universidad tecnolÓgica...
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE MONITOREO Y
CONTROL DOMÓTICO REMOTO COMANDADO MEDIANTE LA
RED GSM CON INTERFAZ GRÁFICA Y PANTALLA TOUCH
PANEL PARA EL HOSTAL RESIDENCIAL EURA
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO MECATRÓNICO
WLADIMIR EDISON MORALES OCAÑA
DIRECTOR: ING. JUAN CARLOS RIVERA GAIBOR
Quito, Junio 2012
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2012
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo Wladimir Edison Morales Ocaña, declaro que el trabajo aquí descrito es de
mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que
se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
Wladimir Edison Morales Ocaña. C.I. 1717309775
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y
construcción de un sistema de monitoreo y control domótico
remoto comandado mediante la red GSM con interfaz gráfica
y pantalla touch panel para el Hostal Residencial Eura”, que,
para aspirar al título de Ingeniero Mecatrónico fue desarrollado por
Wladimir Edison Morales Ocaña, bajo mi dirección y supervisión, en la
Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones
requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
Ing. Juan Carlos Rivera Gaibor DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 0501373823
Quito a, 2 de Agosto del 2011
CERTIFICADO
Declaro que el Sr. Wladimir Edison Morales Ocaña estudiante de la
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL realizará su tesis de grado en el
Hostal-Residencial EURA de esta cuidad con el tema: “Diseño y construcción
de un sistema de monitoreo y control Domótico-remoto comandado
mediante la red GSM con interfaz gráfica y pantalla touch panel para el
Hostal Eura”
Es todo cuanto puedo decir en honor a la verdad.
Lic Raúl Morales Pinto C.I. 0903124659
Gerente Propietario
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DEDICATORIA
Con mucho cariño a mi Padre y Amigo Raúl, quien con su ejemplo de
responsabilidad y cariño apoyó la realización de cada uno de los peldaños de
mi vida hasta llegar a ser un profesional.
A mi madre Guadalupe (+), una mujer extraordinaria quien cultivó en mi la virtud
de ser constante, trabajador, emprendedor, y obsesionado por alcanzar mis
sueños.
A mi hermano Santiago, por su cariño, enseñanzas y por demostrarme que
nada en la vida es imposible, solo hay que tener fe y luchar todos los días para
alcanzar una meta.
Para Andrea y Alexander por ser mi motivo de superación diaria.
Muchas gracias a todos.
“PER ASPERA AD ASTRA”
AGRADECIMIENTOS
A Dios por darme la vida, salud, y la fuerza suficiente para levantarme de los tropiezos
de la vida.
A mis padres, por su apoyo incondicional, quienes me guiaron siempre por el buen
camino.
A mi hermano, por sus palabras de cariño que me ayudaron a seguir luchando por
cumplir mis metas.
Al Ing. Juan Carlos Rivera Gaibor, quien con responsabilidad dirigió mi proyecto de
tesis de grado.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN .............................................................................................................. x
ABSTRACT ............................................................................................................ x
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1
1.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................... 1
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 1
2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 3
2.1 COMUNICACIONES ORIENTADAS A LA DOMÓTICA ............................ 3
2.1.1. TELEMÁTICA ...................................................................................... 3
2.1.1.1 Elementos de la telemetría ........................................................... 5
2.1.2. COMUNICACIÓN SERIAL .................................................................. 6
2.1.2.1 Canales de comunicación ................................................. 7
2.1.2.2 Norma RS-232 .................................................................. 9
2.1.3. COMUNICACIÓN INFRARROJA ...................................................... 16
2.1.3.1 Funcionamiento………………………………………………. 19
2.1.3.2 Métodos de trasmisión………………………………………. 21
2.1.4 TECNOLOGÍA GSM ...................................................................... 23
2.1.4.1 Antecedentes .................................................................... 23
2.1.4.2 Subsistemas GSM ............................................................ 26
2.1.4.3 Capas osi (Open System Interconnection) ........................ 31
2.1.4.4 Comandos AT (Attention) .................................................. 33
2.1.4.5 Comandos at más utilizados ............................................. 34
ii
3. METODOLOGÍA ............................................................................................... 38
3.1 METODOLOGÍA DEL DISEÑO ......................................................... 36
3.2 ESTRUCTURA GENERAL DEL SISTEMA ....................................... 36
3.3 TIPO DE ARQUITECTURA DOMÓTICA A UTILIZARSE .................. 37
3.4 SISTEMAS Y LUGARES A SER TOMADOS EN CUENTA .............. 38
3.5 SOFTWARE DE DISEÑO Y SIMULACION ....................................... 39
3.6 CREACIÓN DE INTERFACE TOUCH PANEL EN PANTALLA
DWIN ........................................................................................ 39
3.7 CIRCUITO DE CONTROL ................................................................ 40
3.8 MODEM GSM ................................................................................... 41
3.9 ANALISIS DE EMPRESAS DOMOTICAS EN EL PAIS .................... 42
4. ESPECIFICACIONES Y DISEÑO DEL HARDWARE DEL SISTEMA ............. 45
4.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL
MICROCONTROLADOR 16F877A ........................................ 46
4.2 BLOQUES DEL SISTEMA ................................................................. 55
4.2.1 ETAPA DE ALIMENTACIÓN ............................................ 55
4.2.1.1 Adaptador de Voltaje…………………………………………..…. 56
4.2.1.2 Rectificador……………………………………………………..….. 57
4.2.1.3 Filtro capacitivo………………………………………………….… 58
4.2.1.4 Regulador de voltaje……………………………………………… 59
4.2.2 ETAPA DE CONTROL ...................................................... 61
4.2.2.1 Esquemático Unidad Central: .................................. 66
4.2.2.2 Esquemático Pantalla: ............................................. 67
4.2.2.3 Módulo Pantalla ....................................................... 68
4.2.2.4 Control de incendio .................................................. 69
iii
4.2.2.5 Control de humedad ................................................ 83
4.2.2.6 Control de persianas solares ................................... 86
4.2.2.7 Control de persianas temporizadas ......................... 89
4.2.2.8 Sistema de seguridad .............................................. 91
4.2.2.9 Control de temperatura ............................................ 95
4.2.2.10 Simulacion de presencia ........................................ 98
4.2.2.11 Control de buzon de mensajes ............................. 101
5. ESPECIFICACIONES Y DISEÑO DEL SOFTWARE DEL SISTEMA ............ 103
5.1 PANTALLA……………………………………………………………...103
5.2 FLUJOGRAMAS DEL SISTEMA…………………………………... 113
6. PRUEBAS Y RESULTADOS ......................................................................... 120
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 125
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 128
ANEXOS ............................................................................................................. 130
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. (Resumen del proyecto) ...................................................................... 2
Figura 2. (Telemetría) ........................................................................................ 4
Figura 3. (Arquitectura Centralizada) ................................................................. 6
Figura 4. (Estados de transmisión) .................................................................... 7
Figura 5. (Canales de comunicación) ............................................................... 18
Figura 6. (Conectores DB9, DB25) .................................................................. 11
Figura 7. (Descripción de terminales DB9) ...................................................... 11
Figura 8. (Opciones de comunicación serial) ................................................... 13
Figura 9. (Convertidor serial USB-DB9) ........................................................... 15
Figura 10. (Espectro electromagnético) ........................................................... 16
Figura 11. (Visión infrarroja - Multímetro Fluke) ............................................... 18
Figura 12. (Funcionamiento de rayos infrarrojos) ............................................. 19
Figura 13. (Zonas de transmisión vía infrarroja)............................................... 20
Figura 14. (Emisor infrarrojo) ........................................................................... 21
Figura 15. (Mejoras en equipos GSM) ............................................................. 24
Figura 16. (Subsistemas GSM) ........................................................................ 26
Figura 17. (Estructura red GSM) ...................................................................... 28
Figura 18. (Componentes BSS) ....................................................................... 29
Figura 19. (Componentes del NSS) ................................................................. 30
Figura 20. (Capas OSI) .................................................................................... 32
Figura 21. (Metodología Mecatrónica) ............................................................. 36
v
Figura 22. (Módulos esclavos) ......................................................................... 37
Figura 23. (Arquitectura centralizada) .............................................................. 37
Figura 24. (Sistemas y lugares a ser implementados) ..................................... 38
Figura 25. (Interface 1 - touch panel) ............................................................... 40
Figura 26. (Circuito central) .............................................................................. 41
Figura 27. (Módem GSM) ................................................................................ 42
Figura 28. (Señal PWM) ................................................................................... 50
Figura 29. (PIC 16F877A) ................................................................................ 52
Figura 30. (Pantalla DWIN, Modelo: DMT 48270T043_01W) .......................... 54
Figura 31. (Diagrama de bloques del sistema)................................................. 55
Figura 32. (Estructura de una fuente de alimentación) .................................... 56
Figura 33. (Rectificador de onda completa) ..................................................... 57
Figura 34. (Circuito de Fuente) ........................................................................ 57
Figura 35. (Factor de rizado) ............................................................................ 58
Figura 36. (Parte de la etapa de control) .......................................................... 62
Figura 37. (Esquemático Unidad Central) ........................................................ 66
Figura 38. (Esquemático Central) .................................................................... 67
Figura 39. (Módulo de pantalla) ....................................................................... 68
Figura 40. (Sensor de humo SD-4WT) ............................................................. 70
Figura 41. (Esquema opto acoplador) .............................................................. 70
Figura 42. (Entradas sensor de humo) ............................................................. 71
Figura 43. (Entradas de los diferentes sensores al circuito) ............................ 72
Figura 44. (Entradas de los diferentes sensores al circuito) ............................ 73
Figura 45. (Salidas aspersores anti incendio) .................................................. 74
Figura 46. (Piso 1 Hostal Eura) ........................................................................ 76
Figura 47. (Ubicación de sensores de humo)................................................... 77
Figura 48. (Montaje del sensor - Piso 1) .......................................................... 78
Figura 49. (Aspersor Anti-Incendio Piso 1) ...................................................... 79
Figura 50. (Reportes Técnicos PANTALLA-CELULAR) ................................... 79
Figura 51. (Proceso Anti-Incendio Piso 1-Vista 3D) ......................................... 80
vi
Figura 52. (Montaje del sensor - Piso 2) .......................................................... 81
Figura 53. (Aspersor Anti-Incendio Piso 2) ...................................................... 81
Figura 54. (Aspersor Anti-Incendio Piso 2) ...................................................... 82
Figura 55. (Aspersor Anti-Incendio Piso 2) ...................................................... 82
Figura 56. (Procesamiento de datos análogos)................................................ 84
Figura 57. (Control de humedad ventana 1) .................................................... 85
Figura 58. (Control de humedad ventana 2 - Cable blindado a de distancia) . 86
Figura 59. (Fotocelda para medición solar) ...................................................... 87
Figura 60. (Estado de persianas solares UP-DOWN) ...................................... 87
Figura 61. (Sensor magnético en persiana solar) ............................................ 88
Figura 62. (Conexión de pulsadores a relés) ................................................... 88
Figura 63. (Reloj interno de la pantalla) ........................................................... 90
Figura 64. (Sensor magnético en persiana temporizada) ................................ 91
Figura 65. (Sistema de seguridad) ................................................................... 92
Figura 66. (Acciones del sistema ante una emergencia) ................................. 93
Figura 67. (Periférico-sirena)............................................................................ 94
Figura 68. (Sensor de temperatura LM35) ....................................................... 95
Figura 69. (Acción ante temperatura > 30ºC) ................................................... 96
Figura 70. (Ubicación sensores LM35) ............................................................ 97
Figura 71. (Reflector Voltech) .......................................................................... 98
Figura 72. (Ubicación de reflectores en las entradas) ...................................... 99
Figura 73. (Apagado - encendido de luces por pantalla) ................................ 100
Figura 74. (Ubicación de emisor-transmisor en buzón) .................................. 101
Figura 75. (Interfaz 2 - pantalla DWIN) .......................................................... 103
Figura 76. (Carga de imágenes) .................................................................... 104
Figura 77. (Envio de texto a pantalla) ............................................................ 105
Figura 78. (Parámetros de la pantalla) ........................................................... 105
Figura 79. (Envío de comandos a la pantalla) ................................................ 106
Figura 80. (Seteo de color de fondo y letra en pantalla) ................................ 107
Figura 81. (Referencia para coordenadas del texto) ...................................... 108
vii
Figura 82. (Estados enviados hacia la pantalla) ............................................. 111
Figura 83. (Creación de interface - touch panel) ............................................ 112
Figura 84. (Flujograma - Seguridad) .............................................................. 113
Figura 85. (Flujograma - Temperatura) .......................................................... 114
Figura 86. (Flujograma-Humedad) ................................................................. 115
Figura 87. (Flujograma - Alerta de incendio) .................................................. 116
Figura 88. (Flujograma - Simulación de presencia) ........................................ 117
Figura 89. (Flujograma - Persianas solares, Temporizadas) ......................... 118
Figura 90. (Inicialización del sistema) ............................................................ 119
Figura 91. (Acciones concretadas-no concretadas del sistema) .................... 121
Figura 92. (Porcentaje de humedad aceptable por planta) ............................ 122
Figura 93. (Pruebas Humedad vs Voltaje - sensor tipo resistivo) ................... 123
viii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. (Ventajas-Desventajas HomeTrack) ................................................... 42
Tabla 2. (Ventajas-Desventajas ProHome) ...................................................... 43
Tabla 3. (Ventajas-Desventajas JEDI) .............................................................. 43
Tabla 4. (Ventajas-Desventajas ISDE) ............................................................. 44
Tabla 5. (Ventajas-Desventajas SODEL) ......................................................... 45
Tabla 6. (Características eléctricas Sensor de Humo SD-4WT) ....................... 69
Tabla 7. (Comandos Celular-Persianas Temporizadas) ................................... 90
Tabla 8. (Comandos para encendido-apagado de luces) ................................. 99
Tabla 9. (Estructura del código hexadecimal) ................................................ 106
Tabla 10. (Códigos para el seteo de velocidad de transmisión) .................... 109
Tabla 11. (Pruebas realizadas de acciones concretadas) .................................... 120
Tabla 12. (Lectura de humedad por el conversor A/D) ........................................ 123
ix
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Planta alta – Vista 3D...................................................................... 130
Anexo 2. Planta baja – Vista 3D ..................................................................... 131
Anexo 3. Pantalla DWIN ................................................................................ 132
Anexo 4. Principales comandos DWIN .......................................................... 133
Anexo 5. Dimenciones de la pantalla (mm) .................................................... 135
Anexo 6. Hardware complementario .............................................................. 136
Anexo 7. Presupuesto Financiero .................................................................. 137
Anexo 8. Fotos del sistema ............................................................................ 139
Anexo 9. Datasheet 2N2222 / Relé Songle 12V ............................................ 144
Anexo 10. Datasheet LM 7805 ....................................................................... 146
x
RESUMEN
El presente proyecto buscó ser una referencia de instalación domótica de un
hostal en el país, para lo cual se ha tenido presente incorporar dentro del
sistema la mayor cantidad de beneficios posibles ofrecidos por la domótica.
Para la realización del presente sistema se tomó en cuenta que, un buen
sistema domótico, necesariamente debe tener alguna interfaz de usuario y
preferentemente constar de un sistema centralizado. El proyecto costa de dos
interfaces:
Pantalla touch panel inalámbrica a colores con excelente calidad de
resolución, que contempla las siguientes funciones: generador de
reportes del estado de cada subsistema, receptor de señales de alarmas
técnicas importantes.
Vía SMS desde cualquier teléfono celular, se recibe toda alarma técnica,
y se pueden enviar códigos que interactúan con algunos de los
actuadores del sistema.
El sistema domótico controla y monitorea los siguientes subsistemas:
Sistema de Incendio para cada piso
Sistema de Seguridad con cuatro ambientes de control
Simulación de presencia para dos recepciones
Monitoreo de temperatura en cada piso
Control de humedad
Monitoreo de Buzón de mensajes
Control de Persianas Solares
Control de Persianas Temporizadas
xi
ABSTRACT
This Project intented to be a reference installation automation in a hostel in
Ecuador, which has been incorporated into this system many potential benefits
offered by automation.
For the realization of this system was considered that a good project as home
automation systems is necessarily have some user’s interfaces and preferably
consist of a centralized system. The project has two interfaces:
Wireless touch panel display with excellent color resolution, which
includes the following functions: status report generator for each
subsystem, to receive some technics alarms.
By SMS from any cell phone, is obtained all technical alarm and may be
sent codes to interact with some of the system’s actuators.
