control domtico de la temperatura domstica para el rea de tecnologa

CONTROL DOMÓTICO DE LA TEMPERATURA DOMÉSTICA PARA EL ÁREA
DE TECNOLOGÍA DE LA ESO.
Buisán Carrasco, Ismael. (Profesor de Tecnología del IES María Moliner (Puerto de Sagunto))
RESUMEN:
Los aspectos que se van a tratar en la presente Unidad Didáctica corresponden a
lo establecido por el nuevo currículo para el área de Tecnología de la ESO de cuarto
curso.
En este caso se desarrollarán no sólo aspectos de programación gráfica
(simulación y adquisición), desarrollados con el programa LabVIEW, sino también el
tratamiento de los datos adquiridos por medio de la hoja de cálculo Excel, y lo que es
más importante, repercutir los valores adquiridos de temperatura sobre una tarjeta
electrónica de control para que se detecten aquellos valores anómalos y así comunicarlo
a un sistema electro-mecánico externo (accionamiento de un ventilador conectado a un
enchufe a 220V en corriente alterna).
La unidad didáctica planteada, ya ha sido aplicada con éxito en un grupo de 4º
de la ESO en el IES María Moliner del Puerto de Sagunto.
1.- INTRODUCCIÓN:
El objetivo final que se pretende alcanzar con la presente UD es el de
complementar la realización del Proyecto “Instalación eléctrica de la Vivienda”, que se
realiza en 3º de la ESO, con conocimientos básicos de automatización por ordenador de
procesos industriales enfocados al confort en el “hogar”, es decir, a controlar la
evolución de las temperaturas, entre otros aspectos, a lo largo del día, graficando dicha
evolución y siendo capaces de desencadenar un cierto proceso mecánico – eléctrico
cuando la tendencia de las temperaturas estén establecidas fuera de los parámetros que
nosotros le especificamos y que constituyen los estándares de confort personal que cada
cual puede establecer y modificar.
2.- CONTROL DOMÓTICO DE LA TEMPERATURA
2.1.- Objetivos:
a)Desarrollo del programa de control mediante software (LabVIEW). Aquí serán
definidos y modificados los distintos valores de control del sistema. Los datos de
temperaturas introducidos corresponden a una secuencia aleatoria de valores que
simulan un proceso de adquisición real.
b)Desarrollo de los circuitos eléctricos (220 V en c.a), controlado desde el puerto
paralelo del ordenador, a través de una tarjeta controladora (12 salidas 5 entradas), y que
actuará sobre un relé que finalmente activa o desactiva un receptor conectado a un
enchufe, en función de los estados del sistema.
c)Desarrollo del sistema de análisis de las Temperaturas en Excel; tratamiento de la
información obtenida.
2.2.- Procedimiento en el desarrollo de la unidad didáctica
a) Programación gráfica:
Los lenguajes de programación con entornos escritos suelen resultarle al alumno
bastante complicados, perdiendo la idea final de lo que se pretende programar. Las
necesidades actuales van más por entornos gráficos de programación, donde las órdenes
e instrucciones a realizar se muestran en forma de símbolos intuitivos, de mayor
facilidad de aprendizaje y sin perder el carácter de programación que se persigue. Por
otro lado, los entornos gráficos de programación ofrecen la realidad de lo que se está
utilizando hoy en día tanto en la industria como en los estudios universitarios.
Los programas en LABVIEW son llamados instrumentos virtuales o VI´s, debido a
que su apariencia y operación imita a los instrumentos físicos, tales como osciloscopios
y multímetros. Labview posee un conjunto extenso de herramientas para adquisición,
análisis, despliegue y almacenamiento de datos etc.
Los VI´s de Labview poseen dos componentes: 1) El panel frontal, donde se
encuentra la interfaz gráfica del instrumento que tratamos de crear y 2) El diagrama de
bloques, que es donde se programa.
La interfaz de usuario (panel frontal) la construiremos con controles e
indicadores, constituyendo los primeros las entradas del sistema, mientras que los
segundos son las salidas del mismo, que reflejan los valores instantáneos de la captación
simulada de temperaturas.
