Implementación de maqueta de casa domótica

Implementación de maqueta de casa domótica
Implementación de maqueta de casa domótica
Miguel Chicchón
Apaza
José Bruno
Gutiérrez
Jaime Sotelo
Ramírez
Omar Cornelio
Rajo
[email protected]
u.pe
[email protected]
u.pe
[email protected]
u.pe
[email protected]
u.pe
Resumen
En el presente artículo se describe la implementación de una maqueta de casa domótica con
el fin de simular escenarios de aplicación domótica. Los escenarios a simular son sistema
anti-intrusión, activación automática de la iluminación, ventilación automática, regulación
de la iluminación, control de apertura y cierre de puertas, mando y control sin cable y control
de acceso automático. El proceso de implementación consistió de la construcción de la
maqueta de una casa de dos niveles, la instalación de la electrónica constituida por sensores,
actuadores, módulos de comunicación y controladores, la programación de la lógica del
control del sistema domótico y la programación de un aplicativo de control para dispositivos
con sistema operativo Android. El proyecto permitió demostrar que es posible utilizar la
plataforma Arduino como controlador principal de los aspectos domóticos de la maqueta.
Palabras clave: Domótica, sensores, actuadores, Arduino, Android.
Abstract
This paper describes the implementation of a model of home automation in order to
simulate domotic scenarios. The scenarios simulated are anti - intrusion system, automatic
activation of lighting, automatic ventilation, control opening and closing of doors, control
wireless and automatic access control system. The implementation process consisted of
building a model of a two-storey house , installing electronic consists of sensors, actuators,
controllers and communication modules , programming of logic control and programming of
a application for automation system control for devices with Android operating system. The
project helped to show that it is possible to use the Arduino platform as the main controller
of the automation aspects of the model.
Keywords: Domotic, sensors, actuators, Arduino, Android.
Implementación de maqueta de casa domótica
Introducción
La domótica es la aplicación de la automatización de la vivienda, que permite integrar
todos los sistemas que generalmente funcionan independientemente para posibilitar un mejor
desempeño en seguridad, ahorro energético, confort y comunicaciones. Su desarrollo está
ligado al avance de las tecnologías de la información y comunicaciones en el sentido que las
instalaciones eléctricas se entrecruzan con las de intercambio de datos y entretenimiento
convirtiéndose en una atentica red de control. Esta red domótica percibe señales del ambiente
(luz, oscuridad, viento, agua, presencia o ausencia de personas) a través de sensores y actúa
en consecuencia enviando señales a actuadores (luminarias, persianas, electrodomésticos,
electroválvulas o dispositivos de aviso) que se encargan de efectuar las tareas que se hayan
definido. Entonces tenemos una red de control que deja de ser una simple instalación eléctrica
para convertirse en una red de comunicaciones.
Actualmente existen diversas tecnologías que implementan físicamente dicha red:
unas emplean un dispositivo central que toma las decisiones pertinentes; otras como KNX o
LonWorks se basan en un control descentralizado mediante dispositivos inteligentes que se
comunican mediante un bus. El medio de comunicación entre estos dispositivos puede ser un
canal dedicado, radiofrecuencia, la red eléctrica o la propia red Ethernet doméstica.
La mayoría de la tecnología domótica tiene altos costos. Una alternativa algo más
económica consiste en la utilización de microcontroladores y electrónica de bajo costo. En
este proyecto maqueta de casa domótica se utilizara la plataforma Arduino como dispositivo
central que tome las decisiones que permitan simular escenarios de aplicación domótica. La
maqueta construida con cuatro ambientes (sala, pasillo, cochera y terraza) simula escenarios
como
sistema anti-intrusión, activación automática de la iluminación, ventilación
automática, regulación de la iluminación, control de apertura y cierre de puertas, mando y
control sin cable y control de acceso automático.
Desarrollo del tema
Los alumnos de la especialidad de Telemática del Instituto Iberotec al finalizar la
unidad didáctica de Sistemas Inteligentes de Domótica, Monitoreo y Control Remoto
Implementación de maqueta de casa domótica
realizan un proyecto integrador que les permita aplicar los conocimientos y habilidades
adquiridos sobre el uso de microcontroladores en la domótica.
El objetivo del proyecto es implementar una maqueta de casa domótica que permita
simular los siguientes escenarios de aplicación domótica: sistema anti-intrusión, activación
automática de la iluminación, ventilación automática, regulación de la iluminación, control
de apertura y cierre de puertas, mando y control sin cable y control de acceso automático.
La metodología consiste de la construcción de la maqueta de una casa de dos niveles,
la selección e instalación de la electrónica constituida por sensores, actuadores, módulos de
comunicación y controladores, la programación de la lógica del control del sistema domótico
y la programación de un aplicativo de control para dispositivos con sistema operativo
Android.
Maqueta
La maqueta construida se diseñó en base a dos niveles. El primer nivel está constituido
por los ambientes sala, pasillo y cochera; mientras que el segundo nivel esta por una terraza
y un jardín. En la figura 1 se muestran los planos realizados con el software floorplanner
(“floorplanner”, 2015).
Figura 1. Planos de la maqueta de casa domótica: (a) Primer nivel. (b) Segundo nivel.
(a)
(b)
Fuente: Elaboración propia ( floorplanner.com)
Los requerimientos del sistema se basan en los escenarios de aplicación domótica a
simular y el ambiente en donde serán implementara. Estos se detallan a continuación:
Implementación de maqueta de casa domótica

