Sistema para reducir energía mediante el control de

Protocolo para crear un sistema para reducir energía mediante el
control de temperatura en casas habitación
Por:
Itzel López Hernández
Matrícula: 60883
Daniel Zúñiga Castro
Matrícula: 64571
Asesor: Dr. José Mireles Jr. García
Presentado a la academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones
del Instituto de Ingeniería y Tecnología de
La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
para su evaluación
LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ
Septiembre 2009
Introducción.
El impacto ambiental que se genera con el consumo de energía eléctrica es muy
relevante en la actualidad ya que para producirla se generan contaminantes como óxidos
de nitrógeno y dióxido de carbono, esto influye en el cambio climático que estamos
viviendo. Según datos de la revista del consumidor de la Profeco en México la
electricidad es el energético más utilizado después del gas LP y la leña.
Hoy en día es necesario aportar ideas que nos ayuden a disminuir este problema de
contaminación y gran costo económico. Con el uso de la tecnología las personas hemos
conseguido tener una vida más cómoda y porque no crear una manera de disfrutar de un
clima agradable en las habitaciones. A todos nos incomoda pasar frío o calor o
cambiarnos de lugar buscando la parte más agradable dentro de un lugar cerrado.
Se han creado muchos productos y sistemas de control con el fin de ahorrar energía y en
este proyecto se diseñará un sistema que nos permitirá ahorrar energía eléctrica, así
como disfrutar de mayor comodidad en cuanto al clima en habitaciones mediante
control de ventilación utilizando comunicación RF con el fin de homogenizar la
temperatura y generar una contribución importante al ahorro económico y energético.
Se realizará investigación documental para determinar que sensores, actuadores y demás
componentes se deben utilizar. Con el apoyo de herramientas como software de
programación y simulación se llevará a cabo la implementación de este proyecto.
Antecedentes
En los últimos años se han desarrollado muchos productos para el ahorro de energía en
varios países debido a la necesidad de reducir costos en beneficio a la economía y al
medio ambiente.
Entre las novedades están los dispositivos que utilizan radiofrecuencia, por ejemplo
apagadores de luz, controles para iluminación, centros de entretenimiento y para la
velocidad de ventiladores. También se ha creado un control para el agua que permite
seleccionar agua caliente con el fin de evitar el desperdicio de agua fría, funciona
mediante una señal por radiofrecuencia que activa el dispositivo.
En cuanto al clima en casas habitación, un sistema para ahorrar energía es el de suelo
radiante que era utilizado desde la antigüedad por países como Roma y España en la
época medieval, se trata de introducir calor en el suelo y dejar que la radiación ambiente
las casas. Esto se conseguía construyendo canales por debajo del suelo y haciendo
circular aire caliente por ellos. Hoy en día se ha modernizado este sistema con tuberías
de polietileno por las cuales circula agua entre 35º y 45º C.
Ahora es muy importante seguir generando ideas aprovechando la tecnología para
mejorar nuestra calidad de vida y ayudar también al medio ambiente.
Fundamentos Teóricos.
La energía eléctrica es un recurso del que dependen muchas actividades en la
actualidad, si llega a faltar se produce un caos ya que estamos muy acostumbrados a
todo lo que funciona con electricidad.
El ahorro de energía es por lo tanto de vital importancia para seguir utilizándo la energía
en el futuro, y en el presente nos beneficia también en la reducción de gastos.
Tenemos en casas habitación gran número de aparatos que requieren conectarse a un
tomacorriente, además
las tarifas por consumo de luz se han incrementado
últimamente. Cuando utilizamos sistemas de clima como la calefacción o la
refrigeración el consumo de energía eléctrica aumenta considerablemente afectando
nuestra economía, por lo que se requiere buscar soluciones haciendo uso de la
tecnología para reducir el consumo de energia que es un recurso tan importante.
Se ha vuelto una necesidad el crear formas para solucionar este problema de alto costo
económico
por lo cual en este proyecto se utilizarán varias herramientas de la
tecnología a favor del ahorro de energía como el uso de
de microcontroladores con
funciones para comunicación por radiofrecuencia, sensores, y otros componentes para
lograr el sistema que permita homogenizar la temperatura en las casas habitación y así
evitar gastos innecesarios.
Microcontrolador
Un microcontrolador es un ordenador en un único chip que funciona con un conjunto de
instrucciones almacenadas en su memoria. Normalmente se programan en lenguaje
ensamblador o con un lenguaje de alto nivel como el lenguaje C. Cuando se ejecuta un
programa en este chip, se reciben datos desde los dispositivos externos (entradas), se
manipulan y se envían a dispositivos externos (salidas).
Algunos recursos con los que cuentan los microcontroladores son:
-
Voltaje de alimentación entre +2.5v y +6v
-
Reloj.
Se
implementa
con
un
cristal
y
dos
capacitores,
algunos
microcontroladores cuentan con reloj interno.
-
Temporizadores. Son contadores que se activan con una señal de reloj interna o
externa.
Radiofrecuencia
Se refiere cuando la corriente alterna es alimentada a una antena, entonces se genera un
campo electromagnético también llamado onda de radio el cual es adecuado para
transmisión de datos de modo inalámbrico. El rango del espectro de radiación
electromagnética es desde 9 KHz hasta miles de GHz.
La longitud de onda de un campo RF es inversamente proporcional a la frecuencia.
Al incrementarse la frecuencia de las ondas electromagnéticas más allá del espectro de
RF, su energía toma la forma de ondas infrarrojas (IR), visibles, ultravioletas (UV),
rayos X y rayos gama.
Muchos dispositivos inalámbricos hacen uso de tecnología RF como el teléfono celular,
radio, televisión, comunicaciones satelitales. Algunos dispositivos operan en IR o en
frecuencias bajas de luz visible, su longitud de onda es más corta que la de RF,
ejemplos de estos dispositivos son el control remoto de televisión, teclados y ratones
inalámbricos.
Optoacoplador
Un optoacoplador es un dispositivo de emisión y recepción de luz que funciona como
un interruptor. Consiste en un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos
es óptica. Se utiliza cuando se va a conectar corriente alterna y circuitos de bajo voltaje.
Sensor
Un sensor es un dispositivo que a partir de la energía del medio donde se mide, da una
señal de salida transducible que es función de la variable medida, es decir toma una
señal del medio físico y la convierte a una señal de voltaje.
Justificación
En temperaturas extremas la pérdida de energía en casas habitación es alta debido a que
generalmente la temperatura es más alta en la parte superior con respecto a las partes
bajas.
Se pretende a través de este proyecto desarrollar una propuesta para reducir las pérdidas
de energía al homogenizar el clima por medio de ventiladores.
Metodología.
Objetivo general.
Utilizar un circuito electrónico con sensores, actuadores y comunicación RF para
controlar y homogenizar la temperatura de habitaciones.
Esquema de bloques
1.- Objetivo específico 1: Realizar investigación documental sobre el impacto del
consumo innecesario de energía eléctrica.
1.1 Meta 1. Investigar en artículos, noticias y libros acerca del consumo de
energía eléctrica para el 15 de octubre 2009.
Actividad 1.1.1: Investigar del consumo innecesario de energía
Requerimiento: Investigar en artículos de revistas
Requerimiento: Investigar en Biblioteca UACJ
Requerimiento: Investigar en Internet
2. Objetivo específico 2: Realizar investigación documental sobre el uso y
funcionamiento de modulo de desarrollo PICRF y demás componentes.
2.1. Meta 1: Investigar acerca del
funcionamiento e instrucciones de
programación de modulo de comunicación rfpic, acerca de sensores
y
aplicaciones RF para comunicación inalámbrica entre dispositivos para el de 20
de octubre 2009.
Actividad 2.1.1: Investigar como funciona el Rfpic
Requerimiento: Investigar en Internet.
Requerimiento: Investigar en Biblioteca UACJ
Actividad 2.1.2: Investigar que sensor se necesita
Requerimiento: Investigar en Internet.
Requerimiento: Investigar en la Biblioteca UACJ.
Actividad 2.1.3: Investigar sobre aplicaciones RF
Requerimiento: Investigar en Internet.
Requerimiento: Investigar en la Biblioteca UACJ.
3. Objetivo específico 3: Obtener requerimientos, características y condiciones para el
funcionamiento del sistema
3.1. Meta 1: Determinar Los componentes electrónicos necesarios
para el 30 de octubre 2009.
Actividad 3.1.1: Analizar como funcionará el sistema.
Requerimiento: Conclusiones de investigación teórica
Requerimiento: Modulo de comunicación rfpic
3.2 Meta 2: Generar 3 diagramas de funcionamiento del sistema para el 10
noviembre 2009.
Actividad 3.2.1: Generar diagramas.
Requerimiento: Computadora
Requerimiento: CD de módulo de comunicación rfpic
4. Objetivo específico 4: Lograr funcionamiento de programas de prueba para
componentes del sistema
4.1. Meta 1: Generar 3 diagramas de flujo para la programación de prueba de los
microcontroladores con los distintos dispositivos del sistema para el 13 de
noviembre 2009.
Actividad 4.1.1: Generar pseudocódigo
Requerimiento: Realizar algoritmos.
Requerimiento: Realizar diagramas de flujo.
Actividad 4.1.2: Llevar a cabo la programación de prueba
Requerimiento: Codificar programa
Requerimiento: Software de Microchip
Requerimiento: Software de simulación
4.2. Meta 2: Llevar a cabo construcción de circuitos para probar los programas
para el 20 de enero de 2010.
Actividad 4.2.1: Armar circuitos de prueba
Requerimiento: Protoboard
Requerimiento: Modulo de comunicación rfpic
Requerimiento: Fuente de voltaje
Requerimiento: componentes para circuito receptor y transmisor
5. Objetivo específico 5: Realizar programación para el funcionamiento de todo el
sistema
5.1. Meta 1: Lograr comunicación entre circuito transmisor y receptor para el 15
de marzo 2010.
Actividad 5.1.1: Realizar 3 diagramas de flujo
Requerimiento: Generar pseudocódigo
Requerimiento: Generar algoritmo
Actividad 5.1.2: Codificar y simular programa
Requerimiento: Diagramas de flujo
Requerimiento: Software de Microchip
Requerimiento: Software de simulación
6. Objetivo específico 6: Implementar proyecto
6.1. Meta 1: Llevar a cabo construcción de circuitos para el 15 de abril 2010.
Actividad 6.1.1:Construir circuito transmisor
Requerimiento: Tablillas y soldadura
Requerimiento: Componentes del sistema transmisor.
Actividad 6.1.2: Construir circuito receptor
Requerimiento: Componentes del sistema receptor
Requerimiento: ventilador
Requerimiento: Maqueta para probar proyecto
6.2 Meta 2: Llevar a cabo al menos 3 pruebas de todo el proyecto para el 30 de
abril 2010.
Actividad 6.2.1: Realizar pruebas
Requerimiento: Proyecto terminado
7.Objetivo específico 7: Finalizar redacción de tesis
7.1 Meta 1: Finalizar documento del proyecto para el 30 de abril 2010
Actividad 7.1.1: Recopilación de teoría y notas del proyecto
Calendarización.
ETAPA
DISEÑO
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Octubre
2009
1.1.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
3.1.1
3.2.1
4.1.1
4.1.2
4.2.1
5.1.1
5.1.2
6.1.1
6.1.2
6.2.1
7.1.1
ETAPA
DISEÑO
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
Actividad
1.1.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
3.1.1
3.2.1
4.1.1
4.1.2
4.2.1
5.1.1
5.1.2
6.1.1
6.1.2
6.2.1
7.1.1
Abril 2010
Nov
2009
Mayo 2010
Enero 2010
Febrero
2010
Marzo 2010
REFERENCIAS.
