universidad central del ecuador facultad de ingeniería ciencias
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA INFORMÁTICA. “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO (DOMSYSTEM) DE SEGURIDAD Y CONTROL PARA MANTENER EL RESGUARDO DE BIENES Y EL CONFORT MEDIANTE UNA RED DE SENSORES UTILIZANDO COMUNICACIÓN WIRELESS BLUETOOTH” TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO INFORMÁTICO. AUTOR: GUALSAQUÍ VALENCIA EDGAR ANÍBAL TUTOR: ING. RENÉ ALFONSO CARRILLO FLORES QUITO – ECUADOR 2015 DEDICATORIA A MIS ABUELOS, más que abuelos mis segundos padres, el pilar fundamental de toda esta formación académica, porque con sus oraciones diarias y su bendición era más que suficiente para poder seguir luchando. A MI PADRE Y MADRE, que creyeron en mí siempre, me apoyaron para seguir mi carrera universitaria, conseguir el objetivo trazado y convertirme en un profesional y un orgullo para ellos. A MI FAMILIA, en la que están incluidos principalmente mis tías y tíos, mis primos, mi hermana, porque cuando parecía todo estar acabado me supieron dar un consejo y fuerzas para salir adelante y victorioso ante las adversidades de la vida, a todos ellos dedico este triunfo porque siempre estuvieron pendientes de mí. A MI NOVIA, mi compañera fiel, mi confidente por toda la ayuda desinteresada que me has brindado, has estado presente en diferentes momentos buenos o malos, siempre compartiendo conmigo. No fue fácil culminar este proyecto, sin embargo cuando te conté que se me hacía difícil terminar mi tesis siempre fuiste muy motivadora, y esperanzadora. Me decías que lo lograría perfectamente. Muchas gracias amor. ii AGRADECIMIENTO A DIOS, por sobre todas las cosas porque siempre que le pedí ayuda me la dio, porque cuando busque el camino me dio la guía para seguir adelante dándome fe, esperanza y sabiduría para culminar con éxito el esfuerzo de todos estos años de estudio. A MI TUTOR, Ing. René Carrillo por que más que un profesor ha sido un amigo, gracias por darnos la mano y confiar en que el desarrollo de este proyecto de tesis se haga realidad. A MIS REVISORES, Ing. Iván Naula, Ing. Guillermo Abuja, personas de gran sabiduría por ayudarme a llegar al punto en el que me encuentro, por la confianza y sinceridad que me transmitieron para lograr este objetivo tan importante, la culminación de mi tesis. iii AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL iv APROBACIÓN DE REVISORES v APROBACIÓN DE REVISORES vi APROBACIÓN DEL TUTOR vii CERTIFICACIÓN DEL TUTOR viii RESULTADO TRABAJO DE GRADUACIÓN ix CONTENIDO DEDICATORIA .......................................................................................................... ii AGRADECIMIENTO ................................................................................................ iii AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL .......................................... iv APROBACIÓN DE REVISORES ............................................................................... v APROBACIÓN DE REVISORES .............................................................................. vi APROBACIÓN DEL TUTOR................................................................................... vii CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ............................................................................. viii RESULTADO TRABAJO DE GRADUACIÓN ........................................................ ix CONTENIDO .............................................................................................................. x LISTA DE CUADROS ............................................................................................. xiii LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... xiv RESUMEN................................................................................................................ xvi ABSTRACT ............................................................................................................. xvii CERTIFICADO DE TRADUCCIÓN ..................................................................... xviii TITULO DEL TRADUCTOR .................................................................................. xix INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1 CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 2 1. PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................ 2 1.1. Planteamiento del Problema ...................................................................... 2 1.2. Formulación del Problema ......................................................................... 