The automation system controls and monitors the following subsystems:
Fire system for each floor
Security System with four control environments
Simulation of presence for two receptions
Temperature monitoring on each floor
Humidity control
Monitoring mail
Solar curtain control
Timed curtain control
1. INTRODUCCIÓN
1
En el presente capítulo se explicarán objetivos, justificación, alcance e hipótesis
del trabajo de titulación.
1.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar e implementar un sistema de monitoreo y control domótico-remoto en el
Hostal Residencial Eura mediante la red GSM.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diseñar la interface de control interactivo con touch panel.
Incorporar un circuito de control centralizado para la adquisición y
procesamiento de datos.
Investigar el funcionamiento y alcances de la pantalla marca: DWIN para
formar interfaces a colores.
JUSTIFICACIÓN
La domótica y automatización de lugares de alojamiento en algunos países ha
de dejado de ser un lujo para convertirse en una necesidad, nuestro país no es
la excepción ya que tanto los problemas de inseguridad en el sector, el no tener
sistemas para detección de problemas técnicos, aseguran ante alguna
emergencia la vulnerabilidad del establecimiento como de las personas que se
encuentran dentro de él.
Es así que el presente proyecto pretende ser un documento de referencia para
la automatización del Hostal Residencial Eura por lo que incluye el diseño y la
implementación de una instalación domótica, la misma que contempla sistemas
de iluminación, seguridad, sensores, control remoto, resaltando la integración
de todos los sistemas como aspecto fundamental e imprescindible de la
domótica mediante la red GSM que se ofrece en el país.
2
ALCANCE
El presente proyecto pretende el monitoreo y control de diversos sensores, y
actuadores para brindar seguridad en las instalaciones del Hostal Residencial
Eura mediante la red GSM de forma remota y con interface touch panel.
HIPÓTESIS
La gran mayoría de viviendas y lugares de trabajo en nuestro país no cuentan
con un sistema de monitoreo y control en dichos sitios, razón por la cual existen
altos índices de robos y desgracias por no tener sensores que lo puedan
detectar a tiempo. De ahí, mediante este proyecto se busca mejorar las
condiciones dentro del Hostal Residencial Eura, para que sean las normales y
óptimas dentro de niveles de seguridad, confort, y calidad monitoreando así:
temperatura, incendio, seguridad física del hostal, simulación de presencia,
buzón de mensajes, humedad, persianas solares como temporizadas.
Figura 1. (Resumen del proyecto) Fuente: Autor del trabajo de tesis
2. MARCO TEÓRICO
3
En el presente capítulo se dará una breve explicación de las comunicaciones
orientadas a la domótica que han sido necesarias para la realización del
presente sistema.
2.1 COMUNICACIONES ORIENTADAS A LA DOMÓTICA
2.1.1. TELEMÁTICA
La etimología de la palabra telemetría proviene de los vocablos griegos
(tele= lejos - metría= medida), por lo tanto es un tipo de tecnología que ayuda a
la transmisión de datos a larga distancia.1
En el presente proyecto una de las dificultades para tener el control de los
procesos, es la obtención de las variables de los sensores por su ubicación, por
lo que la telemetría es de gran ayuda ya que se necesita rapidez en procesar
estas variables para llevar a cabo una acción
La Telemetría consiste en la adquisición de datos de cualquier índole a
distancia mediante sensores ya sean estos analógicos o digitales y enviarlos a
una estación de control a través de un sistema de telecomunicaciones donde
estos datos pueden ser administrados y visualizados.
Este tipo de comunicación es usado para la obtención de magnitudes que son
difíciles de conseguir, como por ejemplo: en las estaciones espaciales ya que
las distancias no hacen posible una comunicación en forma real, en medicina:
en la inserción de sensores biológicos en el cuerpo humano que deben
transmitir información a equipos externos.
1 http://www.grupodos.com.mx/quees.php
4
De la telemetría se deriva el telecontrol, que es la transmisión de datos a una
distancia de hasta siete metros por lo que se utiliza un dispositivo llamado
control de mando que es un dispositivo con el que es posible operar un equipo
a distancia, es decir sin que el usuario tenga la necesidad de establecer
contacto físico alguno con el equipo a controlar.
Hay diversos tipos de medios para transmitir datos. Haciendo énfasis en la
domótica el más común es el control remoto que utiliza como base teórica la luz
infrarroja por lo que se lo tratará en un tema posterior con amplitud.
Como ejemplos de telecontrol se tiene:
En domótica: el control remoto para climatizar el ambiente, cuando se
sube la temperatura desde el mando, se ve reflejado el resultado en la
temperatura ambiente que emite el acondicionador.
Seguridad: control remoto de alarma de un automóvil.
Riego: telemando para riego o control de agua en general
Industria: Orientados para control industrial en general, incluso siendo
adaptables a sistemas Scada.
Figura 2. (Telemetría) Max4 Technology, recuperado del 23 de Enero del 2012, de:
http://www.max4systems.com
5
2.1.1.1 ELEMENTOS DE LA TELEMETRÍA
Para que un sistema capte magnitudes, se transporten mediante un medio de
comunicación y luego ser visualizadas en algún dispositivo, éste debe tener:
Transductor: Es un dispositivo que convierte una magnitud, física como:
temperatura, presión, velocidad, humedad, etc. en una señal eléctrica.
Unidad terminal: Es un dispositivo que transforma los datos que salen
del transductor en una señal codificada, mediante algún tipo de canal de
comunicación.
Medio de transmisión: El medio de transmisión depende en buena
parte de la distancia que se necesite transmitir la información, es decir se
puede utilizar cable UTP, cable coaxial, microonda, o fibra óptica.
La transmisión de datos por un cable de cobre se da por medio de
corriente y voltaje (señales eléctricas), la ventaja de trabajar con este
medio es que son muy flexibles y resistentes, pero la desventaja es que
la señal sufra atenuación (debilidad) a través de la distancia, y son muy
vulnerables al ruido, ocasionando que se obtenga datos inválidos en los
datos recibidos.
En el presente proyecto se emplean cables de cobre porque los
dispositivos usados no se encuentran muy lejos de la central de control.
Receptor: Es un dispositivo que muestra en algún formato los datos de
la señal recibida, y son decodificados para ser visualizados por el
usuario.
6
Figura 3. (Elementos de la telemática)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
2.1.2. COMUNICACIÓN SERIAL
Antecedentes.-
La comunicación como tal apareció en 1810 cuando el señor Von Soemmering,
sumergió 26 cables (1 por cada letra del alfabeto) en el agua, se dio cuenta que
cuando pasaba corriente por los cables, se producían burbujas en el agua.
De esta forma se podían enviar mensajes codificados por medio de burbujas,
de aquí los pioneros de la comunicación fueron los militares que vieron en este
ingenio el inició de una carrera para desarrollar los sistemas de
comunicaciones.
Años después el señor Morse inventó un dispositivo que enviaba sonidos cortos
y largos, que representaban los caracteres, llamados códigos Morse.2
Tipos de Comunicación. El puerto serial envía y recibe bytes de información,
un bit a la vez por lo que la comunicación es más lenta, pero tiene la ventaja
que necesita de menos hilos para su transmisión, mientras que la comunicación
en paralelo, permite la transmisión de un byte completo a la vez, es más rápido
pero necesita un cable por cada bit de dato, este método de comunicación es
2 http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/morales_h_oe/capitulo3.pdf
7
más sencillo y puede alcanzar mayores distancias, por ejemplo en la norma
RS232 hasta 15 m, en la norma RS422/485 hasta 1200 m y utilizando un
MODEM a cualquier parte del mundo.3
Transmisión modulada en amplitud La comunicación serial tiene dos
niveles lógicos de tensión o corriente denominados marca y espacio. El nivel
lógico "1" representa un estado de tensión o corriente denominado marca, el
nivel lógico "0" representa un estado de tensión o corriente denominado
espacio.4
Figura 4. (Estados de transmisión) Comunicación Serie, recuperado el 08 de Enero del 2012, de:
https://sites.google.com/site/comunicacionserie/
2.1.2.1 CANALES DE COMUNICACIÓN
Un canal de comunicación es el camino de transportación de información
mediante señales eléctricas o electromagnéticas, donde cada canal es
adecuado para algunas señales concretas y no todos sirven para un mismo tipo
de señal. Se establecen canales para la comunicación de acuerdo a tres
técnicas, siempre tomando un transmisor como referencia y un periférico como
destino (receptor):
Simplex: En ella la comunicación serial usa una sola dirección y una línea de
comunicación es decir, siempre existirá un transmisor y un receptor, no ambos.
3 Carlos Reyes, Microcontroladores PIC, Tercera Edición, 2008.
4 www.perso.wanadoo.es/pictob/comserie.htm
8
La ventaja de este sistema consiste en que es necesario sólo un enlace a dos
hilos, la desventaja radica en que el extremo receptor no tiene ninguna forma de
avisar al extremo transmisor sobre su estado y sobre la calidad de la
información que se recibe.
Semi dúplex: La comunicación serial se establece a través de una sola línea,
pero en ambos sentidos, en un momento el transmisor enviará información y en
otro recibirá, por lo que no se puede transferir información en ambos sentidos
de forma simultánea.
Full dúplex: Se utilizan dos líneas (una transmisora y otra receptora) y se
transfiere información en ambos sentidos. La ventaja de este método es que se
puede transmitir y recibir información de manera simultánea.
Full/full-dúplex: En ella la comunicación serial es posible transmitir y recibir
simultáneamente, pero no necesariamente entre las dos ubicaciones, es decir
una estación puede transmitir a otra estación y esta a su vez recibir de otra
estación.
Figura 5. (Canales de comunicación) Fuente: Autor del trabajo de tesis
9
2.1.2.2 NORMA RS-232
La norma RS-232 es una de las más versátiles para hacer cualquier tipo de
comunicación serial, y que hasta hace poco se utilizó con mayor frecuencia en
el mercado, pero con las nuevas tecnologías apareció el uso del USB de
manera que está superando su uso (por ejemplo, ya no se implementa en
ordenadores portátiles). Esta se desarrolló en los 60’s para gobernar la
interconexión de terminales y está patrocinada por la EIA (Asociación de
Industrias Eléctricas).
La norma RS232 resuelve tres aspectos en la comunicación que se establece
entre el Equipo Terminal de Datos (DTE), por ejemplo una PC y el Equipo para
la comunicación de datos (DCE), por ejemplo un mouse. Estas son:
1. Características eléctricas de la señal: Se recomienda que la longitud
máxima entre el equipo terminal y el equipo de comunicación no debe
superar los 15 metros y la velocidad máxima de transmisión sea de
20.000 bps.
2. Características mecánicas de los conectores: Se deben utilizar
conectores de 25 patitas (DB25), ó de 9 patitas (DB9).
Velocidad de transmisión. La velocidad de transmisión de datos es
expresada en bits por segundo o baudios, el baudio es un concepto más
general que bit por segundo. El primero queda definido como el número de
estados de la señal por segundo, si sólo existe dos estados (que pueden ser
representados por un bit, que identifica dos unidades de información) entonces
baudio es equivalente a bit por segundo. Baudio y bit por segundo se
diferencian cuando es necesario más de un bit para representar más de dos
estados de la señal.
La velocidad de transmisión queda limitada por el ancho de banda, potencia de
señal y ruido en el conductor de señal, la velocidad de transmisión queda
10
básicamente establecida por el reloj. Su misión es examinar o muestrear
continuamente la línea para detectar la presencia o ausencia de los niveles de
señal ya predefinidos.
a. 75 bps
b. 110 bps
c. 150 bps
d. 300 bps
e. 600 bps
f. 1200 bps
g. 2400 bps
h. 4800 bps
i. 9600 bps
La base de reloj
Cuando se establece la comunicación es necesario implementar una base de
tiempo que controle la velocidad. En un microcontrolador, se utiliza la base de
tiempo del reloj del sistema, si bien en términos genéricos se utilizaría uno de
los siguientes métodos:
a. Mediante la división de la base de reloj del sistema, por ejemplo
mediante un contador temporizador programable.
b. A través de un oscilador para cambiar frecuencia hay que cambiar el
cristal.
c. Generador de razón de baudios. Existen diferentes dispositivos
especializados que generan diferentes frecuencias de reloj. 5
5 https://sites.google.com/site/comunicacionserie/
11
Conectores
DB25 (macho y hembra)
DB9 (macho y hembra)
Figura 6. (Conectores DB9, DB25) http://perso.wanadoo.es/pictob/comserie.htm
Pat. Nombre Descripción
1 CD (Carrier Detect), detección de portadora
2 RXD (Receive Data), recepción de datos
3 TXD (Transmit Data), transmisión de datos
4 DTR (Data Terminal Ready), terminal de datos preparado
5 GND (System Ground), tierra de señal
6 DSR (Data Set Ready), dispositivo preparado
7 RTS (Request to Send), petición de envío
8 CTS (Clear to Send), preparado para transmitir
9 RI (Ring Indicator), indicador de llamada entrante
Figura 7. (Descripción de terminales DB9)
Wanadoo, recuperado el 15 de Enero del 2012, de: http://perso.wanadoo.es/pictob/comserie.htm
12
Descripción de terminales en RS232
TXD (Transmit Data, transmisión de datos, salida, 2): Señales de
datos que se transmiten del DTE al DCE.
RXD (Receive Data, recepción de datos, entrada, 3): Señales de datos
transmitidos desde el DCE al DTE.
DTR (Data Terminal Ready, terminal de datos preparado, salida, 20):
Señal del DTE que indica que está conectado, generalmente en "0"
indica que el DTE está listo para transmitir o recibir.
DSR (Data Set Ready, dispositivo preparado, entrada, 6): Señal del
DCE que indica que el dispositivo está en modo de transmisión de datos.
RTS (Request To Send, petición de envío, salida, 4): Señal del DTE al
DCE, notifica al DCE que el DTE dispone de datos para enviar. Se
emplea en líneas semiduplex para controlar la dirección de transmisión.
Una transición de 1 a 0 avisa al DCE que tome las medidas necesarias
para prepararse para la transmisión.
CTS (Clear To Send, preparado para transmitir, entrada, 5): Señal del
DCE al DTE indicando que puede transmitirle datos.
CD (Carrier Detect, detección de portadora, entrada, 8): Señal del
DCE que ha detectado la señal portadora enviado por un modem remoto
o que la línea telefónica está abierta.
RI (Ring Indicator, timbre o indicador de llamada entrante, entrada):
Señal del DCE indicando que está recibiendo una llamada por un canal
conmutado.
FG (GND) (Shield ó Protective Ground, tierra de protección, 1): El
conductor esta eléctricamente conectado al equipo. 6
6 www.perso.wanadoo.es/pictob/comserie.htm
13
Funcionamiento
1. Ambos dispositivos son alimentados, indicando encendido (si ha sido
establecido en el equipo). El DTE activa el terminal DTR y el DCE activa
el terminal DSR, una interface RS232 bien diseñada no comunicará
hasta que estos dos terminales estén activos. El DTE esperará la
activación del terminal DSR y el DTE la activación del terminal DTR.
Aunque DTR y DSR algunas veces pueden ser utilizados para el control
del flujo, estos terminales indican que los dispositivos están conectados.
2. El DTE pregunta al DCE si este está listo, el DTE activa la línea RTS, el
DCE si está listo, responde activando la línea CTS. Puestos de acuerdo
ambos equipos, se puede entrar a recibir y mandar datos.
3. Los datos son transferidos en ambos sentidos. El DTE envía información
al DCE a través del terminal TXD. El DCE envía información al DTE a
través del terminal RXD.
Configuración de puertos
Figura 8. (Opciones de comunicación serial) http://perso.wanadoo.es/pictob/comserie.htm
14
1. Bit por segundo:
Define la velocidad máxima, en bits por segundo (bps), a la que se
transmiten los datos a través del puerto. Normalmente se establece a la
velocidad máxima admitida por el equipo o dispositivo con el que se está
comunicando.
2. Bits de dato:
Cambia el número de bits de dato a utilizar para cada carácter transmitido
y recibido, el equipo o dispositivo con el que comunica debe tener la
misma configuración. La mayor parte de los caracteres se transmiten con
siete u ocho bits de dato.
3. Paridad:
Cambia el tipo de comprobación de errores a utilizar para el puerto
seleccionado, el equipo o dispositivo con el que se comunica debe tener la
misma configuración. Se debe elegir una de las siguientes:
Ninguna: significa que no se agregará ningún bit de paridad a los bits de
datos enviados desde este puerto, esto deshabilitará la comprobación de
errores.