[1]
José M. Angulo Usategui, Ignacio Angulo Martínez, Microcontroladores Pic:Diseño
práctico de aplicaciones. McGraw-Hill, 1999
[2]
[3]
Ramón Pallás Areny, Sensores y acondicionadores de señal. Marcombo, 1998
http://www.renovae.org/index.php?option=com content&task=view&id=370&Itemid
=76 , al 02 de Marzo del 2009.
[4]
http://www.esak.es/sueloradiante, Mayo del 2009
[5]
http://www.profeco.gob.mx/revista/publicaciones/otras_pub/ahorroluz, Mayo 2009
SISTEMA PARA REDUCIR ENERGÍA MEDIANTE EL CONTROL DE
TEMPERATURA EN CASAS HABITACIÓN
Por
Itzél López Hernández
Daniel Zúñiga Castro
Presentado al comité revisor del Instituto de Ingeniería y Tecnología de
La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
para obtener el título de
INGENIERO EN SISTEMAS DIGITALES Y COMUNICACIONES
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ
Mayo 2010
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ
Instituto de Ingeniería y Tecnología
EVALUACiÓN' DE EXAMEN
Fecha: 27 de Mayo del 2010
Horario: 09:00 - 11 :00 HRS.
PROFESIONAL INTRACURRICULAR
NIVEL: LICENCIATURA
TEMA:
lIReducción de energía mediante el control de ventilación en
casas habitación"
La evaluación del examen profesional intracurricular consta de 4 partes:
(Desarrollado en 1 hora)
1°._
2°._
3°._
4°._
Exposición por parte de los alumnos (máximo 20 minutos).
Réplica por parte del jurado.
Comentarios y/o recomendaciones.
Entrega de resultados.
Nombre del alumno: Daniel Zúñiga Castro
Calificación Maestro de la materia (30%)
Calificación Director de Trabajo (40%)
24
Calificación del Jurado (30%)
TOTAL
Se recomienda que el documento se deposite para consulta en la BIBLIOTECA
SiD
NoD
Director de Trabajo
Jurado
)
Coordinad~aMateria
"Proy.eeT~ Titu
FIRMADO EN ORIGINAL
Dr. Robert
A
ción"
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ
Instituto de Ingeniería y Tecnología
EV ALUAClÓN DE EXAMEN
Fecha: 27 de Mayo del 2010
Horario: 09:00 - 11 :00 HRS.
PROFESIONAL INTRACURRICULAR
NIVEL: LICENCIATURA
TEMA:
"Reducción de energía mediante el control de ventilación en
casas habitación"
La evaluación del examen profesional intracurricular consta de 4 partes:
(Desarrollado en 1 hora)
1°._
2°._
3°._
4°._
Exposición por parte de los alumnos (máximo 20 minutos).
Réplica por parte del jurado.
Comentarios y/o recomendaciones.
Entrega de resultados.
Nombre del alumno: Itzellópez Hernández
Calificación Maestro de la materia (30%)
4
34
Calificación Director de Trabajo (40%)
Calificación del Jurado (30%)
TOTAL
Se recomienda que el documento se deposite para consulta en la BIBLIOTECA
Si D
NoD
Director de Trabajo
Jurado
Coordinador de la Materia
"Proyect
"tulación"
FIRMADO EN ORIGINAL
SISTEMA PARA REDUCIR ENERGÍA MEDIANTE EL CONTROL DE
TEMPERATURA EN CASAS HABITACIÓN
Los miembros del comité revisor que aprobaron el proyecto
de titulación de: nombre del (os) alumno (s)
José Mireles Jr. García
___________________________________________
Roberto Ambrosio Lázaro
___________________________________________
Ernesto Sifuentes de la Hoya
___________________________________________
ii
Declaratoria de Originalidad
Nosotros Itzel López Hernández y Daniel Zúñiga Castro, declaramos que el material
contenido en este documento es original y no ha sido copiado de ninguna otra fuente, ni
ha sido usado para obtener otro título o reconocimiento en ésta u otra institución de
educación superior.
__________________________
Itzel López Hernández
__________________________
Daniel Zúñiga Castro
iii
AGRADECIMIENTOS
Deseo expresar mi gratitud al Dr José Mireles Jr. García por permítirnos trabajar con este
proyecto del cual el tuvo la idea y en especial manera al Ing. Raúl Rubio Reyes quién fue
un gran apoyo durante este trabajo aportando sus conocimientos y experiencia, también
agradezco a mis amigos por animarme en cada momento y a mi compañero de proyecto por
su trabajo y esfuerzo.
Deseo dedicar todos mis logros incluyendo primeramente a Dios quien me ha dado la
capacidad para esta vocación, a mis padres quienes son la fuente de mi inspiración y a mis
hermanos que me brindaron su apoyo incondicional durante toda la carrera.
Itzel López Hernández.
Quiero agradecer a mis padres y hermanos por darme su apoyo durante toda mi carrera, en
especial a mi madre Martha Elizabeth Castro Blanco, también quiero agradecer a Dr. José
Mireles Jr. García por confiar en nosotros para realizar este proyecto y por toda su ayuda, y
un agradecimiento muy especial a mi compañera de proyecto Itzél López Hernández por
confiar en mí y por todo su apoyo, además de haber sido durante el proceso de nuestro
proyecto como una maestra para mí.
Dedico este proyecto a mis padres y hermanos y principalmente a las tres personas más
importantes de mi vida, a mi madre Martha Elizabeth Castro Blanco, a mi esposa Alejandra
Correa Luna y a mi hijo Santiago Zúñiga Correa porque ellos han sido una gran motivación
para mí.
Daniel Zúñiga Castro.
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura
Página
Figura 3.1 Encapsulado DIP del PIC16F84A. ......................................................................10
Figura 3.2 Diagrama de pins del PIC16F84A.......................................................................11
Figura 3.3 Encapsulado DIP del PIC16F877A. ....................................................................12
Figura 3.4 Sensor de temperatura LM35 encapsulado plástico visto por abajo. ..................15
Figura 3.5 Sensor de temperatura LM35 conexión típica.....................................................16
Figura 3.6 Transmisor TWS-434A. ......................................................................................17
Figura 3.7 Receptor RWS-434..............................................................................................17
Figura 3.8 Ejemplo de codificación [9]. ...............................................................................18
Figura 3.9 Formato de un cero..............................................................................................18
Figura 3.10 Formato de un uno.............................................................................................19
Figura 3.11 Resolución de un ADC......................................................................................20
Figura 4.1 Diagrama de bloques del sistema. .......................................................................22
Figura 4.2 Resultado de la prueba en una casa con calefacción sin activar ventilador. .......23
Figura 4.3 Resultado de la prueba en una casa con calefacción activando ventilador. ........23
Figura 4.4 Comportamiento de la temperatura en habitación con calefacción.....................24
Figura 4.5 Conexión del transmisor......................................................................................25
Figura 4.6 Conexión de prueba para el transmisor. ..............................................................25
Figura 4.7 Conexión del circuito de prueba funcionamiento AT89S52. ..............................26
Figura 4.8 Conexión del circuito de prueba AT89S52- LCD...............................................27
Figura 4.9 Conexióen de circuito de prueba para optoacoplador y TRIAC. ........................28
v
Figura 4.10 Conexión del circuito para probar el PIC16F84A.............................................29
Figura 4.11 Conexión de PIC16F84A y sensor I2C. ............................................................30
Figura 4.12 Conexión de PIC16F877A y sensor I2C. ..........................................................30
Figura 4.13 Conexión de circuito para probar sensor TCN75. ............................................31
Figura 4.14 Diagrama del programa transmisor ...................................................................33
Figura 4.15 Subrutina Undec. ...............................................................................................34
Figura 4.16 Subrutina Aumenta............................................................................................35
Figura 4.17 Subrutina Disminuye. ........................................................................................36
Figura 4.18 Subrutina Acciona. ............................................................................................37
Figura 4.19 Construcción de circuito de interfaz de usuario. ...............................................37
Figura 4.20 Diagrama de Flujo para el receptor. ..................................................................39
Figura 4.21 Diagrama de Flujo del Sistema. ........................................................................40
Figura 4.22 Conexión del Transmisor TWS-434A al Decodificador. ..................................41
Figura 4.23 Conexión del Receptor Rws-434 al Decodificador RWS-434. .........................42
Figura 4.24 Circuito Transmisor en protoboard. ..................................................................43
Figura 4.25 Circuito transmisor con antena..........................................................................43
Figura 4.26 Circuito transmisor mostrando dato a enviar. ...................................................44
Figura 4.27 Circuito receptor en protoboard. .......................................................................44
Figura 4.28 Circuito receptor mostrando dato recibido del TWS-434. ................................45
Figura 4.29 Lectura de LM35 y salida digital. .....................................................................45
Figura 5.1 Diagrama de la Etapa Transmisora. ....................................................................47
Figura 5.2 Circuito en protoboard de la interfaz de usuario. ................................................48
Figura 5.3 Circuito interfaz de usuario con transmisor en protoboard .................................48
vi
Figura 5.4 Diagrama de conexión etapa receptora. ..............................................................50
Figura 5.5 Circuito receptor para activación de ventilador ..................................................51
Figura A Circuito transmisor reducido .................................................................................53
Figura B Circuito receptor reducido .....................................................................................53
vii
LISTA DE TABLAS
Tabla
Página
Tabla 3.1 Descripción la función de cada una de las terminales. ........................................ 11
Tabla 3.2 Descripción las características del PIC16F877A. ................................................ 12
Tabla 3.3 Descripción de pins del sensor digital TCN75..................................................... 13
Tabla 3.4 Descripción de los registros del sensor digital TCN75........................................ 14
viii
Indice
Declaratoria de Originalidad ................................................................................................. iii
AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iv
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................ v
LISTA DE TABLAS .......................................................................................................... viii
INTRODUCCION ................................................................................................................. 1
Introducción a la Problemática .............................................................................................. 3
2.1 Objetivo general........................................................................................................ 4
2.2 Planteamiento del Problema Técnico ....................................................................... 4
2.3 Justificación .............................................................................................................. 4
2.4 Delimitación.............................................................................................................. 5
CAPITULO 3 ......................................................................................................................... 6
Marco Teórico........................................................................................................................ 6
3.1 Conceptos.................................................................................................................. 6
3.1.1 Ahorro de Energía .............................................................................................. 6
3.1.2 Clima Artificial .................................................................................................. 6
3.1.3 Aire Acondicionado ........................................................................................... 6
3.1.4 Calefacción......................................................................................................... 7
3.1.5 Homogenización de Temperatura ...................................................................... 7
3.1.6 Ventilador de Techo........................................................................................... 8
3.1.7 Radiofrecuencia (RF) ......................................................................................... 8
ix
3.1.8 Transmisión Digital........................................................................................... 9
3.1.9 Receptor de Comunicaciones............................................................................. 9
3.2 Microcontrolador ...................................................................................................... 9
3.2.1 Microcontrolador AT89S52 ............................................................................... 9
3.2.2 Microcontrolador PIC16F84A ........................................................................... 9
3.2.3 Microcontrolador PIC16F877A ....................................................................... 12
3.3 Sensor de Temperatura Serial TCN75 .................................................................... 13
3.4 Optoacoplador......................................................................................................... 14
3.5 TRIAC .................................................................................................................... 14
3.6 Sensor de Temperatura ........................................................................................... 15
3.6.1 Sensor de Temperatura LM35.......................................................................... 15
3.7 Pantalla de Cristal Líquido (Liquid Crystal Display LCD) .................................... 16
3.8 Módulo receptor RWS-434 y trasmisor TWS-434 ................................................. 16
3.9 Codificador CIP-8E ................................................................................................ 17
3.10 Decodificador CIP-8D .......................................................................................... 19
3.11 Convertidor Análogo Digital (ADC) .................................................................... 19
Desarrollo del Prototipo ....................................................................................................... 21
4.1 Análisis de material ................................................................................................ 24
4.1.1 Comunicación Inalámbrica .............................................................................. 24
4.1.2 Componentes para Interfaz con el Usuario ...................................................... 26
4.1.3 Activación de Alimentación de Corriente Alterna con Señal Digital .............. 27
x
4.1.4 Control de Activación del Ventilador .............................................................. 28
4.1.5 Funcionamiento del Sensor TCN75 ................................................................. 29
4.1.7 Resultado del Análisis...................................................................................... 31
4.2 Implementación del Proyecto. ................................................................................ 31
4.2.1 Interfaz con el usuario...................................................................................... 31
4.3 Programa para funcionamiento del circuito receptor.............................................. 38
4.4 Prueba del transmisor TWS-434A.......................................................................... 41
4.5 Prueba del Receptor RWS-434 ............................................................................... 41
Resultados ............................................................................................................................ 46
5.1 Etapa transmisora.................................................................................................... 46
5.2 Etapa receptora ....................................................................................................... 48
APÉNDICE A ...................................................................................................................... 54
APENDICE B ...................................................................................................................... 61
APENDICE C ...................................................................................................................... 70
Referencias.................................................................................................................... 91
xi
CAPITULO I
INTRODUCCION
El propósito de este sistema es ayudar a las personas a tener un ahorro considerable de
energía en las casas habitación y en el pago de servicios, ya sea de luz o gas. En la
actualidad el pago de estos servicios es elevado en periodo de verano e invierno ya que las
casas habitación consumen mayor energía para tener un ambiente agradable dentro de los
hogares. En verano por ejemplo el aire acondicionado dura una gran parte del día
encendido, de igual manera, en la estación de invierno la unidad de calefacción dura mucho
tiempo funcionando.
