 Recepción en esclavo
Esclavo co~ dalo 111cibido con 5U di"ecc:ión :
Se prende bandera pera
recepdcln de !leQUnda trama
JJ
1 · Se realiza la acción ] ! 1
..!,_J.
Figura 29 Recepción de esclavo
45
3.3.3 Forma ele comunicación
La base de la comunicación modular de nuestro sistema se lleva acabó en 4 pasos
que se muestran en la figura 30.
Rilblllt Milestro
MA)(485
< Bus ;485 => MAX485
Figura 30 Comunicación RS-485
l. El maestro envía las tramas de forma USART (TTL). 2. Se tiene un módulo (MAX485), que convierte de forma USART (TTL), a una
forma RS-485. 3. Se transmite a todo el bus RS-485, en donde están conectados todos los esclavos, y
todos tienen un módulo (MAX485) que convierte de RS-4. 485 a USART (TTL). 5. Con las tramas ya en USART (TTL), llega a cada esclavo.
46
3.4 Actuador de Luz ON/OFF Luz on-off, este actuador es relativamente sencillo de usar, ya que solo cuenta con
dos estados, activado o apagado, y su funcionamiento es el siguiente:
J Luz on-off J
jJ El maestro
envía petición para prender
la luz
jJ Se activa un switch hasta que se de la
orden de apagar la luz
jJ Se espera para
nueva orden
Figura 31 Diagrame del Actuador de Luz
Se tiene conectado a foco un modulo esclavo, que como se ha mencionado con
anterioridad, que recibe órdenes de el modulo maestro, cuando este modulo esclavo recibe
la orden de prender la luz, entonces activa un interruptor (como lo muestra el siguiente
circuito), que permite el paso de corriente alterna a el foco y después de un tiempo cuando
recibe la orden de apagar la luz entonces desactiva el interruptor, que corta el paso de
corriente alterna a el foco, y esto funciona de igual manera de forma constante.
El interruptor que se utilizó es un optotriac, que se activa mediante un
microcontrolador, y este optotriac cuando es activado, también activa un tirac, que este es
el encargado de dejar pasar la corriente por el dispositivo deseado, en este caso la contra
chapa electrónica.
Tecnológico de MonterrJ7. ~ Oudad de México 1
Rihlinh:ar~
M1cro-controlador
Optotriac
Foco
(<:")\ ------\u 1-------..
Tnac
Figura 32 Circuito del Actuador de Luz
3.5 Actuador de chapa eléctrica.
+
Linea AC
Contrachapa electrónica, es un dispositivo eléctrico que sirve para permitir o negar el
abierto o cierre de puertas y tiene las siguientes características:
Estructura estándar de acero inoxidable. Se alimenta con 9-12 Yac. Consumo corriente 450mA. Fuerza de presión: 800Kg. Temperatura de superficie: Alrededor de 20ºC Temperatura de operación: -1 OºC a 25ºC Función NC (Normalmente cerrado). Función de seguridad: Supresor de picos de voltaje Modo de apertura: Oscilación de puerta de 90 grados Adecuado para: puertas de madera, metálicas, contra incendio. Peso neto: 0.4 kg. Medidas: l 50L x 39.5W x 28H (mm)
El funcionamiento de este dispositivo es el siguiente:
48
Contrachapa electrónica
Se detecta que
se necesita abrir
la puerta
ll Se activa el
dispositivo dejando
pasar corriente
alterna por no mas de ocho segundos.
ll Se cierra el
paso de corriente.
Figura 33 Diagrama del Actuador de la Chapa eléctrica
Se tiene conectado a la contrachapa un módulo esclavo, que como se ha
mencionado con anterioridad, que recibe órdenes del módulo maestro, cuando este modulo
esclavo recibe la orden de abrir la contrachapa electrónica, entonces activa un interruptor
(como lo muestra el siguiente circuito), que permite el paso de corriente alterna a la
contrachapa (por no más de 8 s.), y es así como realiza su funcionamiento de abrir la
contrachapa.
El interruptor que se utilizó es un optotriac, que se activa mediante un
microcontrolador, y este optotriac cuando es activado, también activa un triac, que este es
el encargado de dejar pasar la corriente por el dispositivo deseado, en este caso la contra
chapa electrónica.
49
Contra chapa
Transformador
Cptotriac
M1cro-controtador
Figura 34 Circuito del Actuador de la chapa eléctrica
3.6 Actuador Ventilador de 4 Estados.
Este actuador entra en funcionamiento a partir de corriente alterna, teniendo para la
variación de velocidades, una conmutación de capacitancia, provocando con lo
anterior, un aumento o disminución de potencia con lo cual el motor aumenta o
disminuye su velocidad.