3 1.3. Interrogantes de la Investigación ............................................................... 3 1.4. Objetivos de la Investigación ..................................................................... 3 1.4.1. Objetivo General ................................................................................ 4 1.4.2. Objetivos Específicos ......................................................................... 4 1.5. Justificación ............................................................................................... 4 CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 6 x 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ....................................................................... 6 2.1. Antecedentes .............................................................................................. 6 2.2. Fundamentación Teórica............................................................................ 8 2.2.1. Conceptos utilizados........................................................................... 8 2.2.2. Evolución histórica de la domótica .................................................. 10 2.2.3. Gestión de los Sistemas Inteligentes (Domótica) ............................. 13 2.2.4. Razones para el desarrollo de la domótica ....................................... 14 2.2.5. Arquitectura de Redes ...................................................................... 16 2.2.6. Transmision sin cable ....................................................................... 19 2.2.7. Protocolos de Comunicacion ............................................................ 23 2.2.6.1. Protocolos Estándar ...................................................................... 23 2.2.6.2. Protocolos propietarios ................................................................. 24 2.2.8. Hardware .......................................................................................... 24 2.2.8.1. Arduino ....................................................................................... 24 2.2.8.2. Dispositivos acoplables a Arduino ............................................. 35 2.2.8.3. Sensores ...................................................................................... 35 2.2.8.4. Actuadores .................................................................................. 38 2.2.7.4 1. Clasificación de los actuadores: ................................................. 39 2.2.7.4.2. Actuadores utilizados en los sistemas inteligentes..................... 40 2.2.8.5. Microcontroladores .................................................................... 42 2.2.8.6. Software...................................................................................... 43 2.3. Identificación de Variables ...................................................................... 46 2.4. Hipótesis .................................................................................................. 46 CAPÍTULO 3 ............................................................................................................. 47 3. METODOLOGÍA .......................................................................................... 47 3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 48 3.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN ........................................................................... 49 3.3 PROCEDIMIENTO DEL PROYECTO .......................................................... 49 3.3.1 Fase 1 (Planificación e Investigación) ................................................. 49 xi 3.3.2 Fase 2 (Diseño y Desarrollo)................................................................ 54 3.3.2.1 Herramientas del Diseño ................................................................ 55 3.3.2.2 Desarrollo de los Módulos Hardware ........................................... 56 3.3.2.3 Diseño de Hardware Módulo Máster ............................................ 58 3.3.2.4 Diseño de Hardware Módulo Esclavo............................................ 62 3.3.2.5 Diseño del Software de Comunicación Placa Máster .................... 68 3.3.2.6 Diseño Lógico para el Arduino 2560 y Bluetooth HC-05 de la Placa Esclavo ....................................................................................................... 70 3.3.2.7 Diseño de la Interfaz en Visual Basic 6.0 ...................................... 74 3.3.2.8 Diseño del sistema de control para Android ................................. 81 3.3.3 Implementación ..................................................................................... 