Para el caso de invierno, los aparatos de clima artificial consumen más energía de la
necesaria debido a que el aire que sale de los ductos no se distribuye de manera uniforme,
ya que gran parte de aire caliente se mantiene en la parte superior de las habitaciones. En
este proyecto se pretende elaborar un sistema que permita homogenizar la temperatura en
habitaciones que ya cuenten con aire y/o calefacción instalada, mediante el control de la
recirculación del aire. El sistema consiste en controlar el accionamiento de un ventilador de
techo el cual será activado por medio de un dispositivo con comunicación inalámbrica (por
Radiofrecuencia).
Específicamente, se desarrollará un circuito receptor con sensor de temperatura e interface
de comunicación para activar con una señal digital la corriente alterna del ventilador. El
sistema de control utilizará un microcontrolador AT89S52 programado para mostrar
mensajes en un LCD los cuales proveerán al usuario la forma de seleccionar la temperatura
deseada. El programa del microcontrolador también tendrá código de funcionamiento por
1
medio de unos botones con los que el usuario podrá hacer uso de este control, y por último
un transmisor permitirá enviar la señal al circuito receptor del ventilador.
2
CAPITULO 2
Introducción a la Problemática
En la actualidad las personas que cuentan con aparatos de clima artificial instalados en su
casa pagan a la compañía de luz, y a las compañías de gas grandes cantidades de dinero,
debido al gasto de energía que representa tener un ambiente controlado de temperatura en
sus casas.
El ahorro de energía es muy importante en la actualidad, principalmente para cuidar nuestro
medio ambiente y al mismo tiempo para cuidar nuestra economía. En las casas habitación
aun cuando cuentan con clima artificial la temperatura no se distribuye de manera
uniforme, ya que se mantiene una diferencia entre la parte baja de la habitación y la parte
alta, esto provoca que la temperatura deseada no se alcance con rapidez y que se consuma
mucha energía. Con un sistema que permita homogenizar la temperatura en las casas
habitación, es posible el ahorro de algunos servicios con los que cuentan los hogares como
son la luz y el gas.
Un principio esencial para el ahorro de energía consiste en conocer cómo funcionan los
equipos y aparatos en el hogar, los diferentes tipos de energía que consumen y el distinto
aprovechamiento que podemos obtener de ellos.
3
Es importantísimo tener en cuenta la trascendencia y la complejidad que hoy en día supone
el consumo de energía en el interior de los hogares por lo que es necesario hacer un buen
uso de esta energía y utilizarla con la mayor eficiencia.
2.1 Objetivo general
El objetivo general de este proyecto es utilizar un sistema con sensores, actuadores,
microcontroladores y comunicación RF para controlar el accionamiento de un ventilador de
techo para con ello homogenizar la temperatura de habitaciones, para así lograr un
ambiente de mayor confort y también ahorrar energía.
2.2 Planteamiento del Problema Técnico
Desarrollar un circuito transmisor que permita controlar de manera inalámbrica el
funcionamiento de un ventilador de techo, y que permita variar por medio de una interfaz
con el usuario los límites de la temperatura que se desea en la habitación donde esté
instalado el ventilador. De esta forma, un circuito receptor localizado en el ventilador
accionará éste mediante una comparación de la temperatura recibida del circuito transmisor
y la temperatura leída por un sensor localizado también en el ventilador, una vez hecha esta
comparación se tomará la decisión por el circuito receptor de activar o no la alimentación
del ventilador para así distribuir el aire y homogenizar la temperatura en la habitación.
2.3 Justificación
Actualmente en temperaturas extremas la pérdida de energía en casas habitación es grande,
Cuando encendemos nuestra calefacción, el aire caliente tiende a subir debido a que este es
más ligero que el aire frío y por ello la temperatura es más alta en la parte superior de una
habitación con respecto a las partes bajas.
Se pretende a través de este proyecto desarrollar una propuesta para reducir las pérdidas de
energía al homogenizar el ambiente por medio de un ventilador que distribuya el aire de
manera uniforme en las casas habitación.
4
2.4 Delimitación
Se utilizarán componentes de bajo costo para elaborar el proyecto lo cual permitirá mostrar
el funcionamiento del sistema. (La circuitería podría ocupar menos espacio con
componentes más sofisticados y de mayor costo lo cual permitiría obtener un producto más
comercializable).
El diseño del proyecto se limita a desarrollar un prototipo para controlar un ventilador con
opción a expandir el número de ventiladores para diferentes habitaciones.
5
CAPITULO 3
Marco Teórico
3.1 Conceptos
3.1.1 Ahorro de Energía
El ahorro de energía se refiere a hacer un uso eficiente de la energía evitando
desperdiciarla. En el proceso de producción de energía eléctrica se queman combustibles
fósiles que afectan directamente al medio ambiente, uno de los fenómenos que se presenta
por la quema de combustibles fósiles es el efecto invernadero en el cuál los rayos solares
quedan atrapados en la atmósfera terrestre provocando un calentamiento en nuestro planeta
y generando cambios climatológicos importantes en el mismo. Al crear sistemas que
permitan ahorrar energía se está contribuyendo al cuidado de nuestro medio ambiente.
3.1.2 Clima Artificial
La función de los sistemas de clima artificial para una casa habitación es mantener un
ambiente agradable ya que así se puede realizar las tareas en el hogar o descansar sin
preocuparse del clima exterior. Una desventaja del clima artificial es que para gozar de sus
beneficios se paga un precio alto en recibos de luz y gas, además se afecta al medio
ambiente.
3.1.3 Aire Acondicionado
El mecanismo de un aire acondicionado (refrigeración) para casa habitación tiene tres
elementos principales: un compresor, un condensador y un evaporador, por medio de los
cuales realiza una operación de intercambio de calor que permite el enfriamiento de la
habitación. Los aparatos de aire acondicionado utilizan un gas el cual entra al compresor y
6
sale como aire caliente que fluye hacia un condensador, cuando el aire sale condensado
baja su temperatura y por la presión cambia a estado líquido, al llegar al evaporador el
líquido se convierte de nuevo en gas. Cuando el líquido va cambiando a gas y se evapora,
extrae calor del aire que lo rodea lo que lo ayuda a pasar al estado gaseoso, al salir del
evaporador es un gas frío a baja presión, luego vuelve al compresor para repetir el proceso.
Un ventilador conectado al evaporador mueve el aire que circula en el interior de la
habitación, el aire caliente es más ligero que el aire frío por lo que el aire caliente se
concentra en la parte superior de la habitación. El aire caliente se utiliza para enfriar el gas
en el evaporador. A medida que el calor se va extrayendo del aire que hay en la habitación,
éste se va enfriando y se devuelve a la habitación hasta que llega a la temperatura deseada.
3.1.4 Calefacción
Algunos sistemas de calefacción funcionan como el de aire acondicionado, este tipo de
calefacción tiene como su elemento más importante una bomba de calor.
En el proceso de funcionamiento, la bomba de calor toma el aire del exterior de la
habitación el cuál esta a baja temperatura en tiempo de frío, luego la bomba comprime el
aire haciendo que su temperatura suba, posteriormente el calor se libera hacia el interior de
la habitación como aire caliente. El aire es un gas y por sus propiedades químicas al
calentarse se hace más ligero, esto hace que se mantenga en la parte alta de la habitación.
3.1.5 Homogenización de Temperatura
Como ya hemos visto la calefacción y el aire acondicionado liberan una cantidad de aire
hacia el interior de la habitación donde se encuentran instalados para proporcionarnos un
ambiente agradable en tiempo de frío o calor, la temperatura en las habitaciones no se
distribuye de manera homogénea porque como ya hemos mencionado, el aire al aumentar
de temperatura disminuye su densidad, lo cual hace que suba, de manera que la habitación
es más caliente en la parte superior.
7
Con la ayuda de un ventilador de techo se puede homogenizar la temperatura, ya que éste al
girar permite que el aire circule hacia el suelo, distribuyéndolo por la habitación.
3.1.6 Ventilador de Techo
El uso de ventiladores de techo aumenta el confort térmico en las habitaciones y no gasta
mucha energía. La función de un ventilador de techo para casa habitación es la de mover el
aire que circula dentro de la habitación
con dirección hacia el suelo. Se compone
principalmente de un motor y cuatro o seis aspas.
3.1.7 Radiofrecuencia (RF)
Cuando la corriente alterna es alimentada a una antena, entonces se genera un campo
electromagnético también llamado onda de radio el cual es adecuado para transmisión de
datos de modo inalámbrico.
RF es una transmisión inalámbrica de datos por medio de señales análogas/digitales en una
frecuencia en particular
Muchos dispositivos inalámbricos hacen uso de tecnología RF como el teléfono celular,
radio, televisión, comunicaciones satelitales.
La longitud de onda de un campo RF es inversamente proporcional a la frecuencia.
λ=c/f
c = 3x10 pow(8) = velocidad de la luz (metros por segundo)
f = Frecuencia de recepción (Hertz)
λ = Longitud de onda (metros)
Las ondas electromagnéticas conocidas como ondas de radio se propagan a una velocidad
de 3x108 m/s en línea recta.
Una señal de RF está comprendida entre los 30KHz y los 300 GHz.
8
3.1.8 Transmisión Digital
Es la transmisión de señales digitales (binarias o pulsos digitales de valores discretos) entre
dos o más sistemas de comunicaciones.
3.1.9 Receptor de Comunicaciones
El receptor de comunicaciones es un dispositivo que recibe la señal transmitida, la
decodifica y la presenta en forma reconocible, tiene la tarea de obtener la información que
se le transmite y debe ser capaz de seleccionar la señal correcta, así como suministrar una
amplificación suficiente para recuperar la señal modulada.