Switch de
capacitores
1
2
3
4
Switches de
Dirección
1 Motor 1
Figura 33 Esquema general de íuncionamiento de Ventilador
50
La variación de potencia se debe al comportamiento que tienen los capacitares al paso
de corriente alterna, y dependiendo de los valores del capacitar y de frecuencia de la
corriente, se ajusta el valor de la llamada resistencia del capacitar, llamada la
"reactancia capacitiva".
Esta resistencia que presenta el capacitar al paso de la corriente provoca un
desfasamiento con respecto al voltaje que pasa por el mismo.
Voltaje // --~~\
// \\ // . \ \
1 I Cornente \ \ í I \ \
I
// // //
i I
.~'"~/· ',/
.. \ \ .. '\ \, ' "\\ \\
\ ' ','
Figura 34 Retraso de Corriente con respecto al Voltaje.
Sabiendo que la potencia se calcula como P=V*I, el resultado entre un desfasamiento
mayor produce un valor distinto de potencia, y por lo tanto, que el motor del ventilador gire a una velocidad distinta.
Potencia
.,
Figura 35 Gráfica de Potencia con respecto a un condensador
Para calcular la potencia que recae en el motor se tiene el siguiente análisis:
• Se calcula la reactancia capacitiva con la formula
51
1 Xc = 2rrfC
donde fes la frecuencia de la corriente (60 Hz) y Ces el valor del capacitar.
• Una vez calculada la reactancia se utiliza la "Ley de Ohm", junto con la formula de potencia.
V= I * Xc
p = v2 * Xc
Los valores de capacitares que tiene el circuito es de lu y 2u y el circuito del
ventilador es el siguiente:
1u
" s~~,h1
1 I s .
1 Motor 1
/ w1tch 3
2u Switch 2
+ Linea 120V 60Hz
Figura 35 Circuito de conmutación de ventilador
La siguiente tabla muestra como resultan las combinaciones de la conmutación de
capacitares:
52
Estado S1 S2 S3 Capacitancia Circuito
Velocidad ON ON OF,F 3uF 1u
e~ Switch 1 o
(apagado)
~~·i Switch2
Un~ 120V 601-tz ./
Velocidad ON OFF ON luF 1u
C, Sw ilch 1 1
"-Switch 2 2u
Linea 120V 601-tz
2uF 1u
"' Velocidad OFF ON ON
C' Switch 1 2
Switch 2 2u
Linea 120V 60Hz
- -- - ,..,..,..
Velocidad ON ON ON 3uF 1u
e Switch 1 3
Switch 3 Switch 2 2u
+
Linea 120V 60Hz ..r
Tabla 6 Comparativo de circuito de conmutación
53
3. 7 Actuador de persiana automática
El manejo de la persiana a través de nuestro sistema, está basado en el uso de un puente H
conectado a un motor, con lo cual es posible regular tanto el giro como la velocidad de
bajada y subida de la persiana.
Para este actuador utilizamos un "Motoreductor", el cual tiene características que ayudan a
un manejo mucho más sencillo con lógica digital; la primera de las características útiles es
el requerimiento de alimentación, ya que utiliza 24Vdc. Debido a esto, se puede manipular
de mejor manera digitalmente, y a su vez, alimentarlo puede abarcar únicamente un
rectificador de CA-CD, sin embargo, pensando en el enfoque del proyecto, decidimos
utilizar un convertidor comercial el cual soporta un consumo de corriente de hasta 2A.
El puente H utilizado es el LN298 cuyas características son:
• • • • •
Puente H Dual (P 1, pines 1-7; P2, pines 9-15) .
Vss. Voltaje Lógico de Habilitación (0-SV) .
Vs. Voltaje de Entrada de Poder (O-SOY) .
Entradas 1-2, 3-4, de orden de Voltaje Lógico .
Salida, constante y con señal PWM, de orden de Voltaje de O-SOY .
1 ~
-$- '4
')
~ 'I . .,
. )
~ 9
Multlwatt1 S !
!
6
5
4
-$- j
l
L 1 ~
_J
CJ
-.. -..
l
CJ
cu~~EN~ SENStfü A
OOH'l/1 J
tNAlllt 6
:NJ'VT )
LOG,c SUPPl y VCL r AG[ "~·
GND
:t...iFLH'
SUPPL ., VOL, AGE \\
CM.JTPUT 2
OUTP\JT !
Cl./!IRFW SENS!NG A
Figura 36 Configuración de pines de puente H L298
54
Tomando en cuenta las pruebas hechas al Motoreductor, comprobamos que la velocidad
que toma con corriente continua era adecuada para lo que podría ser la percepción de un
usuario; por su parte, el consumo de corriente por parte del motor fue de l 30mA aprox. Lo
anterior, nos llevo a dejar de lado el uso de una señal PWM para controlar la velocidad. De
esta forma, el circuito quedaría conectado de la siguiente manera:
l.