85 3.3.4 Despliegue ............................................................................................. 89 CAPITULO 4 ............................................................................................................ 91 4. CONCLUSIONES ......................................................................................... 91 GLOSARIO DE TÉRMINOS .................................................................................... 93 ANEXOS ................................................................................................................... 95 Anexos A ................................................................................................................ 95 Presupuesto ......................................................................................................... 95 Anexos B ................................................................................................................ 99 Instalación de programas utilizados para la Implementación del Sistema. ........ 99 BASCOMAVR .............................................................................................. 99 TERMINAL V1.9b ...................................................................................... 105 CODEVISIÓN ............................................................................................. 106 PROTEUS 7.10 ............................................................................................ 109 VISUAL BASIC 6.0 .................................................................................... 117 APP INVENTOR ......................................................................................... 122 Anexos C .............................................................................................................. 125 Collage proceso de elaboración del prototipo DomSystem. ........................ 125 Manual de instalación Controlador Arduino ................................................ 128 xii Configuración puerto COM ......................................................................... 131 Manual de Instalación Aplicación de Escritorio DomSystem V1.0 ............ 135 Manual de Usuario DomSystem V1.0 ......................................................... 138 Manual de Instalación Aplicación DomSystem Android............................. 140 Manual de Usuario de la aplicación DomSystem V1.0 Android ................. 145 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 147 LISTA DE CUADROS Tabla 1: Rango de trabajo de los niveles físicos inalámbricos (Riquelme, 2012) ..... 22 Tabla 2: Cuadro de disposiciones del motor Edgar Gualsaquí, 2015 ........................ 67 Tabla 3: Tabla de Funciones y Definiciones de la Placa Máster Edgar Gualsaquí, 2015 ............................................................................................................................ 69 Tabla 4: Tabla de Rutinas y Subrutinas, Definiciones de la Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ......................................................................................................... 70 Tabla 5: Rutinas y Subrutinas, Definiciones de Variables Generales Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ............................................................................................... 71 Tabla 6: Definición de Variables Globales y pines del Arduino Mega 2560 Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ................................................................................ 72 Tabla 7: Sentencias de Condición para realizar rutinas y subrutinas ......................... 73 Tabla 8: Tabla de Sentencias Lógicas Sensor de Presencia Edgar Gualsaquí, 2015 . 74 Tabla 9: Tabla de Código del Form Principal Edgar Gualsaquí, 2015 ...................... 75 Tabla 10: Tabla de Subrutina Botón Salir Edgar Gualsaquí, 2015 .......................... 76 Tabla 11: Tabla de Subrutina Abrir puerto Comm Edgar Gualsaquí, 2015............. 76 Tabla 12: Tabla Funcio Enviar dato al puerto Comm Edgar Gualsaquí, 2015 ........ 77 Tabla 13: Tabla de Subrutina Botón Salir Edgar Gualsaquí, 2015 .......................... 78 Tabla 14: Tabla de lectura de Funciones con Timer1 Edgar Gualsaquí, 2015 ........ 78 xiii LISTA DE FIGURAS Figura 1: Hogar domótico (mejía, 2011) ..................................................................... 9 Figura 2: Funciones básicas de instalaciones domóticas (residenciales, 2012) ......... 10 Figura 3: Esquema de Sistema Inteligente (Inteligente, s.f.) ..................................... 14 Figura 4: Arquitectura de Red Centralizada (Domótica, s.f.) .................................... 