3.2 Microcontrolador
Un micorcontrolador es un circuito integrado diseñado especialmente para controlar
sistemas electrónicos, que consta de todos los elementos de una computadora, como
memoria de programa, memoria RAM, memoria EEPROM y puertos de entrada y salida.
Elementos generales de los microcontroladores:
-
Entrada para voltaje de alimentación entre +2.5v y +6v
-
Reloj. Se implementa con un cristal y dos capacitores, algunos microcontroladores
cuentan con reloj interno.
-
Temporizadores. Son contadores que se activan con una señal de reloj interna o
externa.
3.2.1 Microcontrolador AT89S52
El microcontrolador El AT89S52 es un microordenador de 8 bits de baja potencia, de alto
rendimiento del CMOS. El dispositivo es manufacturado usando tecnología de memoria
permanente de alta densidad de ATMEL.
3.2.2 Microcontrolador PIC16F84A
Debido a su facilidad de uso y a sus múltiples aplicaciones, el PIC16F84A es uno de los
microcontroladores más utilizados en la actualidad para realizar proyectos sencillos. Este
9
microcontrolador puede trabajar con una frecuencia máxima de 10 MHz y se alimenta con
5 volts. Se comunica por medio de los puertos A y B que trabajan entre 0 y 5 volts, los
cuales se pueden usar como entradas para recibir datos y salidas para manipular
dispositivos externos. El puerto A consta de 5 líneas que van de los pines RA0 a RA4,
mientras que el puerto B puede trabajar con 8 líneas que van del RB0 a RB7. En el PIC
16F84A la memoria almacena el programa el cual contiene todas las instrucciones
necesarias, para poder manipular el microcontrolador y poder realizar la tarea asignada.
El microcontrolador PIC16F84 (Circuito Integrado Programable), está basado en memoria
EEPROM o FLASH de 8 bits, desarrollado por Microchip Technology utilizando
tecnología CMOS, el PIC16F84A se fabrica en dos tipos de encapsulación, SOIC (Montaje
superficial) utilizado en circuitos muy complejos y el DIP (Versión convencional) es de un
mayor tamaño pero de menor costo.
Figura 3.1 Encapsulado DIP del PIC16F84A.
El microcontrolador integra la siguiente estructura, CPU, RAM, ROM y puertos de entrada
y salida. Siendo de alta velocidad y de un bajo costo, es ampliamente utilizado en una gran
cantidad de funciones.
Distribución y función de terminales
El encapsulado DIP de 18 terminales es muy económico. El PIC16F84 es uno de los
microcontroladores más utilizados en la actualidad, debido a sus múltiples aplicaciones y
facilidad de uso.
10
Figura 3.2 Diagrama de pins del PIC16F84A.
Tabla 1Tabla
3.1 Descripción la función de cada una de las terminales.
No.
Terminal
NOMBRE
TIPO
DESCRIPCION
1
RA2
I/O
Línea bidireccional del puerto A.
2
RA3
I/O
Línea bidireccional del puerto A.
3
RA4/TOCKI
I/O
4
MCLR
I/P
5
Vss
6
RBO/INT
I/O
Puerto B bidireccional o interrupción externa.
7
RB1
I/O
Línea bidireccional del puerto B o interrupción.
8
RB2
I/O
Línea bidireccional del puerto B o interrupción.
9
RB3
I/O
Línea bidireccional del puerto B o interrupción.
10
RB4
I/O
Línea bidireccional del puerto B o interrupción.
11
RB5
I/O
Línea bidireccional del puerto B o interrupción.
12
RB6
I/O
Línea bidireccional del puerto B o interrupción.
13
RB7
I/O
Línea bidireccional del puerto B o interrupción.
14
15
Vdd
OSC2/CLKOU
T
OSC1/CLKIN
Línea bidireccional del puerto A, o entrada de reloj
16
P
para el TMR0.
Reset/Entrada del voltaje de programación.
(GND).
Alimentación.
P
O
Salida del oscilador a cristal.
I
Entrada del oscilador a cristal o entrada de la fuente
de reloj externa.
17
RA0
I/O
Línea bidireccional del puerto A.
11
18
RA1
I/O
Línea bidireccional del puerto A.
3.2.3 Microcontrolador PIC16F877A
Este microcontrolador también tiene características similares a las del PIC16F84A pero
tiene más puertos y más funciones que nos permiten tener menos conexiones en hardware.
El encapsulado DIP es de 40 terminales. El PIC16F877A tiene varias funciones entre ellas
convertidor analógico digital, timers y manejo de I2C.
Figura 3.3 Encapsulado DIP del PIC16F877A.
Tabla 2Tabla 3.2
Descripción las características del PIC16F877A.
Característica
PIC16F877A
Frecuencia de operación
Resets(y retardos)
Memoria Flash de programa
Memoria de datos(Bytes)
Memoria de datos EEPROM
(bytes)
Interrupciones
Puertos I/O
Timers
Modulo
12
DC-20 MHZ
POR, BOR
(PWRT, OST)
8K
368
256
15
Puerto A,B,C,D,E
3
2
Comparación/Captura/PWM
Comunicaciones seriales
Comunicaciones Paralelas
Modulo de 10 bits análogodigital
Total de Instrucciones
Tipo de encapsulado
MSSP, USART
PSP
8 canales de entrada
35 instrucciones
40-pin PDIP
44-pin PLCC
44-pin TQFP
44-pin QFN
3.3 Sensor de Temperatura Serial TCN75
El TCN75 de Microchip es un sensor de temperatura programable serialmente (I2C) que
además puede notificar al procesador controlador cuándo la temperatura ambiente excede
el valor de set point programado por el usuario. Esta notificación la realiza a través del pin
de salida INT/CMPTR el cual puede ser programado como un simple comparador para
operación como termostato o como una interrupción por evento de temperatura. La
histéresis también puede ser programada. La comunicación con el TCN75 es realizada vía
un bus de 2 hilos que es compatible con el protocolo estándar de la industria. Este permite
leer la temperatura actual, programar el set point y la histéresis y configurar el dispositivo.
Este sensor trabaja en el rango de –55 ºC a +125 ºC con precisión de 0.5 ºC, viene
normalmente en encapsulado SOIC de 8 pines y existen modelos para trabajar con voltajes
de 3.3 y 5 volt.
Tabla 3Tabla 3.3
Descripción de pins del sensor digital TCN75.
Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
Símbolo
SDA
SCL
INT/CMPTR
GND
A2
A1
A0
VDD
13
Función
Datos seriales Bi-direccional
Entrada de reloj bus serial
Salida interrupción o comparador
Común
Pin Selección Dirección (MSB)
Pin Selección Dirección
Pin Selección Dirección (LSB)
Entrada fuente de poder
Tabla 4Tabla 3.4
Descripción de los registros del sensor digital TCN75.
Nombre
TEMP
Descripción
Temperatura
ambiente
Ancho
Lectura
Escritura
16
X
X
TSET
Temperatura Set
point
16
X
X
THYST
Temperatura
Hysteresis
16
X
X
POINT
Apuntador de
Registros
Registro de
Configuración
8
X
X
8
X
X
CONFIG
Notas
Formato
Complemento a
2
Formato
Complemento a
2
Formato
Complemento a
2
Registro Temperatura (TEMP), 16 bits, sólo lectura
D15
D14 D13 D12 D11 D10 D9
MSB D7
D6
D5
D4
D3
D2
D8
D7
D6
D1
LSB X
D5
D4
D3
D2
D1
D0
X
X
X
X
X
X
D5
D4
D3
D2
D1
D0
X
X
X
X
X
X
D5
D4
D3
D2
D1
D0
X
X
X
X
X
X
Registro Temperatura Set Point (TSET), 16 bits, Lectura/escritura
D15
D14 D13 D12 D11 D10 D9
MSB D7
D6
D5
D4
D3
D2
D8
D7
D6
D1
LSB X
Registro Hysteresis (THYST), 16 bits, Lectura/escritura
D15
D14 D13 D12 D11 D10 D9
MSB D7
D6
D5
D4
D3
D2
D8
D7
D6
D1
LSB X
3.4 Optoacoplador
Un optoacoplador es un dispositivo de emisión y recepción de luz que funciona como un
interruptor. Consiste en un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es
óptica. Se utiliza cuando se va a conectar corriente alterna y circuitos de bajo voltaje.
3.5 TRIAC
El TRIAC es parecido a un DIAC, el DIAC es una combinación paralela inversa de dos
terminales de capas de semiconductor que permite el disparo de tensión en cualquier
14
dirección, pero el TRIAC tiene además una compuerta de control en la cual se aplica una
señal de voltaje. Se utiliza para controlar el paso de corriente alterna.
3.6 Sensor de Temperatura
Un sensor es un dispositivo que a partir de la energía del medio donde se mide, da una
señal de salida transducible que es función de la variable medida, es decir toma una señal
del medio físico y la convierte a una señal de voltaje, en este caso mide la temperatura del
ambiente.
3.6.1 Sensor de Temperatura LM35
El sensor de temperatura LM35 es análogo tiene tres pines de conexión, el primero para 5
volts, el segundo es la salida y el tercero va a tierra. Este sensor entrega en su salida 10mv
por grado centígrado y el rango de temperatura que puede leer va desde -155 grados hasta
+150 grados centígrados. La señal análoga se puede procesar y convertir a digital por
medio de un ADC.
Figura 3.4 Sensor de temperatura LM35 encapsulado plástico visto por abajo.
Hay varias formas de conectar este sensor análogo dependiendo el uso que queremos darle
en la hoja de datos se sugieren algunas opciones una de ellas se presenta en la figura(3.5).
15
Figura 3.5 Sensor de temperatura LM35 conexión típica.
3.7 Pantalla de Cristal Líquido (Liquid Crystal Display LCD)
Es una pantalla de cristal líquido para mostrar mensajes o cualquier carácter alfanumérico.
La pantalla tiene una matriz de caracteres de 5 x 7 puntos normalmente distribuidos de 1 a
4 líneas de 16 hasta 40 caracteres cada línea. Tiene integrado un microcontrolador Hitachi
44780 que lleva programado el proceso de visualización.
3.8 Módulo receptor RWS-434 y trasmisor TWS-434
El TWS-434A y RWS-434 son elementos excelentes en las aplicaciones que requieren
rangos cortos de Radiofrecuencia.
El TWS-434 es un módulo transmisor el cual tiene una potencia de salida de hasta 8 mW a
433.92 MHz, alcanzando distancias de aproximadamente 60 metros en espacios abiertos y
de 30 metros en espacios internos donde se tengan obstáculos.
El Transmisor TWS-434 acepta señales digitales de entrada, puede operar con una tensión
que va desde 1.5 Volts a 12 Volts-DC.
16
Figura 3.6 Transmisor TWS-434A.
El RWS-434 es un módulo receptor que funciona a una frecuencia de 433.92 MHz. El
receptor RWS-434 opera con una alimentación entre 4.5 y 5.5 Volts-DC, lo cual nos
permite un gran ahorro de energía.
Figura 3.7 Receptor RWS-434.
3.9 Codificador CIP-8E
Este codificador es un PIC16F687 programado para leer 8 bits de datos y codificarlos en un
paquete que se entrega por una sola línea de salida hacia un transmisor.
La razón de utilizar una codificación es porque al enviar la señal a través de radio
frecuencia el receptor debe reconocerla ya que hay varias señales que pueden llegar, sin
17
embargo solo una nos interesa descifrar. Un ejemplo de codificación puede hacerse como el
ejemplo de la figura (3.8).
Figura 3.8 Ejemplo de codificación [9].