Par: significa que el bit de paridad se establece a 1 si se necesita para
que el número de unos (1) de los bits de datos sea par. Esto habilitará la
comprobación de errores.
Impar: significa que se agrega un bit de paridad si se necesita para que el
número de unos (1) de los bits de datos sea impar. Esto habilitará la
comprobación de errores.
15
4. Bit de parada:
Sirve para definir el fin de transmisión de un paquete de datos, así como
también brindan un margen de tolerancia ante sistemas que no se
encuentren sincronizados con un mismo reloj. .
5. Control de flujo:
Cambia la forma en que se controla el flujo de datos.
Ninguno
Xon/Xoff, llamado en ocasiones protocolo de enlace software, es el
método de software estándar para controlar el flujo de datos entre dos
módems.
Control de flujo Hardware, llamado en ocasiones protocolo de enlace
hardware, es el método estándar de controlar el flujo de datos entre un
equipo y un dispositivo serie.
Figura 9. (Convertidor serial USB-DB9) Fertopia, recuperado el 18 de Marzo del 2012, de:
http://ml1699.ec.ofertopia.com
16
2.1.3. COMUNICACIÓN INFRARROJA
Antecedentes
El infrarrojo es un tipo de luz que no se puede visualizar a simple vista, ya que
el ojo de las personas solo puede ver lo que se llama luz visible. La luz infrarroja
brinda información especial que no se puede obtener de la luz visible. La luz
infrarroja muestra cuánto calor tiene alguna cosa y da información sobre la
temperatura de un objeto.
Todas las cosas tienen algo de calor e irradian luz infrarroja, incluso las cosas
que se piensa que son muy frías, como un cubo de hielo: irradia algo de calor.
Los objetos fríos irradian menos calor que los objetos calientes, entre más
caliente sea algo, más es el calor irradiado y viceversa. 7
Figura 10. (Espectro electromagnético) Wanadoo, recuperado el 15 de Febrero del 2012, de:
http://www.educarchile.cl
7 “Redes de Computadoras”, tercera edición, Andrew S. Tanenbaum, PrenticeHall, 1997.
17
En la anterior figura se muestra el espectro electromagnético, donde se puede
observar que frecuencias por debajo de la luz visible pueden servir para
transmitir información modulando su amplitud y frecuencia.
En el caso específico del presente proyecto la utilización de la comunicación
infrarroja radica en la necesidad que el transmisor envíe las instrucciones
codificadas hacia el receptor que está alimentado constantemente, el cual capta
la señal y la envía en forma de pulsos eléctricos al sistema de control, donde el
comando específico es identificado por un controlador para proceder a ordenar
la ejecución de una orden.
Consideraciones
Hay que destacar que las ondas infrarrojas son direccionales, esto
quiere decir que es necesario apuntar o dirigir el emisor hacia el
receptor sin que haya la interrupción de algún material entre ellos
para enviar los datos.
El rango de acción de los rayos infrarrojos son muy limitados
(máximo promedio siete metros), lo cual es en cierta parte una
ventaja ya que impide que la señal afecte a otros aparatos en
habitaciones contiguas u otros pisos.
Este tipo de transmisión de datos es muy usado por razones
económicas, y fácil manipulación.
La fiabilidad y certeza con que se transmiten los datos, y la gran
velocidad al receptar los mismos.
Ahorro de energía considerable al circuito, ya que un LED (Diodo
emisor de luz) consume un mínimo de corriente.
18
La ventaja de utilizar esta tecnología es que no se necesita de algún tipo de
licencia para hacer aplicaciones, pero una desventaja es que no se puede usar
directamente en exteriores.
Un aspecto importante a resaltar en la transmisión infrarroja es que no se utiliza
emisiones de espectro visibles, lo que podría ser molesto para el usuario ya que
utiliza una frecuencia justo por debajo del color rojo (de ahí el nombre de
infrarrojo).
Por lo general la parte más crítica de esta comunicación es la RECEPCIÓN, ya
que debe ser capaz de separar la señal real de otras radiaciones de infrarrojo,
es por esto que los LED infrarrojos eliminan las interferencias de luz visible,
mediante un recubrimiento de plástico rojo oscuro, de esta manera cualquier
rayo de luz por encima del rojo es bloqueado, y las frecuencias inferiores a la
misma pasan sin problema alguno.
Figura 11. (Visión infrarroja - Multímetro Fluke) IMPRED, Alex Moscoso, recuperado el 18 de Febrero del 2012, de:
http://www.impred.es.tl/Termograf%EDa.htm
19
2.1.3.1 FUNCIONAMIENTO
La transmisión de datos es de tipo digital, es decir el emisor envía la
información por rayos infrarrojos que son captados a su vez por un receptor, el
cual envía a un controlador que procederá a validar el código binario para
ejecutar las órdenes correspondientes.
El receptor tiene una fotocelda la cual conduce cuando hay energía luminosa, y
en su colector toma muestra de los pulsos recibidos, los que a su vez pasan por
un pequeño circuito que da un formato adecuado. 8
Figura 12. (Funcionamiento de rayos infrarrojos) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Formato de la señal infrarroja
Generalmente hay tres zonas de identificación de la señal:
1. Zona inicial de identificación
Cuando del emisor salen rayos infrorrojos hacia el receptor, éste sabe
que provienen del telemando asociado.
8 http://robots-argentina.com.ar/Comunicacion_IR.htm
20
2. Zona de pulsos
De todos los pulsos que salen de la zona anterior, pasan a ser
codificados como una órden.
3. Zona final de identificacion
En esta zona se da por finalizado el cierre de la señal enviada, dando
como resultado la ejecución de la orden.
Figura 13. (Zonas de transmisión vía infrarroja) Fuente: Autor del trabajo de tesis
IrDA Infrared Data Association
Define un estándar físico en la forma de transmisión y recepción de datos por
rayos infrarrojo, IrDA se crea en 1993 entre HP, IBM, Sharp. Esta tecnología
está basada en rayos luminosos que se mueven en el espectro infrarrojo. Los
estándares IrDA soportan una amplia gama de dispositivos eléctricos,
informáticos y de comunicaciones, permite la comunicación bidireccional entre
dos extremos a velocidades que oscilan entre los 9.600 bps y los 4 Mbps.
21
Esta tecnología se encuentra en muchos ordenadores portátiles, y en un
creciente número de teléfonos celulares, sobre todo en los de fabricantes
líderes como Nokia y Ericsson.9
Figura 14. (Emisor infrarrojo)
PAVOUK, recuperado el 30 Enero del 2012, de: http://www.pavouk.org/hw/en_irda.html
2.1.3.2 MÉTODOS DE TRASMISIÓN
A la hora de transmitir, las estaciones infrarrojas pueden usar tres tipos de
métodos para ello: punto a punto, casi-difuso y difuso.
Modo punto a punto, el tipo de emisión por parte del transmisor se hace
de forma direccional, por ello las estaciones deben verse directamente,
para poder dirigir el haz de luz una hacia la otra.
Por este motivo este es el tipo de red inalámbrica más limitado, pues a
todos los inconvenientes de las comunicaciones infrarrojas hay que unir
el hecho de tener que colocar las estaciones enfrentadas. Este método
9 TWS-434 TRANSMITTER RWS-434 RECEIVER, Reynolds Electronics (2001)
22
se suele usar en redes inalámbricas Token Ring, donde el anillo está
formado enlaces.
Modo casi-difuso, el tipo de emisión es radial, es decir la emisión se
produce en todas direcciones al contrario que en el modo punto a punto.
Para conseguir esto, lo que se hace es transmitir hacia distintas
superficies reflectantes, las cuales redirigirán el haz de luz hacia la/s
estación/es receptora/s. De esta forma, se rompe la limitación impuesta
en el modo punto a punto de la direccionalidad del enlace, en función de
cómo sea esta superficie reflectante, se puede distinguir dos tipos de
reflexión: pasiva y activa.
1. En la reflexión pasiva, la superficie reflectante simplemente
refleja la señal, debido a las cualidades reflexivas del
material.
2. En la reflexión activa, por el contrario, el medio reflectante
no sólo refleja la señal, sino que además la amplifica. En
este caso, el medio reflectante se conoce como satélite.
Hay que destacar que, mientras la reflexión pasiva es más flexible y
barata, requiere de una mayor potencia de emisión por parte de las
estaciones, debido al hecho de no contar con etapa repetidora.
Modo de emisión difuso, por otro lado se diferencia del casi-difuso en
que debe ser capaz de abarcar, mediante múltiples reflexiones todo el
recinto en el cual se encuentran las estaciones. Obviamente, esto
requiere una potencia de emisión mayor que los dos modos anteriores,
puesto que el número de rebotes incide directamente en el camino
recorrido por la señal y las pérdidas aumentan.
23
2.1.4 TECNOLOGÍA GSM
2.1.4.1 ANTECEDENTES
La tecnología GSM nació en 1982 como respuesta de la Conferencia
Administradora Europea de Comunicaciones y Servicios, al desproporcionado
crecimiento sin control de los sistemas móviles en Europa Central y como el no
disponer de una misma línea telefónica para cruzar de un país a otro
(“Roaming”).
Para esto se llegó a estandarizar los siguientes parámetros:
Proporcionar una banda de frecuencia única para el funcionamiento GSM
Crear un departamento que se encargue de la creación de esa
tecnología que se llamaría GSM (Groupe Special Mobile)
Adoptar el funcionamiento digital, en lugar de analógico.
Esto ayudaría al funcionamiento espectral, mejor transmisión de datos,
mayor seguridad, y facilitaría la utilización de chips electrónicos.
Al pasar el tiempo se fueron haciendo reajustes necesarios para su buen
funcionamiento, y es en el año de 1992 donde el Reino Unido aporta de idea de
trabajar en la frecuencia de 1800 MHz.
Después de varios años, algunos continentes se unieron a esta idea, y es así
que cambió el significado GSM (Global System for Mobile communications), que
es el sistema de telefonía móvil más usado en el mundo.
24
Mejoras técnicas en red GSM digital:
Servicios:
Envío y recepción de mensajes cortos alfanuméricos (SMS)
Seguridad:
Calidad en nitidez de voz, con la frecuencia de 1800 MHz
Encriptación de datos que facilita la confidencialidad total
Figura 15. (Mejoras en equipos GSM) AFRICA OYE, Michell Bossy, recuperado el 01 de Marzo del 2012, de: http://brel54.blogspot.com/2010/11/one-laptop-per-childbut-what-laptop.html
La red GSM tiene protocolos que facilitan la transmisión-recepción de
información dentro de un área llamada célula (zonas geográficas en las que se
divide la red total), el radio de acción es de varios Kilómetros a la redonda y
pudiendo identificar a dispositivos dentro de ese rango.
Actualmente está disponible en el mercado la tecnología 3G (Third Generation),
que es el nuevo modelo de sistemas móviles de comunicación el cual provee de
mejoras en los servicios ya existentes en transmisión- recepción de voz y datos.
25
Se basa en la tecnología tradicional GSM pero con una interface de radio que
mejora la velocidad y datos multimedia.
La calidad de la señal depende en buena parte del tamaño de la célula, si la
célula es demasiado grande baja la calidad en la señal de la antena por lo que
se reduce la calidad en el servicio, por lo que las nuevas tecnologías tienden a
sub dividir la célula en varias, con esto se permite reutilizar las bandas
disponibles en células contiguas no utilizadas.
Interferencias
Es la limitación de señal durante un proceso de comunicación, ésta se debe a
que muchos dispositivos se encuentran dentro de una misma célula tratando de
hacer la misma operación, cualquier sistema no celular que emita dentro de la
misma célula una energía elevada o ruido excesivo, o la cercanía de antenas de
distintas operadoras en una misma célula.
Características 3G
1. Transmisión de audio y video en línea
2. Acceso de alta velocidad en Internet
3. Mayor capacidad de almacenamiento, calidad y velocidad en multimedia
4. Calidad en servicios Roaming
5. Sistema con mayor seguridad de datos.
26
2.1.4.2 SUBSISTEMAS GSM
La red GSM tiene varias células que componen toda una red móvil, donde cada
célula pertenece a una Estación Base (BTS) que operan en diferentes canales
de radio entre células adyacentes. La unión de BTS forma un Controlador de
Estaciones Base (BSC), ésta se encarga del control de potencia de las antenas
BTS, así como toda la red que componen las células.
El conjunto de BSC apunta información hacia una Central de Comunicación
Móvil (MSC) que es el corazón GSM donde se encarga de la inicialización, y
enrutamiento de las llamadas móviles.
Los BTS son dispositivos que llevan la trasmisión de datos por radio, se puede
considerar como un módem que se conecta con antenas para dar una señal; en
la Primera Generación GSM eran dispositivos de casi 2 metros de alto el cual
se comunicaba de forma alámbrica con las antenas, donde se permitía hasta 40
comunicaciones en forma simultánea, actualmente son pequeños dispositivos.
Figura 16. (Subsistemas GSM) Fuente: Autor del trabajo de tesis
27
El sistema GSM posee cuatro subsistemas cada uno con funciones específicas,
estos son:
1. La estación móvil MS (Movile Station).
2. El subsistema de estación base BSS (Base Station
Subsystem).
3. El subsistema de conmutación y de red NSS (Network and
Switching Subsystem).
4. El subsistema de operación y mantenimiento OSS
(Operation and Support Subsystem).
Estación Móvil MS
La estación móvil a su vez se divide en cuatro elementos:
El terminal móvil MT (Mobile Terminal) es el teléfono móvil o cualquier
otro dispositivo de comunicación móvil GSM (ya sea cualquier celular o
un dispositivo con red GSM).
Puede cumplir con las siguientes funciones:
Transmisión
Codificación
Protección de errores
Para la conexión a la red GSM se requiere de una tarjeta inteligente SIM
(Subscriber Identity Module), la cual contiene toda la información relativa
como el número celular, ésta puede ser retirada cuando el usuario así lo
necesite o ser un módulo incorporado en la estación móvil.
28
La SIM debe tener la siguiente información:
Número de serie
Estado de la SIM
Clase de control de acceso al usuario
Para contener números de seguridad sirve el código PIN (Personal
Identity Number).
El PUK (Personal Unblocking Key) sirve para evitar el uso indebido de la
tarjeta.10
Tanto el adaptador de terminal TA (Terminal Adaptor) como el equipo terminal
de datos TE (Terminal Equipment) se encuentran implícitos en el teléfono móvil
y sirven para el establecimiento de las comunicaciones de voz o establecer
comunicaciones de transmisión de datos.
Figura 17. (Estructura red GSM) CCN BENCHMARK, edición 2003, recuperado el 8 de Diciembre del 2012 de:
http://es.kioskea.net
10
http://ocw.universia.net/es/
29
Subsistema de estación base BSS
La estación base (BSS) incluye la capa BTS que se encarga de la conexión de
los dispositivos móviles a partir de la interfaz de radio, y de la capa BSC que
tiene contacto con la NSS (Network and Switching Subsystem) que son
conmutadores que permiten la comunicación entre usuarios GSM y usuarios de
otras empresas.
Por lo que la base BSS permite la conexión directa entre usuarios
Figura 18. (Componentes BSS) GL COMMUNICATIONS, 2007, recuperado el 29 de Febrero del 2001 de:
http://www.gl.com/maps-gsma-gsmabis-letter.html
Donde:
Interfaz Um: Como la capacidad de comunicarse entre los conmutadores NSS
y el BSC.
Interfaz A-bis: Como la capacidad de comunicarse entre BTS
Las interfaces antes descritas están basadas en tres capas OSI
30
Subsistema de Red (NSS)
El subsistema NSS comprende todas las principales funciones de conmutación
de la red GSM, así como las bases de datos necesarios para la información de
los abonados.
La principal función del NSS es proporcionar la comunicación entre el usuario
GSM con otras empresas de telecomunicaciones. Dentro del subsistema NSS
está el MSC que se encarga de la conmutación directa para establecer las
llamadas entre usuarios GSM.
Para establecer una llamada con algún usuario, la llamada es primero
encaminada hacia un conmutador Gateway llamado GSMC es una central de
conmutación móvil donde van todas las llamadas de origen de telefonía fija.
Posteriormente es encaminada hacia una unidad de central conmutadora móvil,
aquí se busca toda la información relativa de ese usuario como posición, bonos,
etc. Para luego encaminarlo hacia el NSS.
Figura 19. (Componentes del NSS) Noel Cower, Spiffty, recuperado el 02 de Marzo del 2012, de:
http://www.redesmadrid.com/?page_id=13
31
2.1.4.3 CAPAS OSI (Open System Interconnection)
Fue creada en 1997 para establecer normas y protocolos para comunicarse con
diferentes tipos de redes.