17 Figura 5: Arquitectura de Red Distribuida (Domótica, s.f.) ...................................... 17 Figura 6: Arquitectura de Red Descentralizada (Domótica, s.f.) ............................... 18 Figura 7: Arquitectura de Red Híbrida (Domótica, s.f.) ............................................ 19 Figura 8: Arduino MEGA (Robotics, s.f.) ................................................................. 27 Figura 9: Arduino Bluetooth (ARDUINO, ARDUINO, 2012) ................................. 27 Figura 10: Arduino Pro (Wiki, 2015)......................................................................... 28 Figura 11: Arduino UNO (Wiki, 2015) ..................................................................... 28 Figura 12: Arduino Nano (Wiki, 2015) ..................................................................... 29 Figura 13: Arduino Pro Mini (ohms, s.f.) .................................................................. 30 Figura 14: Arduino Fio (Wiki, 2015) ......................................................................... 31 Figura 15: Arduino Ethernet Shield (Wiki, 2015) ..................................................... 31 Figura 16: Arduino Wireless SD Shield (Wiki, 2015) ............................................... 32 Figura 17: Arduino Wireless Proto Shield (Wiki, 2015) ........................................... 33 Figura 18: Arduino Wireless Mothor Shield (Wiki, 2015) ........................................ 33 Figura 19: Arduino Proto Shield (Wiki, 2015) .......................................................... 34 Figura 20: Sensor de Gas (Innovations, s.f.) .............................................................. 37 Figura 21: Sensor de Movimiento (Gil, s.f.) .............................................................. 37 Figura 22: Sensor de Luz (openhacks, s.f.) ................................................................ 37 Figura 23: Sensor de Temperatura y Humedad (arubia45, s.f.) ................................. 38 Figura 24: Sensor de temperatura (Jasirgo, 2012) ..................................................... 38 Figura 25: Diagrama de Boques Sensor de luz-Actuador de Persianas (Pinto, 2012) .................................................................................................................................... 39 Figura 26: Introducción a los Relés (Hernández, 2013) ....................................... 40 Figura 27: Motor de persiana para inserción en eje (Pérez M. L., 2015).................. 42 Figura 28: Cerraduras Electricas (Linea, s.f.) .......................................................... 42 Figura 29: Diagrama de flujo WinPic800 (Acaymo, 2008) ...................................... 43 Figura 30: Pantalla WinPic (Acaymo, 2008) ......................................................... 44 Figura 31: IDE software de Arduino UNO (Massimo, 2012) ................................ 45 Figura 32: Esquema General de los Módulos (Hecha por Investigador) ................... 56 xiv Figura 33: Tarjeta Arduino Mega Parte Frontal (ARDUINO, ARDUINO MEGA 2560, 2015) ................................................................................................................ 58 Figura 34 Tarjeta Arduino Mega Parte Trasera (ARDUINO, ARDUINO MEGA 2560, 2015) ................................................................................................................ 59 Figura 35: Red de Área Personal (Sistenas, 2010) ..................................................... 59 Figura 36: Diseño del Circuito Placa Máster (Gualsaquí, 2015) ............................... 60 Figura 37: Esquemático de Dispositivos Placa Master (Gualsaquí, 2015) ................ 60 Figura 38: Mascarilla Frontal de la Placa Máster (Gualsaquí, 2015) ........................ 61 Figura 39: Diseño del circuito Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ....................... 62 Figura 40: Diseño del Circuito Placa Esclavo 3D Edgar Gualsaquí, 2015 ................ 63 Figura 41: Esquemático Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ............................... 63 Figura 42; Placa Física Esclavo lista para Montaje de Elementos Parte Frontal Edgar Gualsaquí, 2015 ............................................................................................... 64 Figura 43: Impresión de Pistas Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 ..................... 64 Figura 44: Montaje de Elementos Edgar Gualsaquí, 2015 ....................................... 65 Figura 45: Circuito Apertura de puerta Edgar Gualsaquí, 2015 ............................... 