En el paquete de desarrollo RFPIC de Microchip se presenta este tipo de codificación
utilizada para enviar por una sola línea de salida del RFPIC el siguiente formato con la
información a transmitir, que consta de cuatro partes las cuales se explican a continuación.
Preámbulo: que es un número determinado de pulsos, los cuales duran un tiempo definido.
Header: En el header la línea que está enviando la información se queda en nivel bajo por
una cantidad de tiempo definida.
Data: En esta parte se empiezan enviar los bits de datos.
Figura 3.9 Formato de un cero.
18
Figura 3.10 Formato de un uno.
Guard Time: Cuando se terminan de enviar datos la línea que está enviando la información
se pone a nivel bajo nuevamente como en el header pero dura un tiempo diferente a éste.
3.10 Decodificador CIP-8D
El decodificador CIP-8D es un PIC16F687 programado para descifrar el código que le
entrega el receptor RWS-434 en un pin de entrada y envía 8 bits con el dato recibido por un
puerto de salida.
Siguiendo el ejemplo de la figura (3.8) de la señal enviada por RF. El receptor para
reconocerla contara los pulsos verificando el tiempo de duración de cada parte del formato
de código. Así por ejemplo hasta que reciba la cantidad de pulsos esperada del preámbulo
iniciará a recibir la información, verificando todo el formato y si alguna parte no coincide
con lo que se espera vuelve a la espera del preámbulo correcto.
3.11 Convertidor Análogo Digital (ADC)
Un convertidor análogo digital consiste en un circuito electrónico que convierte una señal
de voltaje a una señal discreta o digital. La señal digital depende de cuantos bits sea el
convertidor así como de un voltaje de referencia conectado al circuito. Por ejemplo, un
ADC de 8 bits, puede tener 2n códigos digitales. En la figura (3.11) se representa la
resolución de una ADC de 8 bits.
19
Figura 3.11 Resolución de un ADC
20
CAPITULO 4
Desarrollo del Prototipo
El prototipo a desarrollar permitirá controlar un ventilador de techo el cual tendrá la
función de homogenizar la temperatura de una habitación y así generar un clima más
confortable.
El prototipo consta de dos etapas:
Etapa transmisora: Se utilizará un microcontrolador AT89S52 de ATMEL para lograr
una interfaz en donde el usuario pueda seleccionar la temperatura deseada por medio de
botones y visualizar el valor en un display, además se conectará a un puerto del
microcontrolador un codificador de datos que permita enviar la información proporcionada
por el usuario a un transmisor TWS-434A el cual realiza la transmisión por medio de
radiofrecuencia.
Etapa Receptora: El dato enviado será captado por el receptor RWS-434 al cual se
conectará un decodificador de 8 bits, el dato decodificado será leído por un
microcontrolador PIC que también tomará lectura de un sensor de temperatura y hará la
comparación de estos dos datos activando una salida si el dato leído por el sensor esta en el
rango programado para encender el ventilador.
21
En la siguiente figura (4.1) se describe el diagrama general del prototipo.
Figura 4.1 Diagrama de bloques del sistema.
Inicialmente se realizaron pruebas para determinar cómo podría ayudar un ventilador en la
homogenización de temperatura en espacios cerrados. A continuación se presentan las
figuras de los resultados obtenidos.
La primera prueba se realizó para conocer los cambios de temperatura utilizando la
calefacción en una casa habitación, las medidas se tomaron dentro de una recámara.
En la figura (4.2) se muestra que al encender la calefacción se va notando una diferencia de
temperatura entre la parte alta y la parte baja de la habitación, conforme avanza el tiempo
se pone mas caliente la parte superior mientras que casi no hay cambio en la parte baja.
22
35
30
25
20
temp inf
15
temp sup
10
5
0
0 min
3 min
4 min
5 min
6 min
8 min
10 min
Figura 4.2 Resultado de la prueba en una casa con calefacción sin activar ventilador.
En la figura (4.3) se muestran los resultados al encender la calefacción pero ahora también
encendiendo un ventilador de techo. Como podemos ver la temperatura se homogeniza rápidamente
y se mantiene muy similar en la parte superior y la parte inferior de la habitación.
30
25
20
temp inf
15
temp sup
10
5
0
0 min 1 min 3 min 4 min 5 min 6 min 8 min 9 min 10
min
Figura 4.3 Resultado de la prueba en una casa con calefacción activando ventilador.
En la segunda prueba se encendió la calefacción activando y desactivando el ventilador se observó
que al encender el ventilador la temperatura empezaba a homogenizarse y al apagar el ventilador no
tardaba mucho tiempo en notarse diferencia de temperatura en la parte inferior y superior.
23
En la figura (4.4) se pueden observar los resultados.
Figura 4.4 Comportamiento de la temperatura en habitación con calefacción.
4.1 Análisis de material
Para empezar el desarrollo del proyecto se instaló en una computadora software de
programación de microcontroladores y programas de simulación de circuitos así como las
hojas de datos de los componentes a utilizar. Con el fin de comprender el funcionamiento
de los dispositivos elegidos se realizaron las siguientes pruebas.
4.1.1 Comunicación Inalámbrica
Con el fin de utilizar comunicación inalámbrica RF se realizaron pruebas con los módulos
transmisor y receptor del paquete de desarrollo de Microchip “RFPIC Development Kit”.
Se programó el módulo transmisor con el archivo de prueba XMIT_DEMO.HEX
utilizando la tablilla PIC starter de Microchip (Figura 4.2).
24
Figura 4.5 Conexión del transmisor.
Se programó el PIC16F676 para funcionar con el módulo receptor con el programa
RCVR_DEMO.HEX (Figura 4.6).
Figura 4.6 Conexión de prueba para el transmisor.
Conectamos en el módulo transmisor a 5v, al presionar un botón en éste se enciende un
LED en la tablilla de programación PIC starter.
25
El transmisor funcionó correctamente a diferentes distancias del receptor en una habitación
chica.
Se programó el módulo transmisor con una prueba para enviar datos que funcionó
correctamente.
4.1.2 Componentes para Interfaz con el Usuario
Las siguientes pruebas se realizaron con el objetivo de verificar que nuestro
microcontrolador ATMEL funcionara sin problemas y posteriormente implementar su uso
para hacer una interfaz con el usuario del sistema de activación del ventilador, utilizando
este microcontrolador y una pantalla LCD con el cual también se hicieron las pruebas que a
continuación se muestran.
Se programó el microcontrolador AT89S52 con un código para rotar LEDs el cual funcionó
correctamente simulado (Figura 4.7) y armado en protoboard.
Figura 4.7 Conexión del circuito de prueba funcionamiento AT89S52.
Se elaboró y programó código para probar funcionamiento del LCD simulado (Figura 4.8)
y en protoboard.
26
Figura 4.8 Conexión del circuito de prueba AT89S52- LCD.
4.1.3 Activación de Alimentación de Corriente Alterna con Señal Digital
Para poder controlar un ventilador de techo con una señal digital es necesario utilizar un
optoacoplador y un TRIAC, ya que la señal digital es de 5 volts y el ventilador requiere de
un voltaje de corriente alterna de 110 volts por esta razón se hizo la prueba que a
continuación se presenta.
Se construyó circuito para activar el paso de corriente alterna con una señal digital
utilizando optoacoplador, TRIAC y un foco simulado (Figura 4.9) y armado en protoboard.
27
Figura 4.9 Conexión de circuito de prueba para optoacoplador y TRIAC.
4.1.4 Control de Activación del Ventilador
Un circuito con PIC controlará la señal digital de activación del ventilador por lo cual se
verificó que funcionara del PIC16F84A con el cual se realizaron pruebas posteriormente
con el sensor de temperatura.
Se programó el microcontrolador PIC16f84A con un código para prender dos LEDs
alternadamente el cual funcionó correctamente simulado (Figura 4.10) y armado en
protoboard.
28
Figura 4.10 Conexión del circuito para probar el PIC16F84A.
4.1.5 Funcionamiento del Sensor TCN75
Ya que uno de nuestros objetivos es controlar la temperatura de las casas habitación,
requerimos un sensor para este propósito. Las siguientes pruebas se realizaron con el fin de
comprobar el funcionamiento del sensor digital de temperatura TCN75.
Se elaboraron librerías con funciones de I2C para utilizar con el sensor TCN75 y PIC
Se programó el PIC16F877A para leer el sensor TCN75 por medio del protocolo I2C
Con el fin de revisar que microcontrolador funciona mejor para la aplicación se programó
el PIC16F84A para leer el sensor digital TCN75.
Se llevó a cabo la construcción de circuitos de prueba para cada uno de los PICs y así
determinar cual utilizaríamos.
29
Figura 4.11 Conexión de PIC16F84A y sensor I2C.
Figura 4.12 Conexión de PIC16F877A y sensor I2C.
30
En la figura (4.13) se muestra el circuito con un PIC16F84A que lee la temperatura del
sensor y lo muestra en los LEDs como dato binario de 8 bits.
Figura 4.13 Conexión de circuito para probar sensor TCN75.
4.1.7 Resultado del Análisis
El resultado de estas pruebas fue exitoso por lo que se procedió a realizar la
implementación del proyecto
4.2 Implementación del Proyecto.
A continuación se describirá el procedimiento que se llevó a cabo para desarrollar el
prototipo con descripción de los programas y diagramas de flujo.
4.2.1 Interfaz con el usuario
El primer programa implementado es para crear una interfaz con el usuario del sistema en
la etapa transmisora el cual cuenta con los siguientes elementos:
Un microcontrolador AT89S52 de ATMEL con un display LCD y cuatro botones, a
continuación se explica la función de este circuito.
El LCD muestra números y texto para permitir al usuario seleccionar la temperatura por
medio de los botones.
La función de los botones es permitir al usuario modificar la temperatura y enviar el dato al
receptor
31
Botón Cursor: Señala la posición del cursor para establecer valor del primer digito
00
o del segundo. 00
Botón Up: Sirve para ir subiendo el valor del digito donde esta posicionado el
cursor 02
Botón Down: Sirve para bajar el valor del digito donde esta posicionado el cursor
01
Botón Enter: Enviar dato en formato binario a un puerto del microcontrolador
Ejemplo: Si seleccionamos un 57 en pantalla, la salida es 111001 en un puerto.
El dato de salida se enviará por radiofrecuencia al circuito receptor donde se controla la
activación del ventilador.
A continuación se muestran los diagramas de flujo para realizar el programa del
funcionamiento de la interfaz con el usuario (Figura 4.14)
32
Inicio
Mostrar mensaje
en LCD
Checar Botones
Botón CURSOR
Presionado
Si
Subrutina UNDEC
No
Botón UP
presionado?
Si
Subrutina AUMENTA
No
Botón DOWN
presionado?
Si
Subrutina DISMINUYE
No
Botón ENTER
presionado?
Si
Subrutina ACCIONA
No
Checar Botones
Figura 4.14 Diagrama del programa transmisor
33
Checar
Botones
Figura 4.15 Subrutina Undec.
34
Checar Botones
No
CURSOR=DECENAS
Si
CURSOR 2do. renglón
columna 1
Mostrar posición del
CURSOR en LCD
Si
CURSOR segundo renglón
columna 1?
No
Revisar el rango de
Decenas de 0 a 9
Revisar el rango de
unidades de 0 a 9
Decenas = Decenas + 1
Unidades=Unidades + 1
Mostrar Decenas en Display
Mostrar Unidades en Display
Checar BOTONES
Figura 4.16 Subrutina Aumenta.
35
CURSOR 2do. renglón
columna 2
Checar Botones
No
CURSOR=DECENAS
Si
CURSOR 2do. renglón
columna 1
Mostrar posición del
CURSOR en LCD
Si
CURSOR segundo renglón
columna 1?