El modelo OSI se compone de siete capas físicas:
CAPA FISICA.- Es la capa inferior del modelo OSI, es la encargada
de conectar físicamente los equipos de cómputo hacia la red, tiene
todas las funciones para transmisión de datos con una secuencia de
bit a bit mediante un medio de comunicación.
CAPA DE ENLACE.- Transforma los datos físicos en un enlace fiable
de transmisión de datos
CAPA DE RED. - Es la encargada de encaminar los datos desde su
origen hasta llegar a la computadora de destino, reconoce los
caminos fiables a seguir para que no se llegasen a perder los datos
en el trayecto por sobrecarga de información.
CAPA DE TRANSPORTE.- Es la capa más importante, ya que
recepta paquetes de datos de otras capas superiores y los divide en
partes más pequeñas (tramas) para pasarlos a la capa de red
asegurándose que los datos lleguen correctamente.
CAPA DE SESIÓN.- Esta capa organiza, procesa, y finaliza las
conexiones entre usuarios, asegura los servicios de transporte y
además tiene puntos de verificación que sirve para localizar cualquier
problema en la comunicación, y la reanuda desde el punto que se
cortó. En conclusión se encarga de mantener el enlace de
transmisión entre dos computadoras.
32
CAPA DE PRESENTACIÓN.- Esta capa se encarga de la semántica
y sintaxis de los datos transmitidos, de manera que aunque los
equipos puedan manejar distintos caracteres y números, los datos
lleguen de manera reconocible.
CAPA DE APLICACIÓN.- Está orientada a las aplicaciones, es decir
es el código que se esconde detrás de la comunicación con el
usuario, donde se define los protocolos para la trasmisión de datos,
base de datos, correos, Internet, etc.11
Figura 20. (Capas OSI) CINIT, Tihuatlán, México DF, recuperado el 15 de Febrero del 2012, de:
http://www.cinit.org.mx
11
http://www.wisedatasecurity.com/modelo-osi.html
33
2.1.4.4 COMANDOS AT (Attention)
Los comandos AT sirven en su mayoría para realizar una comunicación con
diversos terminales, así también permiten su configuración y realizar llamadas
de voz o datos, escribir y enviar mensajes SMS, leer y demás funciones básicas
de un celular.
Por ejemplo la comunicación con un módem; ésta se comporta como un celular
y mediante una terminal se le puede dar instrucciones básicas para su
funcionamiento, mediante el uso del protocolo RS232, USB, o con un
microcontrolador para conectarse a una red de telefonía móvil mediante un
enlace inalámbrico.
Como los comandos AT están compuestos mediante caracteres de texto, se
debe anteponer al comando un “AT”, donde éste se deriva de la palabra
Atención, que se podría interpretar que el dispositivo debe estar atento a
cualquier operación que se le envíe.
Consideraciones a tomarse:
PREFIJO: La palabra AT debe estar concatenada mediante el signo “+”
para sumarse al comando en sí.
COMANDO: Son los diferentes acciones que se ordena al dispositivo
1. El signo (=) implica una configuración a ese comando AT
2. El signo (?) implica ayuda.
SUFIJO: Conocido también como Carriage return (retorno de carro), éste
equivale a ENTER.
34
2.1.4.5 COMANDOS AT MÁS UTILIZADOS
Comandos generales
1. AT+CGMI: Identificación del fabricante
2. AT+CGSN: Obtener número de serie
3. AT+CIMI: Obtener el IMSI.
4. AT+CPAS: Leer estado del modem
5. AT+CFUN: Apaga, enciende el módulo (0=Apagar,1=Encender)
6. AT+CVIB: Ajuste modo vibración (0=Pasivo,1=Activo,16=Silencioso)
Comandos del servicio de red
1. AT+CSQ: Obtener calidad de la señal
2. AT+COPS: Selección de un operador
3. AT+CREG: Registrarse en una red
4. AT+WOPN: Leer nombre del operador
5. AT+CMOD: Modo de funcionamiento(0=Modo simple,1=Modo antena)
Comandos de seguridad
1. AT+CPIN: Introducir el PIN
2. AT+CPINC: Obtener el número de reintentos que quedan
3. AT+CPWD: Cambiar contraseña (password)
Comandos para agenda de teléfonos
1. AT+CPBR: Leer todas las entradas
2. AT+CPBF: Encontrar una entrada
3. AT+CPBW: Almacenar una entrada
35
Comandos para SMS
1. AT+CPMS: Seleccionar lugar de almacenamiento de los SMS
2. AT+CMGF: Seleccionar formato de los mensajes (0=PDU,1=Modo
texto)
3. AT+CMGR: Leer un mensaje SMS almacenado
4. AT+CMGL: Listar los mensajes almacenados (0=Sin leer, 1=Leídos,
2=Sin enviar, 3=Enviados, 4=Todos)
5. AT+CMGS: Enviar mensaje SMS
6. AT+CMGW: Almacenar mensaje en memoria
7. AT+CMGD: Borrar un mensaje SMS almacenado
8. AT+CSCA: Establecer el Centro de mensajes a usar
9. AT+ WMSC: Modificar el estado de un mensaje12
12 http://www.pcdemano.com
3. METODOLOGÍA
36
3.1 METODOLOGÍA DEL DISEÑO
Para la realización del presente proyecto se aplicará la metodología del diseño
mecatrónico, donde convergen de forma significativa algunos sistemas
eléctricos, electrónicos así como informáticos, los cuales ayudarán a facilitar el
desarrollo del proyecto en aspectos relacionados con:
Reducción de tiempos en el diseño
Reducción de costos en el proyecto
Direccionar el proyecto conforme a objetivos
Tener una secuencia lógica en el proceso de implementación
Figura 21. (Metodología Mecatrónica) Fuente: Autor del trabajo de tesis
3.2 ESTRUCTURA GENERAL DEL SISTEMA
Este proyecto pretende ser un documento de referencia para la automatización
para el Hostal Residencial “Eura” por lo que incluye el diseño y la
implementación de una instalación domótica, la misma que contempla sistemas
de iluminación, seguridad, sensores, control remoto, resaltando la integración
de todos los sistemas como aspecto fundamental e imprescindible de la
domótica mediante la red GSM que ofrece el país. El proyecto consta de tres
módulos:
37
Unidad central: Recibe y transmite la información a los dispositivos
esclavos, está conformado por sensores y actuadores.
Dispositivo GSM: Mediante el cual el administrador puede interactuar
directamente desde el exterior del Hostal con sus componentes.
Pantalla Touch Panel: Monitorea el estado de los sensores vía on-line,
y permite interactuar con éstos a través de un MENÚ personalizado y
clave para uso exclusivo del Administrador.
Figura 22. (Módulos esclavos)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
3.3 TIPO DE ARQUITECTURA DOMÓTICA A UTILIZARSE
La arquitectura domótica depende de la ubicación de los dispositivos de control
y de los módulos del sistema, un sistema domótico puede tener tres clases de
arquitecturas (centralizadas, distribuidas o mixtas), para el presente proyecto
será de tipo centralizado, ya que todos los dispositivos que conforman el
sistema se conectan por medio de cables hacia una misma central de control.
Figura 23. (Arquitectura Centralizada) Fuente: Autor del trabajo de tesis
38
3.4 SISTEMAS Y LUGARES A SER TOMADOS EN CUENTA
Un hostal debe tener algunos beneficios tanto en seguridad, confort y ahorro de
energía, para el presente proyecto se dará énfasis en los siguientes:
Seguridad: La domótica puede servir para cuidar los bienes inmuebles
de una vivienda, tomando en cuenta alarmas de intrusión, simulación
de presencia (encender, cerrar, abrir, regular cualquier dispositivo del
hogar), alarmas técnicas (humo, presencia, fuego, inundación, etc.).
Comunicaciones: Pueden tener interconexiones con dispositivos
asociados (Pantallas, tele asistencia, porteros eléctricos, cámaras IP).
Confort: Para la comodidad en el hogar como Iluminación (encendido
de luces por sectores, regularización de ambientes), persianas
(encendido-apagado automático).
Figura 24. (Sistemas y lugares a ser implementados) Fuente: Autor del trabajo de tesis
39
3.5 SOFTWARE DE DISEÑO Y SIMULACION
Protel es una potente herramienta de simulación electrónica, desarrollado por
Protel International Limited, el cual posee un enrutador de esquemas que
permite diseñar el plano eléctrico del circuito que se desea realizar con
componentes muy variados, desde resistencias, sensores, pantallas y displays.
Contando también con ubicación y editor de componentes de trabajo, capas y
elementos
Para la parte de adquisición de datos en la pantalla se necesitó del software
que trabaja conjuntamente con la pantalla DWIN, el cual posee un protocolo de
comunicación y librerías extras para la creación de diferentes interfaces
interactivas.
Para la resolución del algoritmo de control se tomó en cuenta PicBasicPro ya
que su fácil manejo, librerías de PICS, así como su entorno basado en Basic
hacen de la programación un ambiente agradable para dicho propósito.
3.6 CREACIÓN DE INTERFACE TOUCH PANEL EN PANTALLA DWIN
Para la creación de la interface de usuario se necesitó de la ayuda del software
de la pantalla, el cual facilita comprobar el correcto funcionamiento de algunos
elementos, además de funciones como:
Buzzer
Calendario
Comandos de texto
Envío de comandos
Creación de interfaces
Calibración de la pantalla
Los aspectos más relevantes se desarrollarán en el Capítulo 5.
40
Figura 25. (Interface 1- touch panel) Fuente: Autor del trabajo de tesis
3.7 CIRCUITO DE CONTROL
Para el desarrollo del circuito de control se tuvo en cuenta los siguientes
aspectos:
Circuito centralizado
Uso de cable UTP CAT 5E
Ubicación de sensores
Ubicación de la Unidad Central
Capacidad del microcontrolador
41
Figura 26. (Circuito central) Fuente: Autor del trabajo de tesis
3.8 MODEM GSM
Para la transmisión de datos entre los módulos se optó por el uso de un
módem GSM-GPRS el cual posee varias características como:
Compatibilidad de comandos AT
Ajuste de velocidad de transmisión de datos
Entrada serial DB9
42
Figura 27. (Módem GSM) Fuente: Autor del trabajo de tesis
3.9 ANALISIS DE EMPRESAS DOMOTICAS EN EL PAIS
Para conocer si el presente sistema tendrá alta competencia dentro del país se
optó por conocer ventajas y desventajas de las empresas que se dedican hacer
domótica.
A continuación se describen las principales empresas que ofrecen domótica:
HomeTeck: Empresa que se dedica a la automatización, se encuentran
ubicados en Cumbayá y Guayaquil, se dedican a la automatización con
productos de la marca HAI, cuentan con 5 años de experiencia.
VENTAJAS DESVENTAJAS
5 Años de experiencia Precios extremadamente altos
No realizan mucho cableado no tienen publicidad
Difícil de llegar a oficinas
Tabla 1. (Ventajas-Desventajas HomeTeck)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
43
Su producto estrella es el Controlador Omni, el cual se integra a dispositivos
HAI el cual posee controlador de termostatos, teléfono, sonido, así como la
seguridad integral de la vivienda por ethernet, la cual puede ser adaptada con
varios módulos como interfaces táctiles de varios tipos.
Su alto costo radica en la importación de sus módulos, así como también el
diseño de los mismos por planos en las viviendas.
ProHome: Empresa cuyo fuerte es la decoración del hogar, contando
con marcas como bticino, llumar, pertech para la automatización del
hogar, tiene más de 15 años de experiencia en el mercado, están
ubicados en la ciudad de Guayaquil Av. Juan Tanca Marengo Km. 1.5, su
forma de comunicación para con los clientes es mediante su página web
http://www.prohome.ec , cuentan con oficina moderna.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Amplia trayectoria y
experiencia Precios extremadamente altos
Infraestructura moderna
No se dedican al 100% a la
domótica
Alianzas con empresas del
exterior Solo casas en construcción
Tabla 2. (Ventajas-Desventajas ProHome)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
Por ser representantes directos de la marca BTICINO en el país, sus precios
son extremadamente caros por ejemplo: un sistema de luces $3000, control por
SMS $2500, control de humedad $1500, interface con pantalla $1500 (aprox.).
Su desventaja también radica en que el montaje de los sistemas es en
viviendas en construcción, ya que por exteriores afectarían de sobremanera a la
estética de la vivienda por cantidad de cables.
44
JEDI Domótica & Inmótica: Empresa joven que se dedica a la
domótica, Inmótica y dar capacitaciones en esta área, están ubicados en
Nayón Pasaje E S2-33 y Pedro Bruning, su forma de comunicación es
mediante su página web http://www.jedi.com.ec y sus oficinas, importan
equipos de marcas LCN e ISDE.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Alianzas internacionales Precios extremadamente altos
Página web fácil e intuitiva No tienen publicidad
Experiencia en el área Difícil de llegar a oficinas
Tabla 3. (Ventajas-Desventajas JEDI) Fuente: Autor del trabajo de tesis
ISDE: Es una empresa filial de España con mucha trayectoria a nivel
internacional, están ubicados en el Edificio Proinco en la Av. Amazonas y
Av. Orellana, trabajan con sus propios equipos de marca ISDE, en el
mercado nacional llevan 5 años con grandes automatizaciones como en
la Asamblea Nacional. Sus precios van desde los 500$ en adelante. Su
forma de comunicación es su página web http://isde-ecuador.com/ y sus
oficinas.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Alianzas internacionales Solo instalación por canaletas
Precios variados Equipos sin posibilidad de
modificaciones.
Experiencia en el área Productos importados
Buena ubicación
Tabla 4. (Ventajas-Desventajas ISDE)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
45
Su funcionamiento se centra en el dispositivo central SICOV el cual tiene un
coste de $900, a partir de él se pueden anexar varios nodos como el de
humedad, luces, incendio, SMS. Cabe recalcar que cada módulo tiene su costo
extra y los sensores dependerán de la disposición que haya en el mercado,
teniendo un costo aprox. de un sistema estándar de $3500.
SODEL: Empresa ubicada en la ciudad de Cuenca, trabajan con
equipos importados como HDL y BTICINO, ofrecen a más de la
domótica, proyectos de redes LAN, WAN.
Cuentan con más de 5 años en el mercado, su medio de
comunicación es su página web http://domoticaecuador.com./
También ofrecen servicios de CCTV, pararrayos.
VENTAJAS DESVENTAJAS
Alianzas internacionales Precios extremadamente altos
Alto reconocimiento a nivel
internacional Productos importados
Experiencia en el área
Equipos programables según
requerimientos.
Tabla 5. (Ventajas-Desventajas SODEL)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
Se puede concluir que estas empresas trabajan con equipos importados y no
son desarrolladores de los mismos, por tal razón los servicios y productos
resultan tener un costo muy elevado y limitan a que sus clientes sean personas
de estratos sociales altos. Cabe añadir que la competencia se encuentra muy
dispersa, no existiendo ninguna posición predominante. Además, los servicios
ofrecidos por todas las compañías suelen ser muy similares, por lo que se
deben buscar características diferenciadoras que se puedan ofrecer a esos
clientes
4. ESPECIFICACIONES Y DISEÑO DEL HARDWARE DEL
SISTEMA
46
En el siguiente capítulo se dará a conocer el diseño y consideraciones a ser
tomadas para el desarrollo del hardware del sistema.
4.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL MICROCONTROLADOR
16F877A
Memoria de programa13
Es una memoria de almacenamiento no volátil (ROM, EPROM, EEPROM,
FLASH), en la que se almacena el programa que gobierna la aplicación a la que
está destinado el microcontrolador. No existen dispositivos de almacenamiento
masivo por lo que todo el código debe estar almacenado en esta memoria. Por
otro lado, al ser un circuito dedicado a una sola tarea debe almacenar un único
programa.
Memoria de datos
La memoria para almacenar datos debe ser de lectura y escritura, por lo que en
general se usa memoria estática (SRAM), aunque algunos microcontroladores
llevan memoria del tipo EEPROM para evitar la pérdida de los datos en caso de
corte en el suministro de corriente.
Temporizador
El “Timer” suele utilizarse para controlar periodos de tiempo de
acontecimientos. Para su utilización se carga a una variable con un valor
determinado y dependiendo del programa su valor puede incrementarse hasta
13
ANGULO, José Angulo, Ignacio, Microcontroladores PIC, Diseño Práctico de Aplicaciones, Tomo II,
Editora McGrawHill, Pag 26.