+
.,,, ... sv
~1,-+ __ _...._..__.
Figura 37 Conecciónde J\1icrocontrolador y Puente 11
55
56
Resultados
Este proyecto desde un princ1p10 fue planeado para cumplir con características que
rebasaran a otros sistemas dedicados a la automatización y la domótica, con la finalidad de
arrancar como un producto competitivo, fundamentándolo en la observación hecha a otros
productos, a los cuales consideramos que les ha hecho falta una renovación de diseño
tecnológico. A diferencia de otros sistemas de automatización, creemos que en el desarrollo
de un proyecto de estas características es imprescindible incluir las tecnologías de
vanguardia y/o las que han demostrado tener éxito entre los aparatos electrónicos de hoy en
día. Por un lado nos encontramos con la comunicación inalámbrica Wi-Fi, que actualmente
esta soportada por un gran numero de aparatos electrónicos; a su vez, se ha visto que el
auge de los dispositivos móviles en los últimos dos años es inmenso, y el desarrollo de
aplicaciones para los mismos ha crecido a la par. Como complemento a lo anterior,
partimos de una base alámbrica, la cuál es vigente para el sistema debido a los
requerimientos siempre son distintos, de este modo, nuestro proyecto puede cubrir un
mayor número de soluciones.
4.1 Tabla Comparativa
A continuación podemos observar de manera mas detallada la comparación con otros
sistemas:
Característica
Aplicaciones Móviles
Ventaja
., Tiene una interfaz muy agradable y fácil de utilizar, es rápida e intuitiva. El usuario no tiene que dirigir el sistema desde un lugar fijo. Además de lo anterior, la importancia que un usuario le da a su móvil en la época actual es grande. Gracias a la estructura de hw y sw que tienen los dispositivos móviles, se puede lograr la integración de un gran número de dispositivos a controlar. La ventaja que tiene utilizar dispositivos móviles, es que se aprovecha todas las grandes características que tienen, en
57
Comparativo .,, x
x Uno de los patrones repetidos en otros sistemas de domótica es el de tener un centro de mando fijo en un lugar de la casa. Un grupo pequeño cuentan con controles inalámbricos independientes, fáciles de usar, pero que no causan al usuario una sensación de importancia. Existen casos aislados de uso de aplicaciones, sin embargo estos no tienen la integración que buscan los sistemas de domótica.
Uso de Wi-Fi
lugar de desarrollar un control, en lo cual, nos hubiera sido muy dificil un aparato competitivo, amigable, tecnologíco, etc.
ti' Esta tecnología esta presente en la mayoría de los dispositivos móviles, lo cuál respalda la idea de que tendrá un tiempo de vigencia grande. Sería imposible sacar en este momento del mercado tantos aparatos electrónicos que soportan y esta dirigidos a esta ~ecnología.
x Los otros sistemas raramente cuentan con estructura inalámbrica, de este modo, tienen una desventaja marcada pues sus sistemas se basan en tener instalaciones nuevas o hacer cambios en paredes pisos y techos
Protocolo de ti' El protocolo de comunicación ti' Otros sistemas cuentan también con Com. Alámbrica alámbrica desarrollado para este sistema protocolos alámbricos. Esta característica es
tiene como características principales la la más fuerte que tienen los competidores inmunidad a cualquier tipo de ruido, así
Infraestructura Híbrida
Modularización
t.,.... ~ w
Nicho de Mercado en
como aventaja por ser una comunicación segur~ma intrusiones ~externas de paquetes.
ti' Esta característica no solo hace competitivo el sistema, sino que supera a los competidores por la facilidad de dar soluciones tanto a casas en construcción, como a aquellas en las que el cliente no quiere realizar cambios a su casa. De esta forma, el sistema es adaptable a las necesidades del cliente. El sistema propuesto, garantiza la adaptación de módulos alámbricos e inalámbricos totalmente compatibles entre sí.
'
,,, Permite una escalabilidad natural sin dañar la estructura instalada si es que esta existe; de lo contrario prevé futuras incorporaciones de nuevos objetos a controlar. Los módulos son adaptables y compatibles entre sí. Su uso es escalable 100%, ya sea para integrar, como para retirar módulos.
,e En cuanto a los otros sistemas, no compiten en esta característica; no tienen infraestructura inalámbrica, por lo tanto, no pueden ofrecer una solución híbrida.
ti'>< Existen sistemas, aunque no todos lo son, adaptables a nuevos actuadores a automatizar. Sin embargo, muchos de ellos tienen que cambiar de sistema, cambiando el control maestro para poder integrar los nuevos elementos.