65 Figura 46: Circuito Sensor de movimiento, sensores magnéticos Edgar Gualsaquí, 2015 ............................................................................................................................ 66 Figura 47: Circuito Apertura y Cierre de persianas Edgar Gualsaquí, 2015 ........... 67 Figura 48: Circuito Gestión de Iluminación Edgar Gualsaquí, 2015 ........................ 68 Figura 49: Pantalla Principal de Ingreso al Sistema Edgar Gualsaquí, 2015 ............ 75 Figura 50: Pantalla de Control del Sistema Edgar Gualsaquí, 2015 ......................... 76 xv RESUMEN “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO (DOMSYSTEM) DE SEGURIDAD Y CONTROL PARA MANTENER EL RESGUARDO DE BIENES Y EL CONFORT MEDIANTE UNA RED DE SENSORES UTILIZANDO COMUNICACIÓN WIRELESS BLUETOOTH” El presente proyecto se basa en el desarrollo de un sistema prototipo aplicado a una maqueta en pequeña escala que permitirá el bienestar y seguridad dentro de cualquier área que sea implementado, capaz de lograr el resguardo de recursos tangibles y el confort para realizar actividades sin esfuerzo alguno, proceso en el cual se gestionará dos partes bien definidas que son: el Monitoreo de variables mediante sensores y el Control de actuadores manejado mediante software básico que sea amigable para cualquier usuario. Para dar solución a los objetivos acotados en el proyecto utilizaremos plataformas de hardware libre ARDUINO, comunicación inalámbrica BLUETOOTH, sensores MAGNÉTICOS y de MOVIMIENTO, actuadores como un RELE, MOTOR, BUZER cada uno cumpliendo con una función específica, la plataforma de Software para este caso será VISUAL BASIC 6.0 y APP INVENTOR que nos permitirán tener una interfaz de fácil manejo. DESCRIPTORES: SISTEMA DE SEGURIDAD Y CONTROL DOMÓTICO/ARDUINO MEGA/ SENSORES ELECTRÓNICOS/ ACTUADORES ELECTRÓNICOS/ BLUETOOTH/VISUAL BASIC 6.0/APP INVENTOR/PROTEUS/BASCOM AVR/ TERMINAL/CODE VISION. xvi ABSTRACT "DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A SAFETY AND CONTROL PROTOTYPE (DOMSYSTEM) TO KEEP THE GOODS SAFEWARDING AND COMFORT THROUGH A NETWORK OF SENSORS USING BLUETOOTH WIRELESS COMMUNICATION" This project is based on the development of a prototype system applied to a smallscale model that will allow the safety and security within any area that is implemented, able to achieve the safeguarding of tangible resources and comfort for activities effortlessly. It has a process in which distinct parts that can be managed: Monitoring of variables using sensors and control actuators driven by basic software that is friendly to any user. To address the added objectives in the project we will use platforms of free ARDUINO hardware, BLUETOOTH wireless communication, MAGNETIC and MOVEMENT sensors, actuators like RELE, MOTOR, BUZER each one fulfilling a specific function. The software platform for this case will be VISUAL BASIC 6.0 and APP INVENTOR that it will allow to have an interface of easy operation. DESCRIPTORS: SISTEMA DE SEGURIDAD Y CONTROL DOMÓTICO/ARDUINO MEGA/ SENSORES ELECTRÓNICOS/ ACTUADORES ELECTRÓNICOS/ BLUETOOTH/VISUAL BASIC 6.0/APP INVENTOR/PROTEUS/BASCOM AVR/ TERMINAL/CODE VISION. xvii CERTIFICADO DE TRADUCCIÓN xviii TITULO DEL TRADUCTOR xix INTRODUCCIÓN Las redes de sensores inalámbricas están actualmente en el punto de mira de muchas investigaciones y empresas tecnológicas. Su principal objetivo es la adquisición y el tratamiento de datos de forma rápida, flexible y autónoma con múltiples aplicaciones en distintos campos. Los dispositivos que se utilizan se comunican gracias a varias tecnologías como ZigBee, Bluetooth, Xbee que son tecnologías en expansión debido a su creciente, amplio y extremadamente flexible uso y bajo costo. En la actualidad se está proliferando de manera asombrosa las redes de sensores inalámbricos, para aplicaciones en varios ámbitos domésticos e industriales. Dentro del mercado de las redes de sensores inalámbricos, existen varias empresas que comercializan productos y servicios con diferentes tecnologías para el desarrollo de las mismas por tal motivo y viendo el actual crecimiento de edificaciones modernas, la convergencia y ubicuidad de tecnologías, la gran demanda por seguridad ciudadana se desprende el presente plan de tesis en una búsqueda por implantar un conjunto de tecnologías aplicadas al control y la automatización inteligente de la vivienda u oficina, que permite una gestión eficiente del uso de la energía además de aportar seguridad, confort, y comunicación entre el usuario y el sistema. Analizando todas estas razones se ha percibido la necesidad de diseñar un sistema propio que pueda aportar a la