47
un valor máximo, o decrementarse al ritmo de los pulsos del oscilador hasta que
llegue a cero donde se produce un aviso.
Las características técnicas más importantes de este PIC son las siguientes:
CPU: RISC (Reduced Instruction Set Computer)
Frecuencia Maxima: 20MHz
RAM: 368 X 8 Bytes de memoria de Datos
EEPROM: 256 X 8 Bytes de memoria de Datos
Memoria de programa Flash: 8KB X14 Bits
Protección de código programable
Perro guardián o “Watchdog” (WDT)
Voltaje de Operación: 2.0 voltios a 5.5 voltios
Bajo consumo de potencia: <0.6 mA
5 puertos digitales programables como entrada/salida: A, B, C, D, E
Conversor A/D de 8 canales x 10 Bits
Puertos de Comunicación
Modulación por ancho de pulso (PWM)
Perro guardián o watchdog timer
Es un temporizador que cuando sobrepasa un nivel o llega a cero se reinicia el
sistema automáticamente. Si llegase a fallar el sistema el watchdog no se
48
actualizará provocando un reinicio (reset) interno, por lo que se debe diseñar en
el programa una tarea que actualice e inicialice el perro guardián.
Estado de reposo – bajo consumo
En situaciones reales hay momentos que el microcontrolador no realiza ninguna
tarea, por lo que es necesario ahorrar energía en tal situación.
Por esta razón el PIC posee una instrucción especial (SLEEP) que pone al
microcontrolador en estado pasivo o de reposo, en esta situación se detiene el
reloj interno y se congelan los circuitos asociados hasta que haya una variable
que llegue al PIC y haga que trabaje de nuevo.
Conversor Análogo/Digital (A/D)
En el presente proyecto se utilizó cuatro (4) conversores A/D de 10 bits c/u, que
permiten procesar variables procedentes de magnitudes físicas como:
temperatura, humedad, presión, gas, aceleración, presión, etc.
Posee un multilplexor el cual permite aplicar señales análogas en los pines
asignados a esta tarea, donde sus pines son capaces de detectar el nivel de
voltaje que ingresan a ellos.
En este caso se ha utilizado el conversor A/D a 10 bits, quiere decir que entre
los voltajes de referencias, digamos que Vref-=0V, y Vref+=5V, los 5 V estarán
divididos en 1024 segmentos (4.8 mV), entonces si a la entrada del pin A/D
ingresan 4.8 mV, el registro ADCIN nos entregará un valor de 1 lógico.
0V ADCIN = 0
2,5V ADCIN = 512
5V ADCIN = 1024
49
Utilizando n2 Se puede definir el número de datos de conversión (dc), donde n
es la cantidad de bits que se utilizará en la conversión A/D.
Entonces: n2 = 1024210 (dc)
Hay que destacar que cuando se realiza la conversión A/D el resultado se
almacenará dentro de dos registros del microcontrolador:
ADRESSH
ADRESSL
Cada registro es de 1 Byte por lo que sumado los dos dan 16 bits.
Como la conversión se realizará a 10 bits habrá que buscar la manera de
“Eliminar” 6 bits de los 2 bytes, para esto se debe setear los parámetros en el
registro ADCON1, donde el bit más significativo justifica si los 10 bits a usarse,
se encuentran a la derecha o a la izquierda (1=derecha, 0=izquierda).
El siguiente bit del registro ADCON1 sirve para definir el reloj a usarse, hay
varios tipos de osciladores pero el más recomendable para este tipo de
aplicaciones es el tipo 3 (RC), ya que hay momentos que el PIC entra en estado
de sleep haciendo que los conversores A/D se apaguen, mientras que con el
tipo RC no se apagarán y siempre estarán en funcionamiento.
Cuando se justifique a la derecha no se toma en cuenta a los seis bits más
significativos del ADRESSH, de esta manera los restantes dos menos
significativos, más el 1 byte del ADRESSL forman así los 10 bits que se
necesita.
De esta manera los 10 bits pueden tomar valores desde 0 hasta 1023, dando
como resultado un total de 1024 datos de conversión.
50
Modulación por ancho de pulso (PWM)
PWM es una abreviación de Pulse Width Modulation, o modulación por ancho
de pulso, y es un método utilizado normalmente para el control de velocidad de
motores eléctricos. Este control se lleva a cabo modificando el ancho de pulso
de la señal generada.
El PIC 16F877A tiene dos módulos CCP (Capture Compare PWM) que sirve
para generar una señal de modulación por ancho de pulso
Una señal PWM tiene la siguiente forma:
Figura 28. (Señal PWM) Linux kernel Development, 2005, Rober Love, Pearson Education, 2nd Edition
http://www.kernel-labs.org/?q=neo1973_art02
Por ejemplo si se controla un motor de corriente continua (DC), cuando la señal
generada está en alto ó 1 lógico significa que se está aplicando energía al
motor durante un tiempo, y un 0 lógico significa que el motor no está
energizado, esta señal permite variar el valor medio del voltaje entregado al
motor.
51
Mediante el programa cargado al PIC se puede controlar parámetros como:
frecuencia y ciclo de trabajo, y tratar a los dos pines CCP del PIC de manera
independiente para especificar dichas variables.
Por ejemplo la frecuencia (Hz) depende del oscilador utilizado en este caso
como se usa uno de 4MHz el valor mínimo será 245 Hz. Estos valores serán
usados según las especificaciones de cada microcontrolador.
El ciclo de trabajo se mide en porcentaje donde el 100% equivale a 255
Para calcular el valor que tendrá el ciclo de trabajo con base en un porcentaje
se tiene:
%100
*255 PorcentajeValor
Para un 20% de ciclo de trabajo:
51%100
%20*255Valor
52
Comunicación UART
Habilita la transmisión y recepción de datos, así como el tamaño de cadena de
bits a ser transmitidos, bits de inicio y de parada y selecciona el modo de
transmisión asíncrono. Es importante tener en cuenta que en la programación la
velocidad de transmisión debe ser una constante y no una variable.
Tomando en consideración que no hay un único microcontrolador, se debe
tomar en cuenta lo siguiente: manejo, parámetros, precio, tamaño, etc.
Se eligió para el presente proyecto el PIC 16F877A y se basó en las siguientes
ventajas:
Protección ante fallos de alimentación
Diversos recursos como PWM, gran memoria, conversores A/D,
tecnología CMOS.
Comercialización
Tamaño y flexibilidad
Figura 29. (PIC 16F877A)
http://www.bilbaoelectronics.com/pines-16f877a.html
53
PANTALLA TÁCTIL DWIN
Para la realización del presente trabajo se tomó en cuenta que un buen
proyecto de domótica necesita como aspecto fundamental diversas interfaces
gráficas, por lo que fue necesario buscar un dispositivo que brinde este servicio
al más alto nivel.
Lastimosamente en nuestro país no hay pantallas gráficas táctiles que sean a
colores y que tengan incluido un protocolo de comunicación para trabajar
directamente con un microcontrolador, razón por la cual se vio la necesidad
incluir una pantalla Marca: DWIN, Modelo: DMT 48270T043_01W.
Dentro de las múltiples pantallas que ofrece DWIN, la escogida reúne las
características esenciales para dicho propósito de las que se destacan las
siguientes:
Tamaño: 4.3”
Resolución de 480 x 272
Facilidad para la creación de GUI
Lectura y escritura de hora y fecha mediante comandos a través de un
reloj interno propio de la pantalla.
Conectividad con diversos dispositivos (Microcontroladores, PLC)
Protocolos de comunicación (Serial 232-USB con tecnología CMOS)
Velocidad de transmisión desde 1200 bps hasta 115200 bps.
Pantalla a colores de 65000 colores.
Alimentación de baja tensión 4.5V a 6V
54
Buffer con memoria interna de 96MB
Diversos formatos de letra mediante códigos.
Animación para interfaces.
Buzzer incluido.
Opciones de giro de pantalla.
Módulo externo para conectar hasta 12 pantallas
Módulo de conexión Ethernet.
Posibilidad de ingresar videos multimedia.
Posibilidad de extensión a un teclado externo.
Compatibilidad con diversos compiladores como: gama de Mikroe
(MikroBasic, MicroC, MicroPascal), PIC BASIC PRO, C++.
Figura 30. (Pantalla DWIN, Modelo: DMT 48270T043_01W) Recuperado el 15 de Abril del 2012 de:
www.dwin.com.cn
55
4.2 BLOQUES DEL SISTEMA
El sistema se encuentra dividido en bloques, el cual tiene un orden secuencial
que va desde la etapa de alimentación del sistema, y culmina en la activación
de los periféricos del controlador como actuadores y sistemas de aviso vía SMS
a un móvil y a un panel táctil, esto se encuentra reflejado en la siguiente figura
donde se aprecia el diagrama que facilitará el diseño del hardware.
Figura 31. (Diagrama de bloques del sistema) Fuente: Autor del trabajo de tesis
4.2.1 ETAPA DE ALIMENTACIÓN
La etapa de alimentación es una parte muy importante en el diseño y
construcción de cualquier sistema electrónico, y es una de las principales
responsables de un funcionamiento idóneo.
56
Una fuente de alimentación por lo general cumple con la siguiente estructura:
Figura 32. (Estructura de una fuente de alimentación) Fuente: Autor del trabajo de tesis
La fuente primaria de energía, es normalmente la tensión de corriente alterna
(AC), la cual entra a la bobina primaria de un transformador de potencia que la
reduce el valor al nivel de voltaje requerido en la carga.
La salida del transformador de potencia alimenta un circuito rectificador,
encargado de convertir el voltaje AC de entrada a un voltaje de corriente
continua (DC) pulsante. Este voltaje pasa por un filtro con el fin de convertirlo
en un voltaje DC uniforme.
Adicionalmente, puede existir un circuito regulador, encargado de mantener un
voltaje constante en la carga, independientemente de las variaciones en el
voltaje de entrada o la corriente demandada por la carga.
4.2.1.1 Adaptador de Voltaje
Para la alimentación del circuito eléctrico se optó por usar un adaptador de
pared con las siguientes características:
Input: 110VAC - 60/50 Hz. Output: 12 VDC – 1000mA máximo
TRANSFORMADOR REGULADORFILTRORECTIFICADOR
ENTRADA SALIDA
57
4.2.1.2 Rectificador
Una vez transformado el voltaje a uno de menor magnitud pero de la misma
frecuencia, se procede a la rectificación de la onda sinusoidal que proporciona
la red eléctrica, para esto se utiliza un puente de diodos.
Luego de pasar por este puente, la forma de onda que se obtiene es una onda
pulsante con una polaridad definida.
Figura 33. (Rectificador de onda completa) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Figura 34. (Circuito de Fuente) Fuente: Autor del trabajo de tesis
58
4.2.1.3 Filtro capacitivo
Se diseñó una fuente de 5V para el circuito donde interviene el
microcontrolador, se asumió un consumo de corriente de 500mA que es mayor
a la que en verdad se necesita, puesto que está en proyecto agrandar el
Sistema en el futuro con el uso de una pantalla DWIN fija en la Unidad Central.
En promedio cada relé activado consume 15mA (dependiendo de la carga), es
decir el sistema actualmente consume alrededor de 120mA.
Figura 35. (Factor de rizado) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Para el cálculo del capacitor de la fuente de voltaje, ver Ecuación [3.1.5], se
considera un 10% de rizado de voltaje de salida 0V para la fuente.
El valor (Vmax) se lo toma del valor de la salida del adaptador que es de 12V.
max*
*5
Vf
IC [3.1.5]
FVHz
mAC 2455
12*2*60
500*5
FC 2200
59
Donde:
C= Capacitancia del capacitor
f = Frecuencia de la red
Como se utiliza para el filtrado un capacitor de F2200 , el voltaje de rizado
será:
C
IdcV RMS
*4.2
VV RMS 55.02200
500*4.2
Y el voltaje de rizado pico será:
RMSVpicoVr *3)(
55.0*3)( picoVr
VpicoVr 95.0)(
4.2.1.4 Regulador de voltaje
Para la finalización de la etapa de alimentación se necesita un voltaje de +5
voltios para el microcontrolador, para lo cual se necesita de un dispositivo que
entregue un voltaje fijo, es decir que no afecte las variaciones de voltaje de
entrada y proteja de los daños provocados por cambios de corriente.
Para esto se usa el integrado LM7805 (ANEXO 10), que regula a un voltaje
positivo de 5 Voltios; donde este voltaje es recibido por un capacitor de F01.0
para que corte los pequeños picos que podrían salir.
60
Cálculos disipador de la Unidad Central:
12.0*)512( VVP
Donde:
VVV 512 mAIcircuito 120
WP 84.0
CTambiente º40 (Ambiente cerrado)
WCRt /º50 (ANEXO 10)
)*( RtPTambienteTj
[3.1.6]
)50*25.1(50 Tj
CTj º92
Con este resultado la temperatura está dentro del rango de funcionamiento que
es de 150ºC, por lo tanto no necesita un disipador.
Cálculos disipador de la Unidad Pantalla
380.0*)512( VVP
WP 66.2
Donde:
mAIpantalla 380 (ANEXO 6)
CTambiente º70 (Ambiente cerrado- caja de acrílico)
WCRt /º50 (ANEXO 10)
)*( RtPTambienteTj
)50*66.2(70 Tj
)50*66.2(70 Tj
CTj º203
61
Con este resultado la temperatura no se encuentra dentro del rango de
funcionamiento que es de 150ºC, por lo tanto el disipador será la platina de
aluminio que se encuentra en el módulo como se indica en la Figura 38.
RESISTENCIA
Esta resistencia actúa como un limitador de corriente para proteger nuestro
LED, para su cálculo usamos:
Iled
VledVccR
[3.1.7]
mA
VVR
10
25
330300R
4.2.2 ETAPA DE CONTROL
Es la etapa más importante del sistema, ya que es el cerebro del mismo para el
control de sensores y actuadores.
Todas las señales existentes son recogidas por los diferentes sensores y
enviadas al microcontrolador para ser procesadas, y posteriormente remitir los
valores de cada una de las variables medidas a la pantalla o a un celular vía
SMS.
De esta manera se podrá generar un reporte del estado de sensores y
actuadores del Hostal, interactuar con la simulación de presencia, avisos
urgentes de alarmas técnicas como la seguridad física, incendio, temperatura
hacia un teléfono móvil.
Se utilizó el microcontrolador 16F877A para la unidad central, el cual consta de
40 pines de los cuales se usó 35 para este proyecto.
62
A continuación se explica la etapa de control con la siguiente figura.
Figura 36. (Parte de la etapa de control) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Para la realización de la parte de control se organizaron los puertos de la
siguiente forma: entradas digitales (PUERTO D), análogas (PUERTO A),
salidas (PUERTO B), comunicación y sensores de persianas (PUERTO C).
PIN 1
La entrada MCLR (Master Clear), permite reiniciar el microcontrolador.
PINES 19, 20, 21, 22, 27, 28, 29, 30 (PUERTO D)
Estos pines son bidireccionales es decir sirven como entradas o salidas de
datos y están destinados para las entradas digitales del sistema.
Siendo:
RD0 (Buzón de mensajes)
RD1 (Sensor de Incendio Piso1)
63
RD2 (Sensor de Incendio Piso3)
RD3 (Sensor de Movimiento1)
RD4 (Sensor de Movimiento3)
RD5 (Sensor magnético Piso1)
RD6 (Sensor magnético Piso3)
RD7 (Switch activación/desactivación Sistema de Seguridad)
PINES 11, 32
Pines VDD para la alimentación de 5VDC
PIN 12, 31
Pines VSS para la alimentación a tierra (GND)
PINES 13, 14
El pin 13 es OSC1/CLKIN es la entrada del oscilador a cristal o fuente externa
de reloj, y el pin 14 es OSC2/CLKOUT es la salida del oscilador a cristal.
La frecuencia a la que trabajará el microcontrolador depende del oscilador
externo utilizado, en este caso es un cristal de cuarzo del tipo XT de 4MHz que
mediante sus respectivos capacitores de 22pF conectados a tierra garantiza
mayor estabilidad y rapidez en procesar los datos.
PINES 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 (PUERTO B)
Como son puertos bidireccionales que pueden ser tanto entradas como salidas,
en este caso se optó como salidas.