"' En el mercado se encuentran otros x En México existe un vacío de grande en sistemas del extranjero, pero no tienen el desarrollo de tecnología, y a pesar de que
58
México una gran demanda debido a sus altos costos, Jo que los coloca como producto de clase A. Por lo tanto es un mercado a bastante grande que podemos explotar
habrá ya en el país gente desarrollando para la automatización, no existe un producto mexicano listo para implementarse.
Tabla 7 Ventajas del sistema vs estado del arte
4.2 Aspecto Económico
Económicamente hablando, la tecnología resulta muy costosa debido a que son pocos los
que tienen acceso a ella, como pocos los que la conocen más a profundidad y la pueden
desarrollar. Este aspecto sabemos que la se pueden realizar productos de calidad de bajo
costo, los cuales en ocasiones aumentan su valor en gran cantidad.
Es por lo anterior que pensamos llevar nuestro sistema a costos en donde no solo la clase A
sea la única en tener acceso a ella. Pretendemos abaratar los costos, de tal manera que
pueda ser un producto muy vendido de menor costo, en lugar de un producto poco vendido
de alto costo. Lo anterior se puede representar con la analogía de una "Piramide de Costos"
como Jo indica la siguiente figura:
Producto Costoso. 1 Vent::u A .
Figura 38 Traingulo de costo
En un futuro, con mayor capacidad de tiempo e inversión se podrá buscar componentes que abaraten el costo del producto, sin reducir la calidad del mismo.
59
4.3 Costos Unitarios
Realizamos un análisis económico basándonos en condiciones de una familia promedio y
obtuvimos los costos que tendría el sistema sin mano de obra.
persianas puenas luces ventilador microcontrolador rabblt
inalámbñt4 · , il "' 1,
Tabla 8 Precio unitario del Sistema
mstoc/u · 7 $600.00 9 $ 700.00
21 $ 70.00 $700 .. 00 $ 30.00 $800.00
Los costos que tuvimos en el desarrollo de este proyecto por actuador son los siguientes
4.3.1. Módulo Maestro
Componente
4.3.2. Módulo Esclavo
4.3.2.1 Persiana
Componente
Módulo Módulo Costo Alámbrico Inalámbrico
Tabla 9 Costo módulo maestro
Módulo Módulo Costo Alámbrico Inalámbrico
60
Voltaje Motor-Reductor Persiana
4.3.2.2 Chapa Eléctrica
Componente
,/ ,/
Tabla 10 Costo módulo persiana
Módulo Módulo Alámbrico Inalámbrico
,/
,/ ,/
Tabla 11 Costo módulo chapa eléctrica
4.3.2.3 Luz
Componente
Rabbit Microcontrolador Componentes de Potencia Cargador de Voltaje Foco
4.3.2.3 Ventilador
Componente
Módulo Módulo Alámbrico Inalámbrico
,/
./ ,/
,/ ,/
Tabla 12 Costo módulo luz
Módulo Módulo Alámbrico Inalámbrico
,/
,/
,/
Tabla 13 Costo módulo ventilador
61
$ 80 $600
Costo
$ 150
$ 450 $ 80
Costo
$ 800 $ 70 $ 60
$ 150
Costo
$ 800 $ 70 $ 90
$ 150
$ 700
Planes a futuro.
Diseñar un modelo de seguridad para los módulos inalámbricos que permita la
autenticación de las aplicaciones de los usuarios para proteger los sistemas de instrucciones
no deseadas o de intrusiones.
Sincronizar todas las aplicaciones móviles por medio de base de datos centralizada
para que al momento de que las aplicaciones entren en la red, reciban todas las
notificaciones y actualizaciones de los cambios en el sistema.
Desarrollar las aplicaciones para otros sistemas operativos móviles, tales como
Windows Mobile y Android.
Generar un plan de negocios que nos permite explotar la oportunidad y empezar una
empresa con las cual podamos ofrecer nuestro proyecto como un servicio o producto.
Conclusiones
Al final se tuvo la oportunidad de desarrollar un sistema que integrara muchos campos de la
electrónica, tanto la digital como la analógica tiene su parte en el desarrollo de este
proyecto. La digital para comunicaciones y control de los componentes y la análoga para
alimentar nuestros circuitos y diseños.
También se trabajó con el diseño e implementación de sistemas embebidos que
pudieran estar de acuerdo a las necesidades requeridas, integrando elementos de varios
componentes como la comunicación Wi-Fi en uno de ellos, la generc1ción de pulsos PWM
en otro y comunicación serial para terminar de integrar el sistema.
Como proyecto a futuro ofrece una variedad de posibilidades, ya que con el
seguimiento adecuado puede llegar a convertirse en un producto final y funcional, que
además presente un servicio accesible a las personas y por lo tanto sea competitivo en el
mercado. Dando la oportunidad de más desarrollo y ampliando la cantidad de servicios que
puede ofrecer.
62
Bibliografía
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