Tras el proceso de elaboración de la interfaz (panel frontal) los alumnos son
capaces de crear un dispositivo de apariencia muy atractiva (fig.1) en el que se simula
las distintas variaciones de temperatura, representadas de forma gráfica:
Fig.1: interfaz creada por el alumno/a, donde aparecen las temperaturas máxima y
mínima de confort, la Tª actual, la Tª media, salidas de la tarjeta a activar cuando se
rebasan los límites de temperatura, a través del LPT1(378 hex) y leds de aviso de
temperaturas anómalas.
La programación gráfica que desarrollaron los alumnos y que constituye el núcleo
de programación y de control de procesos se muestra a continuación.(Diagrama de
bloques).
Fig2: Diagrama de bloques correspondiente a la programación de control de Temperaturas.
b) Aplicación de los esquemas electrónicos y de la tarjeta de control del proceso en función
de los valores de las salidas:
En este apartado, lo fundamental es interactuar a través del puerto paralelo del ordenador,
de tal forma que cuando se superen, por arriba o por abajo, los límites que hemos establecido
en la programación gráfica mediante Labview, se origine una orden a través de la conexión de
DB-25 del LPT1, de tal manera que por medio de una tarjeta controladora, fabricada por los
propios alumnos en cursos anteriores, con 5 entradas y 12 salidas, se pueda hacer funcionar de
forma automática un relé que conecte o desconecte un circuito a 220V en ca.
Fig.3 Esquema en el que se puede ver la forma de conexión de todos los elementos
participantes en el sistema de control: Conexión DB-25(puerto paralelo del
ordenador),ordenador, sistema de protección electrónico respecto al circuito de 220V en ca
y toda la conexión del ventilador a controlar.
Fig.4 . Placa controladora realizada por los alumnos de Tecnología en 4º curso
de la ESO. Tiene 12 salidas y 5 entradas.
El circuito electrónico de control del accionamiento del relé se representa en la fig.5, y está
compuesto por los siguientes elementos:
Los valores más importantes de los elementos propuestos en el circuito son:
R1= 470 Ohmios; R2= 470 Ohmios; R3=2200 Ohmios;
Optoacoplador = 4N37
Transistor = C547B
LED
Diodo de Unión (0,7V).
Relé = 6V.
+
2
Vcc
R2
R1
O p t o a c o p la d o r
DB25
1
9
2
3
6
5
4
D1
R e lé
Led
C
NA
NC
R3
T r1
18
-
Vcc
Fig. 5: Sistema de protección electrónico del circuito de 220 en ca.
c) Tratamiento de la información obtenida con la hoja de cálculo Excel:
Uno de los objetivos más importantes de la Unidad Didáctica es el de realizar un
estudio de los datos de temperatura que se obtienen en la simulación. Para ello se va a
complementar el programa de software creado con Labview con herramientas de
adquisición de datos, para finalmente recopilar éstos en una hoja de cálculo (Excel), con
lo que se entronca el estudio con una potente herramienta ofimática de análisis de los
datos obtenidos.
Para mandar los datos que se generan con Labview a la hoja de cálculo utilizaremos
la herramienta que a continuación se expone:
Write to spreadsheet file: Función que vierte los datos obtenidos en el archivo
que le especifiquemos, una vez acabada la adquisición.
El objetivo es de tratar analíticamente los valores obtenidos, realizando cálculos
estadísticos que ayuden al alumnado a enfrentarse a los parámetros estadísticos más
relevantes y a su utilidad. La forma de conectar esta función es la que se muestra en
la Fig.6:
Fig6: Se muestra cómo se debe insertar la función “write to spreadsheet file” en el
diagrama de bloques como forma de poder exportar los datos a un archivo para su
posterior análisis.
3.- CONCLUSIONES:
Se puede observar como la relación existente entre el área de Tecnología en la
ESO y la Física es más que patente, constituyendo una pieza indispensable de sus
contenidos; Si bien, el hecho diferenciador en los niveles básicos de enseñanza es que el
carácter procedimental de la Tecnología hace que se deban diseñar siempre aplicaciones
muy prácticas y actuales, como forma de enganchar a un alumnado cada vez más
exigente en cuanto a aspectos tecnológicos, por lo que una práctica que combina todos
los aspectos tratados en esta Unidad supondrá un éxito rotundo con alumnado ávido de
este tipo de conocimientos.