No
Revisar el rango de
Decenas de 0 a 9
Revisar el rango de
unidades de 0 a 9
Decenas = Decenas - 1
Unidades = Unidades - 1
Mostrar Decenas en display
Mostrar Unidades en display
Checar BOTONES
Figura 4.17 Subrutina Disminuye.
36
CURSOR 2do. renglón
columna 2
Checar Botones
Convertir ASCII del número
seleccionado por el usuario
a un número binario
Enviar a un puerto
de salida
Figura 4.18 Subrutina Acciona.
En la figura (4.19) se muestra el circuito para probar el funcionamiento de la interfaz de usuario.
Temperatura
seleccionada
Salida en
binario
BOTONES
.
Figura 4.19 Construcción de circuito de interfaz de usuario.
37
4.3 Programa para funcionamiento del circuito receptor
El programa que se implementa en el PIC16F877A es para permitir que conforme al dato
enviado por el usuario, se encienda el ventilador de techo conforme a la temperatura
deseada. El PIC tomará la lectura del sensor y leerá del decodificador el dato del usuario
haciendo comparaciones para activar o no el optoacoplador conectado a un pin de salida del
PIC.
En la figura (4.20) se presenta el diagrama de flujo para realizar el programa que controlará
la activación del ventilador en el circuito receptor.
38
Figura 4.20 Diagrama de Flujo para el receptor.
39
En la figura (4.21) se presenta el diagrama de todo el sistema.
Figura 4.21 Diagrama de Flujo del Sistema.
40
Para la comunicación inalámbrica por radiofrecuencia se realizaron pruebas con el paquete
de desarrollo RFPIC de microchip y el kit de comunicación TWS-434A /RWS-434, con el
fin de elegir los componentes más prácticos para la comunicación inalámbrica.
4.4 Prueba del transmisor TWS-434A
En la siguiente figura (Figura 4.22) se presenta el diagrama de conexión para probar el
funcionamiento del transmisor TWS-434A con su codificador de datos
Figura 4.22 Conexión del Transmisor TWS-434A al Decodificador.
4.5 Prueba del Receptor RWS-434
El receptor RWS-434 se probó con el diagrama de la figura (4.23) en la que se muestra
también en decodificador de datos y su respectiva antena.
41
Figura 4.23 Conexión del Receptor Rws-434 al Decodificador RWS-434.
El resultado de las pruebas mencionadas en los puntos (4.4) y (4.5) fue exitoso. Se hizo la
comparación entre el paquete de desarrollo de microchip y estos los módulos que son más
sencillos de utilizar, más prácticos y no son tan sensibles a estática y ruido por lo que
decidimos utilizar estos últimos para la comunicación inalámbrica.
En la figuras (4.24) y (4.25) se presenta la construcción del circuito transmisor que se
realizó para comprobar el funcionamiento de los componentes de comunicación RF.
42
Figura 4.24 Circuito Transmisor en protoboard.
Figura 4.25 Circuito transmisor con antena.
43
Figura 4.26 Circuito transmisor mostrando dato a enviar.
En la Figura (4.27) se muestra el funcionamiento del RWS-434 con el circuito receptor
verificando que el dato que fue enviado desde el TWS-434A (Figura 4.26).
Figura 4.27 Circuito receptor en protoboard.
44
Figura 4.28 Circuito receptor mostrando dato recibido del TWS-434.
4.6 Lectura del sensor LM35
Con el fin de probar el funcionamiento de éste sensor de temperatura se programó el PIC16F877A
para que tomara la lectura del LM35 por una entrada análoga y mostrara el dato obtenido en el
ADC(Convertidor Análogo Digital) interno de este PIC por un puerto de salida digital.
En la figura (4.29) se muestra la conexión.
Figura 4.29 Lectura de LM35 y salida digital.
45
Capitulo 5
Resultados
En este capítulo se explican los procedimientos de integración de todo el sistema. En base a
las pruebas de hardware y software realizadas se eligieron los componentes a utilizar en
nuestro sistema realizando algunos cambios de lo que se planteó en un inicio.
5.1 Etapa transmisora
Esta etapa consiste en la interfaz con el usuario y el envío de la temperatura seleccionada a
través de un transmisor que utiliza como medio de comunicación radiofrecuencia.
Uno de los cambios fue sustituir los módulos de transmisor y receptor de microchip RFPIC
por los módulos transmisor y receptor TWS-434A/ RWS-434 por ser éstos más prácticos y
sencillos de utilizar, además de contar con mejores antenas disminuyendo el riesgo de
interferencias.
A continuación se enlista los componentes principales de la etapa transmisora que incluye
la interfaz con el usuario y el envío de la información, el código del microcontrolador se
anexa en el Apéndice C por su extensión.
1 Microcontrolador AT89S52
1 LCD LM071L
4 Botones de pulsación
1 Codificador CIP-8E
1 Transmisor RF TWS-434A
1 Antena
En la figura (5.1) se muestra en diagrama de la etapa transmisora en el cual el usuario
puede elegir la temperatura deseada por medio de unos botones, un display LCD muestra
46
este valor el cual es procesado por el microcontrolador AT98S52 y enviado en formato
binario por un puerto de salida de 8 bits. Este puerto es conectado al Codificador CIP-8D,
el cual tiene la función de convertir los 8 bits de entrada en un paquete de datos que salen
por una sola línea hacia el transmisor TWS-434A.
Figura 5.1 Diagrama de la Etapa Transmisora.
47
En la figura (5.2) se presenta la fotografía del circuito armado que funcionó correctamente.
Figura 5.2 Circuito en protoboard de la interfaz de usuario.
Figura 5.3 Circuito interfaz de usuario con transmisor en protoboard
5.2 Etapa receptora
Esta etapa consiste en controlar la activación de alimentación del ventilador de techo según
la temperatura elegida por el usuario.
48
Los cambios realizados en el circuito receptor son los siguientes: se sustituyó el sensor
digital TCN75 por el sensor LM35 ya que consideramos que éste es un componente más
comercial y sencillo de aplicar aunque se hicieron pruebas con el sensor digital también
tiene la desventaja de ser sensible a la energía estática y de que si se llega a dañar no se
consigue de manera rápida.
Los componentes principales utilizados para la etapa receptora son los siguientes:
1 Módulo Receptor RWS-434
1 Antena
1 Decodificador CIP-8D
1 Sensor analógico LM35
1 PIC16F877A
1 Optoacoplador MOC3031
1 TRIAC MAC12D
1 Ventilador
En la figura (5.4) se presenta el diagrama de conexión de la etapa receptora
49
Figura 5.4 Diagrama de conexión etapa receptora.
La señal enviada del transmisor llega al Receptor RWS-434 y después sale hacia un
decodificador CIP-8D, este decodificador tiene la función contraria al codificador,
transforma el paquete de datos que viene del transmisor en 8 bits y estos salen hacia el
PIC16F877A, el microcontrolador compara los valores del decodificador con los del Sensor
LM35, y se activa el ventilador según el diagrama de flujo del receptor mostrado en el
capítulo 4 en la figura (4.20). El código de éste programa se anexa en el Apéndice C por su
extensión.
50
En la figura (5.5) se muestra el circuito receptor con sensor de temperatura y acoplamiento
para activar corriente alterna.
Figura 5.5 Circuito receptor para activación de ventilador
51
CONCLUSIONES.
En cuanto al desarrollo de este proyecto observamos que lo más importante es la planeación
y tomar en cuenta todas las ventajas e inconvenientes de los materiales que se vayan a
utilizar, así como tener opciones alternativas en caso de que un componente no cumpla con
las expectativas de los resultados que deseamos obtener. Por otra parte cuando elegimos los
componentes éstos deben ser fáciles de conseguir de modo que si se descompone
cualquiera de ellos se puedan reemplazar con rapidez ya que de lo contrario se pierde
mucho tiempo, también debemos revisar cuales componentes podemos adaptar mejor al
proyecto, además de que podamos implementarlos en dentro del tiempo límite que tenemos.
En cuanto a los resultados obtenidos cubrimos una parte importante del desarrollo e
implementación, pero por cuestiones de tiempo y cambio de componentes no llegamos a la
parte de instalación del sistema ya en forma de dispositivo terminado.
Entre las mejoras que se pueden realizar consideramos las siguientes:
-
Implementar este sistema para aire acondicionado y no solo para calefacción
-
Que el control remoto se pueda extender hacia todas las áreas de una casa
habitación funcionando para los ventiladores que se desee.
-
Diseñar las cajas que contengan los circuitos.
-
Añadir a la programación el control de la velocidad y el sentido en el que giran las
aspas del ventilador.
-
Reducir el tamaño de los circuitos.
El tamaño de los circuitos podría reducirse a la mitad o menos, en la parte del circuito
transmisor podemos utilizar un PIC16F684 de dos puertos con oscilador interno, también
podemos eliminar el codificador programando la codificación en el mismo PIC ya que solo
se requiere de una línea de salida para pasar la información al transmisor. El circuito
transmisor quedaría como se muestra en la figura (A).
El circuito receptor podría utilizar un PIC12F675 de 8 pins con oscilador interno ya que
también cuenta con ADC, además se puede programar la decodificación en este PIC
eliminando el uso del decodificador. El circuito receptor quedaría como se muestra en la
figura (B).
52
Figura A Circuito transmisor reducido.
Figura B Circuito receptor reducido.