64
Siendo:
RB33 (Luz-Recepción)
RB34 (Luz-Salida de Emergencia)
RB35 (Electroválvula de Humedad)
RB36 (Electroválvula de Incendio Piso1)
RB37 (Electroválvula de Incendio Piso3)
RB38 (Control de bajada Persiana Solar)
RB39 (Control de subida Persiana Solar)
RB40 (Sirena)
PINES 2, 3, 4, 5 (PUERTO A)
Estos puertos son dedicados a la conversión análoga-digital, siendo:
RA2 (Sensor de Temperatura Piso 1)
RA3 (Sensor de Temperatura Piso 3)
RA4 (Sensor de Humedad-electrodo)
RA5 (Fotocelda Solar)
PINES 15, 16, 17, 18 (PUERTO C)
Estos puertos son encargados de la recepción-transmisión de datos
provenientes del módem para la comunicación del móvil, así como también
entras y salidas de las persianas, siendo:
65
RC0 (Tx- Modem)
RC1 (Rx- Modem)
RC2 (Abre persiana temporizada)
RC3 (Baja persiana temporizada)
RC4 (Sensor magnético-Persiana Solar)
RC5 (Sensor magnético-Persiana Temporizada)
66
4.2.2.1 Esquemático Unidad Central:
Figura 37. (Esquemático Unidad Central) Fuente: Autor del trabajo de tesis
67
4.2.2.2 Esquemático Pantalla:
Figura 38. (Esquemático Pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis
68
4.2.2.3 Módulo Pantalla
Figura 39. (Módulo de pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Este módulo cumple con la función de transmisión-recepción de datos
provenientes de la Unidad Central.
Físicamente consta de elementos descritos en la Figura 38, los cuales se
describe a continuación los más importantes:
Módem GSM.- El cual cumple con las funciones básicas de un celular,
posee una entrada serial para comunicarse con diversos dispositivos a
distintas velocidades, su alimentación servirá para el circuito.
Microcontrolador.- Encargado de procesar los datos provenientes del
módem, para la transmisión da datos hacia la pantalla.
Baterías.- Dos baterías de 3.7V c/u podrán almacenar energía mientras
funciona el modem. Uso del sistema sin alimentación: Aprox. 1h.
69
ETAPA DE DETECCIÓN
El presente proyecto consta de sensores que monitorean entornos y ambientes,
algunos de ellos poseen internamente relés los cuales al ser activados envían
un 1 ó 0 lógico hacia el microcontrolador, donde esta información es procesada,
haciendo posible la activación de algún periférico de control.
4.2.2.4 Control de incendio
Este subsistema consta de dos circuitos:
La entrada de la señal digital al microcontrolador.
Periférico de salida mediante un relé.
Los sensores utilizados para dicho propósito son detectores de humo marca
MGC, modelo SD-4WT.
Dicho sensor de humo tiene dos pines para su respectiva polarización (2-5), y
dos pines para el relé (3-6) que servirán para comunicarse con el
microcontrolador.
Éste funciona con voltajes de DC en el rango de 8.4 a 26. Las especificaciones
se encuentran en la Tabla 1.
MODELO CABLES TEMPERATURA ALIMENTACIÓN CORRIENTE
SD-4WT 4 135 ± 5 ºF 12/24V 80mA
Tabla 6. (Características eléctricas Sensor de Humo SD-4WT) Fuente: Autor del trabajo de tesis
70
Figura 40. (Sensor de humo SD-4WT) Fuente: Autor del trabajo de tesis
ENTRADA DE LA SEÑAL AL MICROCONTROLADOR
Puesto que los sensores estarán a varios metros de la Unidad Central, es
recomendable usar un dispositivo que aísle eléctricamente tanto el circuito de
entrada como el de salida, evitando así vulnerabilidades en ruidos y pérdidas de
señal por distancias, así se decidió el uso de opto acopladores para las
entradas.
Figura 41. (Esquema opto acoplador) Fuente: Bloger Dicas, 2009, http://proyectoselectronics.blogspot.com
71
Figura 42. (Entradas sensor de humo) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Para el diseño y construcción del presente proyecto se basó en los siguientes
cálculos, que se harán referencia conforme se avance en el desarrollo del
mismo.
CALCULO DE RESISTENCIA R9 - R14
Estas resistencias actúan como limitadoras de corriente para proteger nuestro
LED, para su cálculo usamos:
VledIledRVcc *
Iled
VledVccR
[3.1.7]
mA
VVR
10
25
330300R Con lo cual la corriente que circula es por mAIled 01.9
Dicha resistencia será suficiente para que llegue a saturar adecuadamente al
fototransistor.
72
Tanto las resistencias R10, R15 sirven para ajustar la sensibilidad del
fototransistor:
Iled
VledViR
mA
VVR
10
212
KR 1
Las resistencias R6, R11 sirven como resistencias pull-up para que el
puerto del PIC no se encuentre flotando.
Figura 43. (Entradas de los diferentes sensores al circuito) Fuente: Autor del trabajo de tesis
En la bornera J1 están ubicadas las entradas que tendrá el microcontrolador,
por ejemplo en la señal IN2 (Sensor de Incendio Piso1) está conectada al pin
RD1 del microcontrolador, conjuntamente con los pines de alimentación y líneas
comunes de los opto acopladores.
73
Funcionamiento:
El opto acoplador usado en este proyecto consta internamente de:
Emisor: LED infrarrojo
Receptor: Fototransistor
Donde el fototransistor es básicamente un transistor con 2 pines a la vista su
colector y emisor, y su base se encuentra en la cabeza del LED donde al incidir
la luz proveniente del emisor llega a saturar su base, haciendo pasar corriente
por ella y dando la señal adecuada al microcontrolador.
Las entradas de los diferentes sensores serán reconocidas al conmutar entre 0
y 12 V.
Figura 44. (Entradas de los diferentes sensores al circuito) Fuente: Autor del trabajo de tesis
PERIFÉRICOS DE SALIDA MEDIANTE RELÉS:
DIODOS [ELEMENTOS]
D18, D22: Estos diodos son de tipo LED los cuales indican la activación del
circuito de salida.
74
D20, D23: Estos diodos son conocidos como de libre retorno los cuales se
conectan en paralelo con la bobina, protegiéndola y dejando pasar la corriente
necesaria entre los contactos del relé mediante su bobina para activar los
respectivos circuitos de potencia.
Figura 45. (Salidas aspersores anti incendio) Fuente: Autor del trabajo de tesis
TRANSISTORES:
Q7, Q2 son transistores 2N2222 (BC337), los cuales entran en saturación
cuando se tiene un pulso en su base, dando resultado un 0L y dejando circular
la corriente sobre las bobinas del relé.
Dado:
bc II 100
Tenemos:
Corriente del colector
bI
Corriente de base
cI
75
mAI c 600
(ANEXO 9)
100
600bI
CALCULO [2]
mAI b 6
El microcontrolador puede entregar por cada pin hasta 25mA, motivo por el cual
se escogió este transistor ya que estamos en el rango de trabajo.
RESISTENCIAS:
R32, R40: Estas resistencias sirven para la protección de sobre tensiones al
microcontrolador así:
Para saber la corriente de excitación que necesitará el relé se debe tener en
cuenta la resistencia de la bobina 100 a 12V (ANEXO 9) así:
reléR
VreléIc
_
mAV
Ic 120100
12
Como se requiere una mAIc 120 y una de 100, la intensidad que llegue a la
base será:
IcIb
mAIb 2.1100
120
I
VR
44002.1
)6.05(
mA
VVR
Normalizando se tiene: K7.4
CÁLCULO [3]
76
RELÉ:
Los relés utilizados para el presente proyecto son de marca SONGLE tipo NA
(Normalmente abiertos) a 12VDC suficiente para activar las salidas.
UBICACIÓN DE SENSORES:
Los sensores y demás equipos de seguridad utilizados en el presente sistema,
están ubicados estratégicamente de acuerdo al Plan de Emergencia propuesto
por Cuerpo de Bomberos del Distrito Metropolitano de Quito aprobado para el
año 2012, así:
Cada ruta de evacuación debe contar con lámparas de emergencia,
abastecidas por la red eléctrica o en su defecto algún sistema de
iluminación.
Sensores de humo en cada piso y en habitaciones que ameriten su uso
por condiciones naturales.
Acondicionamiento de un sistema de control de incendio.
Figura 46. (Piso 1 Hostal Eura) Fuente: Autor del trabajo de tesis
77
PISO 1:
PISO 3:
Figura 47. (Ubicación de sensores de humo) Fuente: Autor del trabajo de tesis
78
ARMADO DEL SISTEMA DE INCENDIO
Los sensores de humo son sensibles a la presencia de partículas de
combustión (“humo”) que están dispersas en el aire. Cuando hay un incendio en
cualquiera de los pisos, el humo producirá iones que se mezclan con el aire, y
el sensor detectará las variaciones en la corriente debido a esa ionización.
Cuando el humo entra al sensor la mezcla entre los iones y el humo,
disminuyen notablemente la corriente eléctrica, cerrándose así los contactos
del relé. Los contactos del sensor de humo son NA (normalmente abiertos) por
lo que la señal que enviará ante un incendio hacia el microcontrolador será de
tipo digital, es decir un 1L. Éste al recibir la señal proveniente del relé procesa la
información y activa un periférico de control, que será cualquiera de las
electroválvulas que están ubicadas estratégicamente en cada uno de los pisos
del Hotel, que son las encargadas de controlar el incendio en caso de
emergencia.
Además, la Unidad Central actuará ante un incendio de tres formas:
Enviará un SMS al móvil, indicando la emergencia del piso en cuestión.
Enviará un SMS hacia la pantalla para indicar el suceso.
Activará el aspersor de agua para controlar el incendio
PISO 1:
Figura 48. (Montaje del sensor - Piso 1) Fuente: Autor del trabajo de tesis
79
Figura 49. (Aspersor Anti-Incendio Piso 1) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Figura 50. (Reportes Técnicos PANTALLA-CELULAR) Fuente: Autor del trabajo de tesis
80
Figura 51. (Proceso Anti-Incendio Piso 1-Vista 3D) Fuente: Autor del trabajo de tesis
81
PISO 2:
Figura 52. (Montaje del sensor - Piso 2) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Figura 53. (Aspersor Anti-Incendio Piso 2) Fuente: Autor del trabajo de tesis
82
Figura 54. (Aspersor Anti-Incendio Piso 2) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Figura 55. (Aspersor Anti-Incendio Piso 2) Fuente: Autor del trabajo de tesis
83
4.2.2.5 Control de humedad
Para la detección de humedad en el riego de plantas ornamentales del hotel se
usará un higrómetro de tipo resistivo.
Este tipo de sensor es uno de los más utilizados en el mercado por su gran
flexibilidad.
La idea es utilizar la conductividad de la referencia (tierra), la cual va ser mayor
mientras más sea la cantidad de agua en ella. Se usan dos electrodos
separados a cierta distancia para que la corriente que circule será proporcional
a la cantidad de agua presente entre ellos, es decir se medirá el voltaje de un
electrodo con respecto a tierra.
Destacando así que la señal a medirse será de tipo análoga, por lo que hay que
transformarla a una señal digital. Para este fin se ingresará la señal de voltaje
en uno de los pines de un conversor análogo digital obteniéndose de esta forma
un número en binario.
Existen en el mercado diversos dispositivos para medir la humedad, siendo los
más importantes los psicrómetros, higrógrafo, y por electrodos.
El primero se basa en dos termómetros los cuales miden la evaporación en una
tela, con el principio que la humedad será mayor dependiendo de la
evaporación en la tela. El segundo se basa en organismos sensibles que
cambian de volumen al variar la humedad ambiente.
La tercera opción es medir la conductividad entre dos electrodos, siendo la más
sencilla y económica por lo que se usará en el presente sistema, así:
84
Figura 56. (Procesamiento de datos análogos) Fuente: Autor del trabajo de tesis
1.- Adquisición de datos análogos por el conversor o canal 2 (RA2), que será
guardada en la variable previamente creada tipo: WORD “Humedad”.
2.- A base de los comandos brindados en PicBasicPro esta operación permite
convertir a voltios la señal de entrada, en un rango de 0V a 5V prácticamente
convirtiéndolo en un voltímetro. Teniendo valores entre 0mV a 500mV.
3.- Mediante esta sentencia y con la anterior operación se podrá obtener de
forma práctica el valor aceptable de humedad, conectando el circuito al pórtico
serial del computador se verá el voltaje que entra por el canal 2 en [mV], como
cada tipo de planta necesita una humedad diferente, será el criterio del
investigador el que decida el rango de humedad aceptable. Con la realización
de varias pruebas en el sistema será de 4.7V.
4.-. Con el criterio anterior una lectura por el conversor mayor a 4.7V indica un
ambiente seco, seteando el estado I_humedad=0 para abrir la electroválvula, al
contrario una lectura menor a 4.7V nos indicará un ambiente húmedo, seteando
I_humedad=1 para cerrar la electroválvula.
85
CONSIDERACIONES:
Para calibración de la humedad se tomó en cuenta la densidad del agua,
así que lo recomendable será tener cuidado con fertilizantes ya que
podrían alterar la composición del agua y haber fallos en la medición.
Como se usan electrodos hay que tomar en cuenta que el óxido sobre
ellos puede alterar la medición de la humedad en el ambiente.
ARMADO
El sistema de riego se aplica en dos macetas ubicadas en ventanas, donde
para el control se usará una electroválvula que controlará a las dos.
Para que la señal pueda llegar sin alteraciones por ruido o distancias a su
destino final (microcontrolador), se optó por cable blindado.
Figura 57. (Control de humedad ventana 1) Fuente: Autor del trabajo de tesis
86
Figura 58. (Control de humedad ventana 2 - Cable blindado a cm3 de
distancia) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Dentro de la variedad de electroválvulas que existen en el mercado, se escogió
de marca Hitachi por su calidad, y alto rendimiento con una entrada de 110V.
4.2.2.6 Control de persianas solares
El sistema de persianas solares, permite la apertura o cierre dependiendo de la
cantidad de luz existente, similar al control de alumbrado público.
Mediante una fotocelda se recoge los datos llevándolos hacia el
microcontrolador, para procesar los datos. La luz solar que se mide es de tipo
análoga por lo que se necesita hacer la misma conversión anterior para
convertirla en digital y así trabajar sin problema.
La ubicación de los pines que se encargan de subir o bajar las persianas son:
RB5, RB6
Con el criterio antes expuesto para el control de humedad, se desarrolló el
sistema de adquisición de datos para la persiana solar, de esta manera sencilla
87
pero eficiente con algunas pruebas se llegó a la conclusión que una claridad
aceptable está entre un rango de 2.5V.
Figura 59. (Fotocelda para medición solar) Fuente: Autor del trabajo de tesis
El sistema también contempla la posibilidad de tener las siguientes formas de
operación de las persianas:
Por nivel de iluminación (S=solar)
Por programación de hora de apertura y cierre (T=temporizadas)
Figura 60. (Estado de persianas solares UP-DOWN) Fuente: Autor del trabajo de tesis
88
Para sacar el reporte de estados en la pantalla, es necesario saber en que
situación se encuentra la persiana es decir arriba o abajo por lo que se
implementó entradas al micro con sensores magnéticos que están ubicados en
la parte superior de la persiana para dicho propósito.
Figura 61. (Sensor magnético en persiana solar) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Para accionar el control remoto hay dos pulsadores para subir y para bajar la
persiana, los cuales serán accionados por medio de relés.
Figura 62. (Conexión de pulsadores a relés)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
89
4.2.2.7 Control de persianas temporizadas
El sistema de persianas temporizadas se logró mediante la sincronización del
reloj interno de la pantalla, y para esto se tomó algunos principios:
EN LA PROGRAMACIÓN:
Se necesitó igualar manualmente el reloj interno de la pantalla, ya que
cada vez que se reinicia el sistema la hora toma valores distintos.
Para esto el usuario deberá pulsar la tecla “ENTER” hasta que le pida
ingresar la hora, para lo cual en la programación se necesitó la ayuda de
ocho variables de las cuales cuatro serán para guardar HH (horas) y MM
(minutos), y las cuatro restantes serán para cálculos necesarios.
EN LA PANTALLA:
Cuando se realizó la interfaz gráfica en el software DWIN, se debió
diseñar las teclas con touch con un código para cada una. En las
respectivas pruebas se pudo observar que cuando se pulsa un touch en
la pantalla, ésta responde con una cadena de caracteres con la siguiente
estructura:
<0x00><datos del touch><CC33C33C>
Así que la cadena de datos que sigue después de <0x00> será capturada en
una variable tipo: Word. Esto nos servirá para ingresar e igualar la hora
(MM:MM) en el sistema.
Finalmente cuando llegue las 6 am o las 6pm, el sistema hará la comparación
necesaria con las horas seteadas como parámetros iniciales y así mandará un
mensaje a la Unidad Central para que abra o cierre la persiana.