solución de esta problemática, aprovechando la tecnología que se consigue localmente y de algunos estándares que ya existen. Por lo anterior, se propuso un proyecto de investigación para evaluar, diseñar e implementar un sistema inteligente de seguridad y control que permitirá ser estudiado y aplicado a nuestro entorno, mediante la utilización de arquitecturas abiertas y tecnologías de fácil consecución en nuestro medio. La propuesta tuvo como premisa inicial, estudiar las ofertas comerciales, evaluar las dificultades y limitaciones de cada una, identificar los protocolos más utilizados y versátiles y proponer una arquitectura, un protocolo y un ambiente de programación acorde con las necesidades de nuestro medio, facilitando, en consecuencia, abrir un tema de investigación y desarrollo en aéreas como: sensores, comunicaciones y aprovechamiento de la energía eléctrica. Sumado a ello, se pretende evaluar la posibilidad de proponer un sistema de bajo costo y buena confiabilidad. 1 CAPÍTULO 1 Describe brevemente la motivación del proyecto, dando a conocer los indicios y las soluciones que existen en el mercado frente a este desarrollo. Adicionalmente se detalla los objetivos, contenido y justificación del proyecto 1. PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA 1.1. Planteamiento del Problema En la actualidad la automatización y el control de procesos que permitan la seguridad, confort y accesibilidad es una necesidad que viene creciendo de forma acelerada por lo que hemos visto factible la construcción de un prototipo llamado “DomSystem” apoyado por sistemas de hardware y software de control de bajo costo debido a que no todas las personas están en el poder adquisitivo de implementarlo en su hogar u oficina. En el mercado actual se cuenta con un gran número de aplicaciones de muy alto nivel sobre el tema, las cuales en su mayoría tienen costos elevados y están pensadas más en generar una experiencia de lujo al cliente que en facilitar el desarrollo de una actividad específica a las personas. Son múltiples los factores que pueden caracterizar las formas de vida de las personas hoy en día, como ejemplo, adultos mayores que viven solos, población con algún tipo de discapacidad y que viven de forma independiente, incluso los mismos cambios de la modernidad que requieren todo con prontitud y ahorro del tiempo. Es así como, labores tan comunes como abrir o cerrar una ventana o una puerta se convierten en un problema, asimismo el desperdicio de energía que surge en hogares y áreas de trabajo al dejar las luces encendidas cuando nadie está en ellas, es por eso que la implementación del sistema minimizará esa incomodidad y ahorro de recursos como luz sin la necesidad de llegar a un punto específico de la casa para hacerlo. Por lo cual se concluye que la convergencia de tecnologías tiene una amplia variedad de aplicación y que revolucionará el concepto de seguridad y administración de las instalaciones y edificaciones permitiendo que el propietario no solo controle sus bienes sino que adicionalmente automatice tareas sin necesidad de estar físicamente en la vivienda u oficina. 2 Además DomSystem al ser un prototipo será escalable con el tiempo ya que divide sus módulos actuadores en varias áreas las cuales dependiendo de la petición de los usuarios se podrán ir incrementando. 1.2. Formulación del Problema ¿De qué manera el desarrollo del sistema DomSystem permitirá mejorar la automatización de servicios en el hogar u oficina? 1.3. Interrogantes de la Investigación De acuerdo a la investigación se desea contestar las siguientes interrogantes: ¿Cómo aporta DomSystem a la seguridad en el hogar u oficina? ¿Qué tan confortable se convierte un área al automatizar y controlar mediante el sistema? ¿De qué manera garantiza la accesibilidad y comunicación con los diferentes actuadores a implementar en el sistema? ¿De qué manera el sistema se ajusta a las necesidades del usuario? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas que traería la automatización y control dentro del hogar u oficina? ¿Qué plataformas se adaptarían de manera eficiente a la realización del proyecto? 1.4. Objetivos de la Investigación Desarrollar un sistema enfocado en la comunicación y acción entre varios actuadores con el objetivo de automatizar y controlar los requerimientos del usuario para garantizar la seguridad y el confort en áreas específicas. 3 1.4.1. Objetivo General Diseñar e implementar un prototipo (domsystem) de seguridad y control para mantener el resguardo de bienes y el confort mediante una red de sensores utilizando comunicación wireless bluetooth. 