53
APÉNDICE A
HOJAS DE DATOS DEL CIRCUITO TRANSMISOR
54
55
56
57
LIQUID CRYSTAL DISPLAY (LCD)
58
59
60
APENDICE B
HOJAS DE DATOS DE CIRCUITO RECEPTOR
61
62
63
64
65
66
67
68
69
APENDICE C
CODIGOS DE PROGRAMACION
;CODIGO PARA MICROCONTROLADOR AT89S52
;************************************************************
;*
LCD BOTONES up down, salida puerto
;*
*
;* PROYECTO
*
;* ITZEL LOPEZ HERNANDEZ
*
;* DANIEL ZUÑIGA CASTRO
;************************************************************
;---- Constantes para manejo del timer --------------------cero
equ 1
; Sin Multiplicador
cinco equ 5
; 1/4 de Segundo
diez
; 1/2 Segundo
equ 10
veinte equ 20
; 1 Segundo
;----- LCD -------------------------------------------------EN EQU P3.7
RS EQU P3.6
RW EQU P3.5
;-------------------------BOTONES UP DOWN-------------------UP
EQU P3.0
;AUMENTAR TEMPERATURA DE ACTIVACION
DOWN EQU P3.1
;DISMINUIR TEMPERATURA DE ACTIVACION
ENTER EQU P3.2
;ENTER , PARA ENVIAR SEÑAL PARA TRANSMISOR
CURSOR EQU P3.3
;MOVIMIENTO DEL CURSOR
;
;POSLCDR1 EQU 80H
09/02/10
;POSLCDR2 EQU 0C0H
09/02/10
;
;-----------------------------------------------------------ORG 00h
; Vector de Reset
MOV SP,#30H
;Configura:
09/02/10
;-------------- Configurar Timer 0---------------------------
70
ANL TMOD,#0F0H
; BITS TIMER0 OFF
ORL TMOD,#01H
; MODO 16 TIMER 0
;-----------------------------------------------------------MOV P1,#0F0h
;----------CONFIGURACION DE ENTRADAS, BOTONES----------------SETB UP
;SELECCIONAR COMO ENTRADA
SETB DOWN
SETB ENTER
SETB CURSOR
;
; INICIALIZACION DEL LCD
;
LCALL LCDInic
;
;----------------------------------------------------------;------------------------;Mensaje por medio de tablas
;MOV A,#80H
;CURSOR EN EL PRIMER RENGLON PRIMER ESPACIO
;LCALL COMMAND
;MOV DPTR,#MENS1
;ACALL DISPLAY
;MOV A,#0C0H
;LCALL COMMAND
;MOV DPTR,#MENS2
;LCALL DISPLAY
;MOV A,#01H
;LCALL COMMAND
;MOV A,#80H
;ACALL COMMAND
;MOV DPTR,#MENS3
;LCALL DISPLAY
MOV A,#0C0H
LCALL COMMAND
;CURSOR EN SEGUNDO RENGLON PRIMER ESPACIO
;COMANDOS DEL LCD
71
MOV DPTR,#MENS16
;VALOR DE TABLA: CERO
LCALL DISPLAY
;MOSTRAR EN LCD
;RUTINA PARA REVISAR BOTONES UP DOWN
;---------------------------------------------------------------BOTONES:
MOV R5,#030H
;INICIALIZAR REGISTRO DE DECENAS 10/05/2010
MOV R6,#030H
;INICIALIZAR REGISTRO DE UNIDADES 10/05/2010
;---------SOLO PRUEBA ----QUITAR 10/02/2010
;MOV B,#02H
;MOV R4,#02H
;MOV R0,#30H
;MOV R5,#035H
;MOV R6,#037H
;-----------------------------------------------CHECAR:
LCALL DELAY20mS1
;******9/feb/2010 retardo contra rebote
JNB CURSOR,UNDEC
;SI EL BOTON ES PRESIONADO SALTA A UNDEC
LCALL DELAY20mS1
JNB UP,AUMENTA
;SI EL BOTON ES PRESIONADO BRINCA A AUMENTA
LCALL DELAY20mS1
JNB DOWN,DISMINUYE
;SI EL BOTON ES PRESIONADO BRINCA A DISMINUYE
LCALL DELAY20mS1
JNB ENTER,polin
;SI EL BOTON ES PRESIONADO BRINCA A ACCIONA
JMP CHECAR
;ESPERA A QUE ALGUN BOTON SEA PRESIONADO
polin:
LJMP ACCIONA
72
;----------------SE PRESIONO BOTON CURSOR-------------------------------------------UNDEC:
MOV A,#0C1H
;MUEVE AL ACUMULADOR SEGUNDO RENGLON SEGUNDO ESPACIO LCD
MOV R4,#01H
;GUARDAR POSICION DEL CURSOR UNIDADES ***------27/ene/10--------
LCALL COMMAND
;POCISIONA CURSOR
LCALL DELAY20mS1
;*********9/feb/2010
JNB CURSOR,UNDEC2
JMP CHECAR
;SI EL BOTON ES PRESIONADO SALTA A UNDEC2
;VOLVER A CEHCAR BOTONES
UNDEC2:
MOV A,#0C0H
;POSICION EN PRIMERA COLUMNA RENGLON DOS
MOV R4,#02H
;GUARDAR POSICION DEL CURSOR DECENAS ****-----27/ene/10--------
LCALL COMMAND
;POSICIONA CURSOR
LJMP CHECAR
;VOLVER A CHECAR BOTONES
;-----------------------SE PRESIONO BOTON UP----------------------------------AUMENTA:
cjne r4,#02h,posic1
mov a,#0C0H
;------10/02/2010 compara r4 con #2 y salta si es diferente
;posicion del cursor segundo renglon primer columna
LCALL COMMAND
Ljmp aum
;muestra cursor en lcd
;salto a etiqueta
posic1:
;etiqueta
mov a,#0C1H
;posicion del cursor segundo renglon columna
LCALL COMMAND
aum:
;posicion del cursor en lcd
;etiqueta
cjne r4,#02h,incuni
-----------10/02/2010
;compara donde esta el cursor
LCALL CAUM
INC R5
;esta en decenas , incrementa R5
LCALL MUD
Ljmp dc1
incuni:
;salta a etiqueta
;esta en unidades, incrementa R6
LCALL CAUM
INC R6
;R6+1
LCALL MUD,dc1:
;DJNZ R1,CHECAR
;ETIQUETA para decrementar contador rango 0-9
;DECREMENTA R1,SI AUN NO LLEGA A CERO SALTA A CHECAR
dc1:
LJMP CHECAR
73
;-----------------------------SE PRESIONO BOTON DOWN---------------------------------------------DISMINUYE:
cjne r4,#02h,posic2
mov a,#0C0H
;------10/02/2010 compara r4 con #2 y salta si es diferente
;posicion del cursor segundo renglon primer columna
LCALL COMMAND
;muestra cursor en lcd
Ljmp _1
;salto a etiqueta
posic2:
;etiqueta
mov a,#0C1H
;posicion del cursor segundo renglon columna
LCALL COMMAND
;posicion del cursor en lcd
_1:
dism2:
;no es down el primer boton en ser presionado
cjne r4,#02h,decuni2 ;donde esta el cursor
LCALL CAMB
;en decenas, checar valor que este en rango minimo 0
DEC R5
LCALL MUD
Ljmp dc2
;salto a etiqueta
decuni2:
LCALL CAMB
;en unidades, checar valor que este en rango minimo 0
DEC R6
;decrementar unidades
LCALL MUD
dc2:
;para decrementar
LJMP CHECAR
;salto a checar los botones
;********************************SUBRUTINA CAMBIAR ASCII PARA
DISMINUIR*****************************************************
CAMB:
cjne r4,#02h,reu
cjne r5,#30H,reg
MOV R5,#3AH
jmp reg
reu:
cjne r6,#30H,reg
MOV R6,#3AH
reg:
Ret
;
;&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&SUBRUTINA PARA CAMBIAR ASCII PARA
74
;AUMENTAR&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
CAUM:
cjne r4,#02h,reu1
cjne r5,#39H,reg1
MOV r5,#2FH
jmp reg1
reu1:
cjne r6,#39H,reg1
MOV R6,#2FH
reg1:
ret
;***********************************SUBRUTINA COMUN AUMENTA
;DISMINUYE**10/05/2010*********************************************
MUD:
cjne r4,#02h,uni2
;comparar donde esta el cursor
MOV A,R5
Ljmp mdisplay
uni2:
MOV A,R6
mdisplay:
;etiqueta para pasar a siguiente instruccion
LCALL DATA_DISPLAY
Ret
;-----------------------------------SE PRESIONO BOTON ENTER-------------------------ACCIONA:
;---------27/ene/10-------------
mov a,r5
;mueve lo que hay en r5 al acumulador
add a,r6
;suma lo que hay en r6 y lo que hay en el acumulador
cjne a,#96,decadas
subb a,#96
;compara si la suma es igual a 96 y si no salta
;96-96=0
jmp salidap
;salidapuerto
decadas:
cjne r5,#48,diez_
;decenas =0?
jmp otrosnum
;si, entonces salta a etiqueta
diez_:
;eligio 10?
cjne r5,#49,veinte_
subb a,#87
;decenas=1? si no salta a etiqueta
;Si, restar al acumulador 87 ,a=97-87=10
75
jmp salidap
;salida a puerto
veinte_:
;eligio 20?
cjne r5,#50,treinta
;decenas=2? si no salta a etiqueta
subb a,#78
;si, restar a=98-78=20
jmp salidap
;salida a puerto
treinta:
;eligio 30?
cjne r5,#51,cuarenta ;decenas=3? si no salta a etiqueta
subb a,#69
;si, restar a=99-69=30
jmp salidap
;salida a puerto
cuarenta:
;eligio 40?
cjne r5,#52,cincuenta ;decenas=4? si no salta a etiqueta
subb a,#60
;si, restar a=100-60=40
jmp salidap
cincuenta:
cjne r5,#53,alerta
subb a,#51
;eligio 50?
;decenas=5? si no salta a etiqueta
;si, restar a=101-51=50
jmp salidap
otrosnum:
cjne r5,#48,dieci
subb a,#96
jmp salidap
dieci:
cjne r5,#49,venti
subb a,#87
jmp salidap
venti:
cjne r5,#50,treint
subb a,#78
jmp salidap
76
treint:
cjne r5,#51,cuarent
subb a,#69
jmp salidap
cuarent:
cjne r5,#52,cincuent
subb a,#60
jmp salidap
cincuent:
cjne r5,#53,sesent
subb a,#51
jmp salidap
sesent:
cjne r5,#54,setent
subb a,#42
jmp salidap
setent:
cjne r5,#55,ochent
subb a,#33
jmp salidap
ochent:
cjne r5,#56,novent
subb a,#24
jmp salidap
novent:
cjne r5,#57,alerta
subb a,#15
jmp salidap
salidap:
mov P1,A
;valor del LCD sale al puerto 0 en dato binario
77
alerta:
LJMP CHECAR
;-------------------RETARDO CONTRA REBOTE--------------------------------DELAY20mS:
CLR TR0
;RESET Timer 0
CLR TF0
;Bandera TF=0
MOV TH0,#76
;50 mSegundos
MOV TL0,#00
;
SETB TR0
;INICIE A CONTAR Timer0
ESPERA5:
JNB TF0,ESPERA5
;HASTA QUE DESBORDE TIMER
; --- bye se cumplio tiempo ---CLR TR0
;APAGAR TIMER
RET
;------------------------------------------------------------------------;-------------------------CICLAR:
LJMP CICLAR
;--------------------------;
;*************************************************************
; PROCEDIMIENTOS
;*************************************************************
LCDInic:
; Iniciliza LCD
;------------------------------------------;Power On Retardo > 40ms
mov R7,#cero
MOV TH0,#76
; 50 mSegundos
MOV TL0,#00
;
LCALL ProcDelay
;------------------------------------------;Comandos de Inicialización
;
78
MOV A,#30H
;#1
LCALL INICIALIZA
mov R7,#cero
;MOV TH0,#0A6h
; 25 mSegundos (4.1mS)
MOV TH0,#76
; 50 mSegundos
MOV TL0,#00
;
LCALL ProcDelay
;
MOV A,#30H
;#2
LCALL INICIALIZA
mov R7,#cero
;MOV TH0,#0A6h
; 25 mSegundos (100 MicroS)
MOV TH0,#76
; 50 mSegundos
MOV TL0,#00
;
LCALL ProcDelay
;
; Ya se puede revisar BF(Busy Flag)
MOV A,#30H
;#3
LCALL INICIALIZA
mov R7,#cero
;MOV TH0,#0A6h
; 25 mSegundos (X)
MOV TH0,#76
; 50 mSegundos
MOV TL0,#00
;
LCALL ProcDelay
;----------------------------------------------; Modo de operación
; Ya se puede revisar la el bit de BF(Busy Flag)
; Se revisar BF
;
MOV A,#38H
;5X8 Puntos DOS Renglones
LCALL COMMAND
MOV A,#0EH
;Prender LCD y activar cursor
LCALL COMMAND
MOV A,#01H
;Limpiar pantalla
LCALL COMMAND
MOV A,#06H
;Posicionar cursor y avanza Der.