90
Figura 63. (Reloj interno de la pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis
De la misma manera como en las persianas solares, en las temporizadas se
necesita de un sensor magnético a través del cual el microcontrolador conocerá
si la persiana se encuentra arriba o abajo.
Las persianas temporizadas se puede manipular tanto regulando la hora en la
pantalla, como desde un teléfono móvil enviando un mensaje de texto a la
Unidad Central.
Básicamente el microcontrolador hará un barrido de su entorno cada 10
segundos y de acuerdo a la cadena que llegue, tomará las debidas decisones
así:
Tabla 7. (Comandos Celular-Persianas Temporizadas)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
PERSIANA TEMP. ABRIR CERRAR
COMANDO *6 *7
91
Figura 64. (Sensor magnético en persiana temporizada) Fuente: Autor del trabajo de tesis
4.2.2.8 Sistema de seguridad
Antecedentes.-
El sistema de seguridad tiene como finalidad el control y cuidado de cuatro
zonas las cuales controlarán el estado de cuatro de puntos físicos del Hostal,
así como también la incorporación de una llave para el administrador, que
servirá para activar o desactivar el sistema de seguridad.
Una vez activado switch del sistema, el usuario tendrá el tiempo aproximado de
un minuto para salir del inmueble dando el tiempo necesario para cerrar las
puertas y no haber persona alguna por ninguno de los pisos.
92
Figura 65. (Sistema de seguridad) Fuente: Autor del trabajo de tesis Una vez activado el sistema de seguridad, la central enviará un mensaje de
texto informando de dicha actividad: “SEGURIDAD ACTIVADA”.
Si alguno de los ambientes en cuestión entra en emergencia, es decir abren las
puertas o deambulan por los pisos, los sensores enviarán la información
necesaria hacia el microcontrolador haciendo que pase del estado normal a uno
de emergencia, éste procesará los datos y activará el periférico de salida
(sirena), acompañado de un mensaje de texto hacia el teléfono móvil:
“POSIBLE ROBO PISO 1”
“POSIBLE ROBO PISO 3”
“EMERGENCIA PUERTA LANFOR”
“EMERGENCIA PUERTA SECUNDARIA”
93
Figura 66. (Acciones del sistema ante una emergencia) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Las zonas a controlarse serán las siguientes:
Zona 1-Zona 2: Harán el control de la puerta principal y secundaria
respectivamente, no serán zonas temporizadas comportándose de tal
manera que la emergencia se dispare al detectar a través de los
sensores magnéticos un cambio de estado en alguno de ellos.
Zona 3-Zona 4: Harán el control de los pisos 1 y 3 mediante sensores de
presencia , destacando que estas zonas poseen relés NC (Normalmente
cerrados), por lo que estarán enviando un 1 lógico (5V), cuando su
estado sea normal y un 0 lógico (0V) cuando haya alguna emergencia.
94
CÁLCULO DE CIRCUITOS
Las entradas del sistema de seguridad serán acopladas a un circuito externo
para evitar filtraciones de señales externas como se explicó anteriormente.
Los cálculos realizados se encuentran divididos en:
Circuito Opto acoplador
Cálculo [1]
Figura [33]
Control del periférico externo
[Elementos]
Cálculo [2]
Figura 67. (Periférico-sirena) Fuente: Autor del trabajo de tesis SENSORES UTILIZADOS:
Se necesitó de dos tipos de sensores:
Sensores de presencia.- Como se explicó anteriormente son de tipo
NC además de poseer jumpers para el control de mascotas, ajuste de
sensibilidad, así como salida mediante un relé. Esta última característica
es de suma importancia para dicho proyecto ya que cuando el sensor
pase de un estado a otro enviará la señal requerida por el
microcontrolador.
Se encuentran ubicados en los Piso uno (1) y dos (2)
95
Sensores magnéticos.- Ubicados estratégicamente en puertas donde
hay posibilidades de robo. Son de tipo NA.
4.2.2.9 Control de temperatura
Para un sistema integrado de seguridad se tomó en cuenta la necesidad de
censar la temperatura en distintos pisos del Hostal, como aspecto necesario
para prevenir cualquier tipo de incidente de seguridad.
Figura 68. (Sensor de temperatura LM35) http://www.pokusy.chytrak.cz/schemata/LM35.htm
Para este propósito se utilizó un sensor de temperatura LM35, el cual presenta
en su pin de salida una variación de 10mV por cada grado centígrado, con un
rango de alimentación de 4 a 20 V puede censar temperaturas en el rango de
-55ºC a 150ºC.
Se tomó como referencia una temperatura máxima de 30ºC, para esto se tomó
en cuenta algunos referentes:
El conversor A/D medirá el valor del voltaje que está entrando en cada
uno de los pines destinados a censar la temperatura (RA0, RA1).
96
Mediante el programa realizado en PicBasicPro hará las acciones
necesarias para enviar las cadenas de caracteres hacia la pantalla.
En caso de sobrepasar los 30ºC en cualquiera de los pisos, la central enviará
un mensaje de texto “Temperatura 1 ó 3 mayor a 30ºC” hacia el teléfono móvil y
un mensaje hacia la pantalla.
Figura 69. (Acción ante temperatura > 30ºC) Fuente: Autor del trabajo de tesis Cabe recalcar que el sistema es aceptado por el Municipio del Distrito
Metropolitano de Quito para el permiso de funcionamiento del Hostal para el
año 2012.
97
Figura 70. (Ubicación sensores LM35) Fuente: Autor del trabajo de tesis
98
4.2.2.10 Simulacion de presencia
El presente proyecto da la facilidad para crear ambientes en lugares sin estar
presentes en ellos, dando importancia a la simulación de presencia mediante el
encendido y apagado de luces que están ubicadas en las entradas del Hostal,
que hará creer a extraños que el lugar se encuentra habitado.
Para esto se tomó en cuenta que los focos deben ser de alta luminosidad por lo
que se optó por pequeños reflectores para uso exterior Marca: Voltech
de 150W-120V, que son adaptables a paredes.
Figura 71. (Reflector Voltech) http://www.voltech.com.mx/catalogo.php?pag=28
FUNCIONAMIENTO:
Para la simulación de presencia se tomó en cuenta la recepción y la entrada
secundaria del Hostal. Su manejo se basa en los siguientes aspectos:
La Unidad Central Al hacer un barrido cada 10 segundos, estará
monitoreando si hubo una cadena de caracteres cargada de *1, *2, *3, *4
para realizar una acción determinada.
99
Pantalla Durante la creación de las respectivas interfaces, cada touch
creado debe tener un código por ejemplo para encender el foco 1 su
touch será <11>, y en la programación al ser presionado este botón será
como enviar hacia la unidad central un mensaje de texto: *1.
Al encender o apagar cualquier ambiente, la unidad central también enviará un
reporte a la pantalla actualizando el estado de los sensores.
ENCENDIDO APAGADO
FOCO 1 *1 *2
FOCO 2 *3 *4
Tabla 8. (Comandos para encendido-apagado de luces) Fuente: Autor del trabajo de tesis
UBICACIÓN
Figura 72. (Ubicación de reflectores en las entradas) Fuente: Autor del trabajo de tesis
100
Figura 73. (Apagado - encendido de luces por pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis
El control de los reflectores se hizo por medio de relés como se muestra
en la Figura 66, cálculos en: [Elementos], Cálculo [2]
101
4.2.2.11 Control de buzon de mensajes
Se implementó un detector que indique la existencia de un correo en el buzón
de sugerencias ubicado en la recepción del inmueble. Para esto se utilizó
diodos (Emisor-Receptor) donde al caer una carta, habrá interferencia entre
ambos y el receptor envíe una señal al microcontrolador que indique el cambio
de estado.
Para protección de los diodos se utilizó resistencias de 330 , CALCULO [1].
Figura 74. (Ubicación de emisor-transmisor en buzón) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Como se explicó anteriormente en la parte superior del fototransistor se
encuentra la base, donde al incidir la luz proveniente del emisor llega a saturar
al receptor, haciendo pasar corriente sobre ella y dando la señal adecuada al
microcontrolador. Para esta aplicación sería suficiente opto acopladores donde
102
vienen unidos el emisor y el receptor pero el inconveniente es que la distancia
máxima para saturar el foto transistor es de cm1 para aplicaciones normales,
como la distancia es mayor a la anterior se optó por hacerlo con elementos
separados.
5. ESPECIFICACIONES Y DISEÑO DEL SOFTWARE
DEL SISTEMA
103
En el presente capítulo se desarrollará la creación de la interfaz gráfica con el
software DWIN.
5.1 PANTALLA
Como se explicó anteriormente el presente proyecto tendrá una interfaz gráfica
de alta resolución y calidad, para esto se utilizó una pantalla Marca: DWIN, este
tipo de pantallas poseen un entorno de desarrollo integrado con un sistema de
programación y codificación propio de la marca.
Posee una interfaz gráfica que ayuda al usuario al desarrollo de proyectos
(GUI), el cual posee algunas de las múltiples funciones que a continuación se
detallarán:
Figura 75. (Interfaz 2 - pantalla DWIN)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
104
A continuación se analizan las opciones mostradas en la Figura 74:
Imágenes: En Picture Select se escoge la imagen a ser subida la cual
previamente se creó con una resolución de 480x270 en PhotoShop, también se
puede hacer uso de recorte de la imagen.
Figura 76. (Carga de imágenes) Fuente: Autor del trabajo de tesis
105
Texto y fondo: Sirve para ubicar el texto: “Buzón Vacío” con un tipo de letra
normal (8x8) en la posición (54,234) de la pantalla, así como ponerlo dentro de
pun recuadro.
Figura 77. (Envío de texto a pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis Periféricos: Sirve para probar algunas funciones como el buzzer, calendario,
fecha, hora, volúmen de teclas, test de pantalla, video (para algunos modelos).
Figura 78. (Parámetros de la pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis
106
Envío de comandos: Se puede probar enviando a la pantalla comandos
Figura 79. (Envío de comandos a la pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Se puede observar que la pantalla se comunicará con otros dispositivos
mediante diversos códigos propios del mismo basados en hexadecimal, estos
códigos tienen una estructura de la siguiente manera:
BLOQUE 1 2 3 4
EJEMPLO 0xAA 0x79 0x99 CC 33 C3 3C
SIGNIFICADO Encabezado Comando Dato Fin
Tabla 9. (Estructura del código hexadecimal) Fuente: Autor del trabajo de tesis
El ejemplo anterior sirve para sacar un tono por el buzzer con 99ms de retardo,
quedando claro que el Encabezado y el Fin son caracteres obligatorios, y el
Comando será la función a desempeñar con parámetros basados en del Dato.
107
Sintaxis:
Se explicará la sintaxis de algunos comandos que se usó para este proyecto:
Seteo de colores de letra y fondo
TX: AA 40<FC><BC>CC 33 C3 3C
RX: NADA
Donde:
FC: Color del frente
BC: Color de dondo
Los colores a escoger varían entre blanco (0xFFFF), azul(0x001F),
rojo(0xF800), verde (0x07E0), azúl(0x001F).
Así para el siguiente ejemplo el código será:
AA 40 F800 001F CC 33 C3 3C.
Figura 80. (Seteo de color de fondo y letra en pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Ingreso de texto
TX: AA <Cod><X><Y><String>CC 33 C3 3C
RX: NADA
108
Donde:
Cod.- Es el tamaño de letra que varia desde el más pequeño al más
grande: 0x53, 0x54,0x55, 0x6F, 0x6E.
<X><Y> Son las coordenadas donde iniciará el texto, se toma como
referencia la esquina superior izquierda.
Figura 81. (Referencia para coordenadas del texto) Fuente: Autor del trabajo de tesis
<String> Es la cadena de caracteres que se mostrarán en la pantalla,
para el ingreso del comando se podrá usar “” para comandos ASCII, o
tambíen letra por letra con hexadecimales de la siguiente manera:
TX: AA 53 00 83 00 30 48 6F 77 20 61 72 65 20 79 6F 75 20 3F CC 33
C3 3C
Siendo:
(00 83) coordenada en X
(00 30) coordenada en Y
48(Hexadecimal) = H(Carácter ASCII)
6F(Hexadecimal) = o(Carácter ASCII)
77(Hexadecimal) = w(Carácter ASCII)
El ejemplo anterior equivaldría a lo siguiente usando caracteres ASII:
TX: AA 53 00 83 00 30 “How are you ?” CC 33 C3 3C
109
Velocidad de transmisión:
TX: AA E0 55 AA 5A A5 00 <Velocidad> <Parámetros> CC 33 C3 3C
Siendo:
Velocidad: La velocidad que viene por defecto es 115200 bps, motivo
por el cual se vio en la necesidad de bajar la trasmisión a 1200 bps
puesto que entre más bajo es mejor calidad de señal se tendrá.
Código 0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07
Velocidad 1200 2400 4800 9600 19200 38400 57600 115200
Tabla 10. (Códigos para el seteo de velocidad de transmisión)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
Parámetros: Corresponde a los parámetros de touch panel así como del
buzzer, backlight, Posición de imagen (0º, 90º).
Hora y fecha:
Para apagar el reloj:
TX: AA 9B 00 CC 33 C3 3C
Para encender las funciones del reloj
TX: AA 9B FF <Modo hora-fecha><Modo de texto><Color><X><Y> CC
33 C3 3C
Siendo:
Modo hora-fecha: Se escogerá entre las siguientes opciones
0x00 HH:MM:SS
0x01 20YY-MM-DD HH:MM:SS
110
Modo texto: Se escogerá entre estos tamaños de letras
0x00 0*8 0x01 6*12 0x02 8*16 0x03 12*24
0x04 16*32 0x05 20*40 0x06 24*48 0x07 28*56
Color: Color del texto
<X><Y> Coordenadas del texto
Ajuste de fecha y hora: Tiene el siguiente formato
TX: AA E7 55 AA 5A A5 12 01 01 <HH:MM:SS> CC 33 C3 3C
Lectura de fecha y hora: Tiene el siguiente formato
TX: AA 9B 5A CC 33 C3 3C
RX: AA 9B 5A <YY: MM: DD: W: HH: MM: SS> CC 33 C3 3C
Por ejemplo la hacer la lectura del reloj se tendrá lo siguiente:
08 12 25 04 09 58 00 significa:
09:58:00, 25 Diciembre del 2008.
En el sistema estos comandos son de suma importancia en el control de
la persiana temporizada. Para el control de la persiana no se contempló
la necesidad de ingresar la fecha ya que además de incomodo no es de
utilidad para esta aplicación, puesto que cada vez el usuario iguale la
hora tendría que ingresar muchos datos.
ENVIO DE ESTADOS A LA PANTALLA
111
RECEPCIÓN DE COMANDOS
Figura 82. (Estados enviados hacia la pantalla) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Cuando a la Unidad Central llegue un dato acompañado del carácter (*) más
(1,ó 2,ó 3,ó 4,ó 5), el dato se almacenará en un variable de tipo byte llamada
“DATO”, que acompañado de un beep barrará el mensaje dejando vacía la
memoria del módem y realizará la acción correspondiente a cada código.
Cuando se necesite que el sistema genere un reporte de todos los subsistemas,
la subrutina Tx_Estados recogerá el estado de todas las entradas de la Unidad
Central para de esta manera con el comando AT+CMGS envíe el mensaje
hacia la pantalla como carácteres ASCII’s.
CREACIÓN DE GUI
La creación de interfaces se hizo por medio del software incluido en la pantalla,
donde se debe hacer el siguiente procedimiento:
Crear un nuevo proyecto.
112
Cargar las imágenes previamente realizadas asignandoles con un
código, en el caso del proyecto caso son 3: carátula (1), pantalla
principal(0), pantalla auxiliar para animación(2).
Escoger la resolución de la imagen (480x272)
En las pantallas que sea necesario crear botones (touch) y asignarlos
con su respectivo código, ejemplo botón ENTER - codigo 10.
Si fuese necesario se puede hacer saltos a otras pantallas con Jumper
to, o incluir animaciones.
Conectar a la velocidad 1200bps, compilar el archivo, enviar el proyecto
a la pantalla.
Figura 83. (Creación de interface - touch panel) Fuente: Autor del trabajo de tesis
113
5.2 FLUJOGRAMAS DEL SISTEMA
SISTEMA DE SEGURIDAD
Figura 84. (Flujograma - Seguridad) Fuente: Autor del trabajo de tesis Un switch con llave ubicado en una zona estratégica de la recepción del Hotel
dará el estado de encendido o apagado del Sistema de Seguridad.