1.4.2. Objetivos Específicos Diseño de la infraestructura de acceso e intercambio de información. Llevar a cabo la construcción de una maqueta a pequeña escala e implementar la automatización: gestión de iluminación, sistema de persianas, apertura y cierre de puertas, gestión de intrusos, entrada por teclado. Aplicación de software básico para el control de la aplicación. Análisis de pruebas y realización de correcciones adecuadas. 1.5. Justificación La investigación gira en torno a la automatización de los espacios, no solamente como factor indicador de progreso, sino también como una necesidad claramente identificada en la dinámica global, las nuevas tendencias globales enfocan a los sistemas inteligentes (domótica) como una de las tecnologías transversales de mayor importancia en el contexto del desarrollo sostenible, dado que en la actualidad se asocia a la automatización de los espacios con el mejoramiento de la calidad de vida, la comodidad y la seguridad de los hábitats. Se espera que en las próximas décadas la incorporación de herramientas de sistemas inteligentes basados en comunicación inalámbrica con los diferentes dispositivos actuadores y sensores (domótica) en la industria y los hogares haga parte de los estándares de calidad y que las buenas prácticas hagan parte de la dinámica global. El sistema DomSystem está llamado a cumplir una labor de extensión a la comunidad, y brindar un importante aporte en la solución de problemas aparentemente simples, pero de especial significación para aquellos que no tienen acceso a elaboradas tecnologías o dispositivos importados a un alto costo, lo que en 4 últimas representa un proyecto de innovación por el uso de recursos al alcance de la economía local. Un sistema inteligente proporciona un sinfín de beneficios y ventajas inalcanzables mediante una instalación tradicional. Si tuviésemos que resumir las principales razones serían sin duda: comodidad, seguridad, confort, información, y ahorro energético, razones mencionadas que se reducen a una sola: aumento de la calidad de vida. En la investigación se aplicó conocimientos adquiridos durante la formación académica, permitiendo que este problema sea solucionado al lograr el desarrollo y crecimiento completo del diseño sin mayores dificultades. 5 CAPÍTULO 2 Este capítulo abarca el estudio de las herramientas y tecnologías para que el desarrollo de la aplicación sea eficiente y cumpla con las expectativas del usuario. 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1. Antecedentes Luego de revisar en el repositorio de tesis de la Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemáticas, carrera Ingeniería Informática doy constancia que este proyecto no ha sido propuesto ni diseñado por ninguna persona maestro o estudiante quedando libre de cualquier responsabilidad legal y en total libertad de realizar dicha propuesta, dejando como precedente el proyecto para futuras generaciones interesadas en la evolución de tecnología, ciencia e innovación. Para la presente investigación se ha hecho un cuidadoso estudio de proyectos antes realizados, relacionados directamente a la evolución y enfoque de sistemas inteligentes a futuro, así como también de nuevos recursos en el mercado que permiten el desarrollo de aplicaciones orientadas a este tema , obteniendo experiencias que se conjugan con el problema objeto de investigación. Así tenemos: Según Candía, S. (2014). Construcción e Implementación de un Sistema de Automatización del Hogar utilizando Arduino-Android-Bluethoot. Explica (CANDIA, 2014) Este proyecto trata sobre el desarrollo de un sistema de control inteligente para las áreas de iluminación, ventilación y seguridad, el cual está integrado en un celular con sistema operativo Android que permite interactividad total con la plataforma Arduino mediante una aplicación (también desarrollada en el proyecto), vía comunicación Bluetooth. El desarrollo de este trabajo tiene como finalidad la implementación del sistema, por lo que se incluye en el trabajo los dispositivos utilizados, su programación y fundamentos teóricos que sustentan el funcionamiento de los mismos. El autor concluyó que el proyecto tiene viabilidad de implementación debido a su desempeño, comodidad e innovación para los usuarios. Según Llenó, E. (2012). Diseño de un sistema de control domótico basado en la plataforma Arduino. Explica: (Sanchez, 2012) 6 Este proyecto se encarga de brindar los conocimientos básicos para entender qué es y cómo funciona un sistema domótico, y cómo utilizando el hardware libre de Arduino se puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de las viviendas de alta