LCALL COMMAND
;
79
MOV A,#80H
;CURSOR: LINEA 1, COLUMNA 1
LCALL COMMAND
;-----------------------------------------------Ret
;
INICIALIZA:
CLR EN
CLR RW
CLR RS
ACALL Sdelay
SETB EN
NOP
NOP
MOV P2,A
LCALL Sdelay
;
NOP
CLR EN
;
LCALL Sdelay
RET
;
Sdelay:
MOV R7,#1
; 1/4 Segundo
MOV TH0,#76
;
MOV TL0,#00
;
LCALL ProcDelay
Ret
;
ProcDelay:
CLR TR0
CLR TF0
TON:
SETB TR0
; Prende Timer0
Espera:
JNB TF0,Espera
CLR TR0
80
CLR TF0
DJNZ R7,TON
RET
;
COMMAND:
LCALL READY
CLR EN
CLR RS
CLR RW
LCALL Sdelay
SETB EN
MOV P2,A
;
LCALL Sdelay
CLR EN
;
LCALL Sdelay
RET
;
DATA_DISPLAY:
LCALL READY
CLR EN
NOP
NOP
SETB RS
NOP
NOP
CLR RW
NOP
NOP
SETB EN
NOP
NOP
MOV P2,A
NOP
NOP
NOP
;
81
LCALL Sdelay
CLR EN
NOP
NOP
NOP
NOP
;
LCALL Sdelay
RET
;---------------------------------------------------09-FEB-2010-------------------------------------------DELAY20mS1:
CLR TR0
;RESET Timer 0
CLR TF0
;Bandera TF=0
MOV TH0,#76
;50 mSegundos
MOV TL0,#00
;
SETB TR0
;INICIE A CONTAR Timer0
ESPERA1:
JNB TF0,ESPERA1
;HASTA QUE DESBORDE TIMER
; --- bye se cumplio tiempo ---CLR TR0
;APAGAR TIMER
RET
;-------------------------RETARDO CONTRA REBOTE----------------------------------------------------------------;*****************************************
; Revisar bandera de ocupado
;*****************************************
READY:
SETB P2.7 ;Como entrada
CLR RS
SETB RW
;RS=0 (Instrucciones LCD)
;RW=1
BACK:
CLR EN
;EN=0
nop
nop
nop
SETB EN
;EN=1
JB P2.7,BACK;HASTA QUE SE DESOCUPE
RET
82
;*******************************************
;Obtiene datos de las tablas
;*******************************************
DISPLAY:
CICLO:
CLR A
MOVC A,@A+DPTR;
JZ FIN
LCALL DATA_DISPLAY
INC DPTR
LJMP CICLO
FIN:
RET
;
;******************************************
;TABLAS
;******************************************
;Cero indicar de fin de cadena, como en C
MENS1: DB 'I','n','i','c','i','o',0
MENS2: DB 'S','e','l','e','c','c','i','o','n','a','r',0
MENS3: DB 't','e','m','p','e','r','a','t','u','r','a',0
MENS16:DB '0','0',0
;
;*******************************************
;
END
; Directiva fin de programa
CODIGO DE PROGRAMACION PARA EL PIC16F877A
83
;-------PROGRAMA para comparar temperaturas activar y desactivar ventilador---15/05/2010---------------LIST
P=16F877A
; Se selecciona que PIC va a utilizarse.
; Se selecciona la librería a emplear dentro de C:\Program Files\Microchip\MPASM Suite.
Include "P16F877A.INC"
__CONFIG _XT_OSC & _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON
;****************ZONA DE VARIABLES Y CONSTANTES***********************************
CBLOCK 0X20
DATOSENSOR
T1
T2
TEMP
DATOUSUARIO
;Dato de temperatura deseada por el usuario
DATOUmenos5
CINCO
DOS
CERO
DATOUmas2
ENDC
TIMER_CARGA500us equ d'256'-d'250'
;--------------------------ZONA DE CODIGO-------------------------------------------ORG 0X00
goto INICIO
;Subroutine READ_ANALOG_AN0; READ_ANALOG_AN1
; Output: ADRESH and ADRESL contain 10-bit A/D result justified
; according to ADCON0, ADFM bit.
;
READ_ANALOG_AN0
bcf
ADCON0, CHS1
; select analog channel AN0
84
bcf
ADCON0, CHS0
READ_ANALOG
bcf
bsf
STATUS,RP0
ADCON0, ADON
call
; Turn on ADC module
ret1ms
bsf
ADCON0,2
; start A/D conversion
btfsc ADCON0,2
goto
bcf
; has A/D conversion completed?
$-1
ADCON0, ADON
; Turn off ADC module (consumes no operating current)
return
;-----------------CONFIGURAR TIMER------------------------------------------------------CONFTIMER
bsf STATUS,RP0
movlw 0x0
;acceso al banco 1
;seleccionar bit TOCS del registro 100000
movwf OPTION_REG
bcf STATUS,RP0
;mover valor a registro
;regresar al banco 0
return
;***************************------------------**************************
;-------------------------subrutina timer 500us----------------------------------------TIMER0_500us
movlw TIMER_CARGA500us
;carga del timer 0
movwf TMR0
bsf STATUS,RP0
;acceso al banco 1
bcf INTCON,T0IF
;resetea el bit de desbordamiento timer 0
bcf STATUS,RP0
;regresa al banco 0
TIMER0_REBOSAMIENTO
btfss INTCON,T0IF
;se ha producido desbordamiento?
goto TIMER0_REBOSAMIENTO ;todavia no
return
ret500ms
;subrutina de retardo .5s
movlw d'50'
movwf T2
85
TIME movlw d'50'
movwf T1
call TIMER0_500us
decfsz T1
goto $-2
decfsz T2
goto TIME
return
ret1ms
movlw 0x40
movwf T2
call TIMER0_500us
decfsz T2
goto $-2
return
INI
;SUBRUTINA PARA INICIALIZAR ENTRADAS Y SALIDAS
clrf PORTA
;LIMPIAR REGISTROS
clrf PORTB
clrf PORTC
clrf PORTD
bsf STATUS,RP0
;Configuración de entradas
;movlw b'00000000'
movlw b'11111111'
;W=255, para configurar como entradas para leer dato del receptor
movwf TRISC
movlw b'11111111'
;El puerto C
;W=255 puertoA como entradas PA.0 Como entrada análoga
movwf TRISA
movlw b'00000000'
;Valor al TRISA
;W=O para configurar como salidas
movwf TRISD
;Puerto PD.0 Como salida para activar el optotriac
bcf STATUS,RP0
;----------------------------------------
86
;CONFIGURACION DEL ADC
bcf STATUS,RP0
;Selección de banco0
bcf ADCON0,ADCS1
;A/D Conversion clock 00 RC INTERNO DEL ADC
bsf ADCON0,ADCS0
bcf ADCON0,CHS2
;Selección de Canal AN0
bcf ADCON0,CHS1
bcf ADCON0,CHS0
bcf ADCON0,ADON
;ADC is shut-off and consumes no operating current
bsf STATUS,RP0
;Selección del banco1
bcf ADCON1,ADCS2
bsf ADCON1,ADFM
; Right Justified .Bits mas significativos de ADRESH se lee como
bsf ADCON1,PCFG3
; Configuracion de vref- vdd y vref- vss
cero
bsf ADCON1,PCFG2
bsf ADCON1,PCFG1
;ANALOG INPUT AN0
bcf ADCON1,PCFG0
bcf STATUS,RP0
return
;----------------------------------------------------------------------------------------------INICIO
call INI
;llamada
call CONFTIMER
;*********************************************PROGRAMA PRINCIPAL
MAIN
call READ_ANALOG
bsf STATUS,RP0
;Leer valor análogo del sensor LM35
;Acceso al banco 1
movf ADRESL,W
;Mover valor leido del sensor a W
bcf STATUS,RP0
;Acceso al banco 0
call BYTEATEMP
;Llamada subrutina de librería que convierte el byte a una
temperatura
movlw d'03'
;14/05/2010 MOVER A W
87
addwf DATOSENSOR
;14/05/2010
;movf DATOSENSOR,W
SUMAR 3 A DATOSENSOR
;Guardar temperatura leida en registro W
Principal
movf PORTC,W
;Lee Puerto B
movwf DATOUSUARIO
;Guarda valor del puertoB en variable
CHECACERO
clrf CERO
;Limpiar registros
movf CERO,W
;W=CERO
subwf DATOUSUARIO,W
btfss STATUS,Z
;Resultado es cero ?
goto CHECAIGUALES
goto MAIN
;Restar DATOUSUARIO-CERO
;No; entonces DATOUSUARIO diferente de cero
;Si;entonces DATOUSUARIO=0 y volvemos al MAIN
;Checar si DATOUSUARIO es igual a DATOSENSOR (La temperatura que el usuario desea es igual a la
lectura del sensor?
CHECAIGUALES
movf DATOUSUARIO,W
;Al registro w valor de la variable
subwf DATOSENSOR,W
;Restar Valores DATOUSUARIO,DATOSENSOR
btfss STATUS,Z
;El resultado es cero?
goto RESTA5
goto MAIN
;no, entonces volver al MAIN
;Checar si DATOSENSOR es mayor o igual a DATOUSUARIO menos 5
RESTA5
movlw d'5'
movwf CINCO
movf CINCO,W
;W=5
;CINCO=5
;W=DATOUSUARIO
subwf DATOUSUARIO,W
;Restar DATOUSUARIO-5
btfsc STATUS,C
;Resultado negativo?
goto Guardadato
;No, Guardar Resultado
goto MAIN
;Si, ir MAIN
Guardadato
movwf DATOUmenos5
;Guarda
SUMA2
88
movlw d'2'
movwf DOS
movf DATOUSUARIO,W
addwf DOS,W
movwf DATOUmas2
;w=2
;DOS=2
;W=DATOUSUARIO
;SUMAR DOS + W
;Guardar en registro DATOUnas2
;Comparacion DATOSENSOR >= DATOUmenos5?
Igual
movf DATOSENSOR,W
subwf DATOUmenos5,W
btfss STATUS,Z
goto Comparamayor
goto Activa
;Son iguales?
;No, Ir a etiqueta
;Activar ventilador
Comparamayor
movf DATOUmenos5,W
;W=5
subwf DATOSENSOR,W
;RESTAR DATOSENSOR-DATOUmenos5
btfss STATUS,C
goto MAIN
goto Comparamenor
;Resultado positivo?
;No, volver al MAIN
;Si, entonces DATOSENSOR >DATOUmenos5
;Comparacion DATOSENSOR <= DATOUmas2
Comparamenor
movf DATOUmas2,W
subwf DATOSENSOR,W
btfss STATUS,Z
btfsc STATUS,C
;goto MAIN
;W=DATOUmas2
;W=DATOSENSOR-DATOUmas2
;DATOSENSOR=DATOUmas2
;No, preguntar Resultado negativo?
;No entonces DATOSENSOR > DATOUmas2 y volvemos al
inicio
goto Desactiva
;No entonces DATOSENSOR > DATOUmas2 y desactiva
ventilador
goto Activa
Desactiva
bcf PORTD,0
;Si, entonces DATOSENSOR < DATOUmas2 y se activa salida
;Para apagar ventilador
;Desactivar ventilador
89
call ret500ms
;Retardo .5 segundos
goto MAIN
;Regresar al Main
;ACTIVAR VENTILADOR
Activa
bsf PORTD,0
call ret500ms
;Activar Ventilador
;Retardo .5 segundos
goto MAIN
;Regresar al Main
include<temperatura1.inc>
END
90
Referencias.
[1]
José M. Angulo Usategui, Ignacio Angulo Martínez, Microcontroladores PIC: Diseño
práctico de aplicaciones. McGraw-Hill, 1999
[2]
Ramón Pallás Areny, Sensores y acondicionadores de señal. Marcombo, 1998
[3]
Theodore L. Brown, Bruce E. Bursten, Julia R. Burdge. Química la ciencia Central.
Prentice Hall. 2004
[4]
www.renovae.org , Portal de energías renovables y ahorro Energético, 02 de Marzo 2009
[5]
http://www.esak.es/sueloradiante, Mayo del 2009
[6]
http://www.profeco.gob.mx/revista/publicaciones/otras_pub/ahorroluz, Mayo 2009
[7]
http://www.atenasventilacion.com.ar/descargas/vt_c_tecnicas.pdf Junio 2009
[8]
www.microchip.com, Enero 2010
91