Al activar el sistema de seguridad, la Unidad Central dará un tiempo perentorio
para salir de las instalaciones, al pasar ese tiempo se avisará de la activación
del sistema al teléfono móvil. Al ocurrir una emergencia en cualquiera de las
cuatro zonas se tomará tres acciones: Activará la alarma de robo y la sirena,
Enviando un mensaje de texto hacia el teléfono móvil indicando la zona de
peligro, y en la pantalla un mensaje de “Emergencia”.
114
MONITOREO DE TEMPERATURA
Figura 85. (Flujograma - Temperatura) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Se hará la lectura de las temperaturas por sus respectivos conversores A/D
para ser almacenados en las variables tipo Word: Temp1, Temp2.
Dependiendo del valor que se carguen en ellas, si alguna de las temperaturas
excede los 30ºC se enviarán dos mensajes de texto:
Hacia la pantalla con el texto: “>30ºC”.
Al celular: “Temperatura 1 ó 3 mayor a 30ºC”.
115
CONTROL DE HUMEDAD
Figura 86. (Flujograma-Humedad) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Se almacenará en la variable Humedad el voltaje leído por el conversor A/D, Y
dependiendo de su valor se aplicará una lógica condicional:
Si está por debajo de los 4.7V significa que hay humedad por lo que
apaga la válvula para regar las plantas.
De lo contrario si es mayor a 4.7V significa que está seco, activando el
riego de plantas acompañado de un mensaje indicando de dicho estado.
116
SISTEMA CONTRA INCENDIO
Figura 87. (Flujograma - Alerta de incendio) Fuente: Autor del trabajo de tesis Los sensores de humo ubicados en cada piso del Hotel serán los encargados
de enviar un estado al microcontrolador los cuales se almacenarán en las
variables tipo Byte: humo1, humo3.
En cada barrido que haga el microcontrolador revisará el estado de las
entradas, y utilizando una lógica condicional se tiene:
Si no hay ninguna novedad se setea el estado I_incendio=1, apagando la
electroválvula y no haciendo ninguna acción.
Caso contrario se setea el estado I_incendio=0, y envía un mensaje de
texto: “Incendio Piso 1 ó 3”, mensaje a la pantalla: “1 ó 3 FIRE”, y
activará la electroválvula anti-incendio.
117
SIMULACIÓN DE PRESENCIA
Figura 88. (Flujograma - Simulación de presencia) Fuente: Autor del trabajo de tesis En cada barrido que el microcontrolador realice, estará pendiente del ingreso de
cualquier dato que llegue al módem de la Unidad Central.
De esta manera si llega un dato proveniente de algún celular o de la pantalla
cargado al principio del caracter de sincronización (*) hará la siguiente selección
de caso (select case):
1.- Encenderá LUZ1 (Entrada secundaria).
2.- Apagará LUZ1 (Entrada secundaria).
3.- Encenderá LUZ2 (Recepción).
4.- Apagará LUZ2 (Recepción).
118
PERSIANAS SOLARES - TEMPORIZADAS
Figura 89. (Flujograma - Persianas solares, Temporizadas) Fuente: Autor del trabajo de tesis
La Unidad Central almacenará en la variable (sol) el voltaje que lea el conversor
A/D por el canal (RA3), también se crea la variable dato recordando que se
puede abrir o cerrar la persiana temporizada por medio de mensajes de texto.
Mientras que en el módulo de Pantalla se guardarán las horas y minutos en que
se abrirán o se cerrarán las persianas.
Para las persianas temporizadas:
119
Si la hora marca las 6:00am o llega a la Unidad Central el dato (*6), se
abrirán las persianas.
Caso contrario si la hora marca las 18:00 o llega a la Unidad Central el
dato (*7), se cerrarán las persianas.
Para las persianas solares:
Si el conversor A/D hace una lectura superior a 2.5V significa que hay
oscuridad bajando la persiana.
Caso contrario con una lectura inferior a ese valor significa que hay luz por lo
que procederá a subir la persiana.
Inicialización del sistema
Figura 90. (Flujograma - Persianas solares, Temporizadas) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Una vez encendido el módulo de la pantalla se enviará un mensaje de texto
hacia el móvil del usuario para indicar su correcta inicialización, donde se
deberá introducir la clave de administrador que será evaluada para entrar al
sistema.
6. PRUEBAS Y RESULTADOS
120
Una vez armado el sistema y en las respectivas pruebas se pudo
determinar que todos los mensajes efectivamente llegaban a la Unidad
Central, pero no ejecutaban algunas acciones. Esto se debe a que el
microcontrolador siempre se encuentra leyendo y borrando cualquier
mensaje que llegue a la memoria 1 del módem cada cierto tiempo, esto
se pudo solucionar al subir el tiempo de lectura del mensaje recibido por
el modem, ya que algunas veces llegaba el mensaje justo cuando hacía
un barrido el microcontrolador.
Numero de Pruebas
Acciones no Acciones
subgrupo concretadas concretadas
1 10 5 0
2 10 3 0
3 10 4 0
4 10 4 0
5 10 3 0
6 10 6 0
7 10 6 0
8 10 5 0
9 10 3 0
10 10 4 0
11 10 5 0
12 10 4 0
13 10 3 0
14 10 3 1
15 10 2 0
16 10 4 0
17 10 1 0
18 10 4 0
19 10 6 0
20 10 2 0
Tabla 11. (Pruebas realizadas de acciones concretadas)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
121
Figura 91. (Acciones concretadas-no concretadas del sistema) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Un inconveniente que se determinó en el uso de la pantalla fue que no
había la manera de saber si el chip del modem tenía saldo, por lo que se
agregó una subrutina en el programa del micro para que despliegue un
mensaje: “NO HAY SALDO” cuando no haya respuesta 3 veces.
En las pruebas realizadas se observó que el sistema ante algún
inconveniente enviaba varios mensajes, por lo que se agregó banderas
(flags) que indiquen estados en el micro, esto con el fin que si hubo que
enviar un mensaje solo se envíen una vez.
Se consideró para ser un verdadero Sistema domótico remoto la
implementación de baterías en el módulo de la pantalla.
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Pruebas
Acciones concretadas y no concretadas del sistema
Pruebas
Acciones no concretadas
Acciones concretadas
122
Como cada planta necesita de una humedad diferente de otras
(Figura 88), se decidió sacar un promedio del 50% de humedad
aceptable en el suelo (DPM), correspondiente a una lectura por el
conversor A/D de 4.7V.
Figura 92. (Porcentaje de humedad aceptable por planta) Fuente: Sistema Universitario de Texas EEUU - Uso de sensores de humedad
del suelo para eficientizar el riego- Juan M. Enciso- Pag 5
123
Muestra Humedad
% Voltaje
[mV]
1 40 500
2 50 470
3 55 430
4 62 380
5 70 330
6 76 290
7 79 260
8 83 230
9 89 190
10 95 150
Tabla 12. (Lectura de humedad por el conversor A/D)
Fuente: Autor del trabajo de tesis
Figura 93. (Pruebas Humedad vs Voltaje - sensor tipo resistivo) Fuente: Autor del trabajo de tesis
Para el manejo de las persianas temporizadas se necesitó igualar la hora
en la pantalla, por lo que se dejó abierta la posibilidad del ingreso de
fecha para cualquier aplicación domótica en el futuro.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Humedad vs Voltaje
Humedad %
Voltaje [mV]
124
Una vez armado el sistema se estableció la necesidad de implementar
sensores magnéticos en las persianas, para que indiquen el estado de
las mismas en los reportes que se realice desde la pantalla.
Para lograr una buena sincronización entre la Unidad Central y la
Pantalla se implementó en el programa la opción de reconocimiento de
un carácter (*), para que la cadena de datos que siga se reconozca como
válida. En otras palabras si llega un mensaje sin (*) no reconocerá el
mensaje y lo borrará inmediatamente.
Para la implementación de la clave del sistema se necesitó hacer la
ponderación de los valores ingresados a unidades, decenas, centenas y
miles, además de convertir estos valores a un número decimal para
hacer la comparación respectiva con la clave seteada como 1234.
Se comprobó en la práctica que funcionan al 100% los comandos desde
cualquier celular para simulación la presencia así como el abierto y
cerrado de la persiana temporizada.
7. CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
125
Conclusiones:
Con la realización de este proyecto se logró obtener un sistema domótico
centralizado a un costo sumamente bajo, ya que un sistema de esta
naturaleza en nuestro país no se lo encuentra con mucha facilidad,
además que el costo de algún sistema parecido tendría valores
exorbitantes.
Se concluyó que dentro de un contexto empresarial este sistema se
puede convertir en una alternativa domótica potencial en el país, tanto
para domicilios como empresas ya que el estado actualmente apoya el
desarrollo de nuevas tecnologías.
Se investigó las funciones apropiadas para un sistema domótico, para
confirmar que las pantallas Marca: DWIN previamente analizadas,
brindaron al usuario un excelente entorno interactivo con touch panel
además de amigable, así como el uso de la tecnología GSM aportó de
manera eficiente al desarrollo del sistema
Los resultados alcanzados en las pruebas con este sistema cumplieron
el 100% de expectativas y objetivos iniciales, al proporcionar una
seguridad que garantiza la normalidad en las instalaciones del Hostal
Residencial Eura, reafirmando de esta manera los conocimientos
adquiridos a lo largo de la carrera tanto en la parte de control, como en la
adquisición de datos.
126
Recomendaciones:
Unidad Central
Como el sistema está alimentado por la red eléctrica a 120 V, se
recomienda en ausencia de alimentación revisar periódicamente el
estado de la bateria de respaldo ya que es recargable, se recomienda
cambiarla cada año.
Se recomienda revisar por lo menos cada mes el estado de los sensores,
y por otra parte fijándose el no desconectar de la red eléctrica a los
actuadores.
Se necesitará verificar continuamente el saldo que tenga el chip del
módem, ya que el no poseerlo asegura el no envío de alertas técnicas
importantes para el sistema.
Es aconsejable que el mantenimiento del sistema lo realice personal
técnico calificado para evitar daños o modificaciónes que alteren el
sistema, ya que algunos de sus componentes son sensibles a estática,
así como daños en la circuitería.
Humedad
No poner mucha cantidad de feritlizantes en las plantas ya que sus
propiedades químicas pueden alterar el funcionamiento del sistema.
Cambiar cada dos meses los electrodos, ya que el agua y sales llenan de
óxido al cable provocando fallas en la medición de humedad.
127
Persianas
Verificar continuamente el funcionamiento de los controles remotos del
sistema ya que pueden ser propensos a daños, como también el cambio
de baterías en el control de la persiana temporizada.
Verificar la conexión constante al suministro de energía de las persianas,
puesto que algún turista podría desconectarla sin querer.
Control de luces
Se recomienda probar el estado de los reflectores cada mes y en caso
de dañarse el foco halógeno cambiarlo inmediatamente.
Incendio-Temperatura
Asegurarse que las electrovávulas funcionen adecuadamente ya que su
funcionamiento incorrecto provocaría inundaciones imprevistas.
Comprobar el estado de los sensores de temperatura por medio de un
multímetro cada cierto tiempo.
Pantalla
Para su correcto funcionamiento se recomienda su uso cuando haya
calidad comprobada de señal movil.
128
BIBLIOGRAFÍA
1.- Alciatore, G, (2008), Introducción a la Mecatrónica Y Sistemas De Medición
(3ª Ed.), México: Mc Graw Hill.
2.- Mendoza Clavijo Juan Ricardo, (2011), Diseño y simulación de sistemas
microcontrolados en lenguaje C.
3.- Boylestád Robert, Electrónica: Teoría de circuitos, Sexta Edición, PEARSON
PRENTICE HALL, ISBN 968-880-9
4.- Galeano Gustavo, Programación de sistemas embebidos en C, Primera
edición, Alfaomega.
5.- Cristian Bodigton Esteva, Basic para microcontroladores PIC, Segunda
Edición.
6.- Reyes Carlos, (2006), Microntrolador PIC Programación en Basic, Ecuador:
Rispergerf.
7.- Dorf Richard, Circuitos Electrónicos, Introducción al análisis y diseño,
Tercera Edición, Alfaomega.
8.- Oppenhaim Alan, Señales y Sistemas, Segunda Edición, PEARSON
PRENTICE HALL.
9.- ESPE – Innovativa CISCO, (2012), Prácticas de laboratorio CCNA1,
Networking
10.- Huidrobo José Manuel, (2004), DOMÓTICA: EDIFICIOS INTELIGENTES,
Creaciones Copy Right, ISB 9788493333690
129
11.- Fernandez Valentín, (2004), EL HOGAR INTELIGENTE, Creaciones Copy
Right.
12.- Nuñez Antonio, Domótica e Inmótica, Guía práctica para el investigador,
Ediciones E&E
13.- Lazo David, Moreno José, (2008), Instalaciones automatizadas en edificios
y casas, Simón Vis.
ANEXOS
130
ANEXO 1
PLANTA ALTA – VISTA 3D
131
ANEXO 2
PLANTA BAJA – VISTA 3D
132
ANEXO 3
PANTALLA DWIN
133
ANEXO 4
PRINCIPALES COMANDOS DWIN
134
135
ANEXO 5
DIMENSIONES DE LA PANTALLA (mm)
136
ANEXO 6
HARDWARE COMPLEMENTARIO
137
ANEXO 7
PRESUPUESTO
MÓDULO PANTALLA
ELEMENTO ESPECIFICACIÓN CANTIDAD P.UNITARIO TOTAL
Capacitor 0.1uF 1 0.2 0.2
Diodos 1N4004 1 0.2 0.2
Resistencia 4.7K 1 0.08 0.08
Cristal 4Mhz 1 1 1
Capacitor 22pF 2 0.2 0.4
Capacitor 47uF/25V 1 0.2 0.2
Capacitor 470uF/25V 1 0.2 0.2
Regulador V. LM7805T 1 1.3 1.3
Microcontrolador PIC-16F876A 1 8 8
Sub total 11.58
UNIDAD CENTRAL
ELEMENTO ESPECIFICACIÓN CANTIDAD P.UNITARIO TOTAL
Capacitor 0.01uF 1 0.2 0.2
Resistencia 1K 17 0.08 1.36
Diodos 1N4004 12 0.2 2.4
Transistores 2N2222 8 0.25 2
Resistencia 4.7K 8 0.08 0.64
Cristal 4Mhz 1 1 1
Resistencia 10K 1 0.08 0.08
Capacitor 22pF 2 0.2 0.4
Capacitor 47uF 5 0.2 1
Resistencia 330R 17 0.08 1.36
Capacitor 2200uF/25V 1 0.2 0.2
Conectores CON5 14 0.2 2.8
Diodos LED 17 0.15 2.55
Regulador V. LM7805T 1 1.3 1.3
Opto acoplador OPTO-NPN 8 0.8 6.4
Microcontrolador PIC16F877A 1 10 10
Relés RELAYS 8 0.8 6.4
Sub total 40.09
138
ELEMENTOS VARIOS
ELEMENTO CANTIDAD P.UNITARIO TOTAL
MODEM 2 150 300
PANTALLA 1 300 300
CAJA TERMICA 1 55 55
PLACAS ELECTRONICAS 2 20 40
BATERIA 1 15 15
PERSIANAS 2 300 600
CANALETAS 20 1.5 30
ELECTROVÁLVULAS 3 15 45
SIRENA 1 22 22
SENSORES MAG NORMAL 3 2.5 7.5
SENSORES MAG LANFOR 1 25 25
SENSORES PRESENCIA 2 20 40
SWITCH 1 15 15
SENSOR TEMPERATURA 2 3.5 7
TUBERIAS 20 0
MANO DE OBRA 40 0
ASPERSOR AGUA 4 12 48
REFLECTORES 2 8 16
SENSORES HUMO 2 40 80
RIEL DIN 1 1 1
BORNERAS RIEL DIN 30 8 240
CABLE SEMI SOLIDO 30m 10
CABLE UTP 70m 18
CABLE BLINDADO 40 1.25 50
BUZON DE MENSAJES 1 25 25
EMISOR-RECEPTOR 2 1.5 3
CABLE GEMELO 16 30m 24
MACETEROS 2 10
TOMA CORRIENTES 4 1.5
Sub total 2028
TOTAL DEL SISTEMA $2079.67
ANEXO 8
FOTOS DEL SISTEMA
139
140
141
142
143
ANEXO 9
DATASHEET 2N2222 / RELÉ SONGLE 12V
144
145
ANEXO 10
DATASHEET LM 7805
146