Sistema anti-intrusión: Protege la vivienda activándose cuando se detecta una
intrusión, a través de un detector de presencia o de rotura o apertura de
ventanas o puertas. Implementado en la sala.

Activación automática de la iluminación: Enciende y apaga el alumbrado en
función de la presencia o ausencia de personas. Implementado en el pasillo y
terraza.

Regulación de la iluminación: Regula el nivel de iluminación en función de
las necesidades de los usuarios. Implementado en la sala.

Ventilación automática: Automatiza el sistema de ventilación el cual se activa
en función del uso de cada ambiente o por programación. implementado en la
sala.

Control de apertura y cierre de puertas: Este se realiza por mando y control
sin cable o mediante un control de acceso. Implementado en la sala, pasillo y
cochera.
Hardware
El sistema domótico a implementar se basa en una arquitectura centralizada, donde el
controlador será un microcontrolador.
En base a los requerimientos se seleccionó la electrónica necesaria que consiste en
sensores, actuadores, módulos de comunicación, módulo de identificación y controlador.
Estos elementos se especifican a continuación:
a) Sensores: Se encargan de recoger la información respecto a los diversos
parámetros a controlar y se la envían, al dispositivo de control centralizado.
Tabla 1. Descripción y características de sensores seleccionados.
Sensor
LM35
Descripción
Sensor de temperatura con
salida analógica.
Característica
Rango de operación: -50 oC a 150
o
C.
Voltaje de Operación: 5V.
HC-SR04
Sensor de distancia que trabaja
por ultrasonido. También es útil
para detectar presencia.
Rango de operación: 2cm a 400cm.
Voltaje de Operación: 5V
Implementación de maqueta de casa domótica
LDR
Resistor que varía su valor de
resistencia
eléctrica
dependiendo de la cantidad de
luz que incide sobre él.
Resistencia en presencia de luz: 10
- 20KΩ.
Resistencia en oscuridad: 1MΩ
b) Actuadores: Son dispositivos empleados por el sistema de control centralizado
para modificar el estado de equipos e instalaciones.
Tabla 2. Descripción y características de actuadores seleccionados.
Actuador
Micro
servo
Goteck
Descripción
Servomotor de posición.
Característica
Rango de operación: 0 a 180º.
Torque: 2.3Kg-cm(4.8V) a 2.5Kgcm(6V)
Voltaje de Operación: 4.8V – 6V.
Servo
DF15RSMG
Servomotor
continuo.
de
giro
Rango de operación: 360º.
Torque: 15.1Kg-cm.
Voltaje de Operación: 5V – 7.4V
Ventilador
Constituido por un motor
DC.
Voltaje de Operación: 12V
Lámpara Led
Lámpara led dicroica.
Voltaje de Operación: 220V
Potencia: 9W.
LED
Diodos emisores de luz.
Voltaje de Operación: 2.3V.
c) Módulos de comunicación: Se encargan de comunicar el controlador con los
elemento de mando y control.
Implementación de maqueta de casa domótica
Tabla 3. Descripción y características del módulo de comunicación
seleccionado.
Modulo
HC-06
Descripción
Modulo Bluetooth en
modo
esclavo
que
permite la conexión con
un dispositivo maestro
como un celular o Tablet.
Característica
Rango de operación: hasta 10m.
Frecuencia de Operación: 2.4 GHz
Interfaz para microcontrolador: Serial
UART TTL.
d) Controlador: Se encarga de ejecutar la lógica de funcionamiento del sistema
domótico.
Tabla 4. Descripción y características del controlador seleccionado.
Tarjeta
Arduino Mega
Descripción
Plataforma de desarrollo de
prototipos basado en un
microcontrolador.
Se
conecta
a
sensores,
actuadores y módulos de
comunicación.
Característica
Núcleo:
Microcontrolador
ATmega2560.
Voltaje de Operación: 5V.
Entradas y salidas digitales: 54
Salidas analógicas: 16
Salidas PWM: 15
Protocolos de comunicación: Serial
UART TTL, I2C y SPI.
e) Módulo de identificación: Se encarga de controlar la apertura de puertas del
sistema de acceso por identificación.
Tabla 5. Descripción y características del controlador seleccionado.
Modulo
RC522
LCD
Descripción
Basado en el circuito
integrado MFRC522 de
NXP que es un IC
especializado
en
“comunicación
sin
contacto”
o
RFID
trabajando a una frecuencia
de 13.56 Mhz. Permite
escribir y leer información
de tags en forma de tarjeta o
llave.
Pantalla de cristal líquido de
32 caracteres.
Característica
Núcleo: MFRC522.
Voltaje de Operación: 3.3V.
Protocolos de comunicación: Serial
UART TTL y SPI.
Voltaje de Operación: 5V.
Numero de filas: 2
Caracteres por fila: 16
Implementación de maqueta de casa domótica
El diagrama de bloques del sistema se encuentra en la figura 2. El sistema está
conformado por un controlador central Arduino Mega el cual se encarga de manejar toda la
lógica que permite simular los sistemas de anti-intrusión, activación automática de la
iluminación, ventilación automática, regulación de la iluminación, control de apertura y
cierre de puertas y mando sin cable. Un segundo controlador Arduino Mega se encarga del
sistema de identificación de acceso.
Figura 2. Diagrama de bloques del sistema.
Fuente: Elaboración propia
Firmware
La lógica del controlador principal del sistema es mostrada en la figura 3 y 4. El
programa consta de dos partes. La primera se encarga de la recepción de órdenes vía
Bluetooth para modo manual de los sistemas y la activación/desactivación del modo
automático. La segunda parte se encarga de la ejecución del modo automático del sistema.
Implementación de maqueta de casa domótica
Figura 3. Diagrama de flujo del sistema domótico (Parte 1).
Fuente: Elaboración propia
Implementación de maqueta de casa domótica
Figura 4. Diagrama de flujo del sistema domótico (Parte 2).
Fuente: Elaboración propia
Implementación de maqueta de casa domótica
Software
El sistema de mando y control permite al usuario interactuar con el sistema domótico.
La interfaz está compuesta de 6 pantallas:

Pantalla principal: se muestra al acceder a la aplicación y da la opción de
acceder a la pantalla de menú.

Pantalla menú: permite acceder a las pantallas de los ambientes de la casa.

Pantalla cochera: permite abrir y cerrar la puerta de la cochera.

Pantalla sala: permite controlar la iluminación, el sistema de ventilación y
seguridad.

Pantalla pasillo: permite controlar la iluminación del pasillo.

Pantalla terraza: permite controlar el sistema de iluminación de la terraza.
Figura 5. Interfaz de usuario de la aplicación de mando y control. (a) Pantalla principal. (b) Menú
de opciones. (c) Cochera. (d) Sala. (e) Pasillo. (f) Terraza.
(a)
(d)
Fuente: Elaboración propia
(b)
(e)
(c)
(f)
Implementación de maqueta de casa domótica
Integración
Los elementos seleccionados se colocaron en posiciones de la maqueta que de tal
forma que se asegure su correcto funcionamiento de acuerdo a la lógica de los controladores.
Los cables de conexión de los elementos se colocaron dentro de canaletas para evitar
cualquier problema de desconexión y presentar un buen acabado. La figura 6 muestra el
resultado final de la integración. Finalmente se procedió a realizar las pruebas de
funcionamiento del sistema obteniéndose los resultados esperados.
Figura 6. Detalle de la integración del proyecto maqueta casa domótica.
Fuente: Elaboración propia
Discusión
Se logró simular con éxito los escenarios de aplicación domótica utilizando como
controlador la placa Arduino de acuerdo a los requerimientos establecidos. En futuros
proyectos se puede agregar otros escenarios y utilizar sistemas de comunicaciones basado en
ZigBee y WiFi.
El controlador puede ser complementado con una minicomputadora
Raspberry Pi para activar servicios de monitoreo y control web.
Implementación de maqueta de casa domótica
Conclusiones
La construcción de una maqueta de casa domótica que simule escenarios de
aplicación domótica utilizando como controlador una tarjeta Arduino fue realizado con éxito.
Los alumnos participantes del proyecto aplicaron sus conocimientos y habilidades sobre el
uso de microcontroladores en la domótica.
Referencias
floorplanner. (2015). Recuperado de http://floorplanner.com
Moro, M. (2011). Instalaciones domóticas. Paraninfo, Madrid, España.