categoría. Finalmente, esta investigación permite conocer los fundamentos de funcionamiento de los protocolos de comunicación y su relación con respecto al control de dispositivos terminales. Adicionalmente este trabajo de investigación y el proyecto a realizarse tienen como punto en común la estructura, plataformas a utilizar y requerimientos del usuario. Según Miranda, G. Villacrés, R. Villamar, F. (2009). Diseño de un sistema domótico aplicado a una clínica de hemodiálisis. Explica: (Miranda, 2009) La domótica es un área que prácticamente está empezando abrirse mercado en el Ecuador específicamente en el mundo de las tecnologías de la información, sin embargo, en contra de lo que pueda parecer, al estudiarlas pueden proporcionar un muy buen soporte de diseño y de soluciones a las necesidades del usuario. Según Morillo, C. (2009). Diseño del sistema de automatización para un edificio inteligente. Explica: Pese a necesitarse de una inversión económica representativa para la implementación de un sistema de este tipo, se puede concluir que el ahorro provisto por el mismo, logrará que la inversión inicial se recupere a mediano plazo. En este proyecto se tiene como objetivo el diseñar un sistema de automatización que permita mejorar las condiciones de confort, seguridad y ahorro energético para un edificio cuyas instalaciones se emplean en su mayoría como oficinas. Para cumplir con el objetivo indicado se ha efectuado una investigación y un estudio referente a los requerimientos y equipos de automatización que en la actualidad se están empleando para dicha tarea en los edificios, buscando obtener así, la suficiente información que permita diseñar un sistema que no se exceda en costos pero brinde la suficiente confiabilidad de operación tanto a gestores como a ocupantes del inmueble. (Morillo, 2009) 7 2.2. Fundamentación Teórica En la actualidad se han hecho varios estudios sobre sistemas inteligentes mediante redes de sensores para viviendas u oficinas (domótica) con software propietario o con protocolos específicos. El presente estudio se enfoca en plataformas Open Source y Open Hardware esto quiere decir que garantiza la libertad tanto en el uso del software como el hardware, uno de los principales valores de la sociedad tecnológica actual. 2.2.1. Conceptos utilizados En base al estudio definiremos la terminología a ser utilizada en el desarrollo del proyecto: Domótica: El término Domótica está conformado por la unión de la palabra “Domo” que etimológicamente proviene del latín “Domus” que significa casa y el sufijo “Tica” que se adapta de la palabra automática, aunque muchos autores lo pueden diferencias entre “Tic” como tecnologías de la información y “a” de automatización. Este término en Francia se adoptó la unión de las contracciones “Domo” e “Informatique” para formar la palabra “Domotique”, que en 1968 se definía el término domótica en la enciclopedia Larousse como “el concepto de vivienda que integra todos los automatismo en materia de seguridad, gestión de la energía, comunicaciones, etc. (MERCHAN, 2006) La Domótica es un concepto interdisciplinario que se refiere a la integración de las distintas tecnologías en el hogar mediante el uso simultáneo de las telecomunicaciones, la electrónica, la informática y la electricidad. Además su fin es mejorar la calidad de vida de los seres humanos. (Domotica, s.f.) 8 Figura 1: Hogar domótico (mejía, 2011) Hoy en día cuando se habla de domótica se imagina inmediatamente término control remoto que es muy utilizado para cualquier tipo de proceso logrando con ello resultados muy satisfactorios en el manejo del dispositivo que se quiere controlar. Una vivienda inteligente está basada en protocolos de comunicación en el ámbito doméstico, su habitante puede controlar desde una computadora ,un celular, o un panel de control elementos como los sistemas de iluminación, climatización, así como también los distintos dispositivos que hay en el interior del hogar (electrodomésticos); utilizar Internet para la compra o incluso vigilar las actividades de los más pequeños en su habitación a través de una cámara web, la flexibilidad de este tipo de control permite a las personas un mejor desempeño en sus actividades cotidianas a niveles tanto familiar, y tecnológico, promoviendo con ello el bienestar social y técnico cuando se habla de automatización, área fundamental para mejorar la efectividad de los procesos. Un sistema inteligente (domótico) es capaz de realizar diversas funciones en una instalación, así como también recoger información proveniente de sensores o entradas, procesarla y emitir órdenes a actuadores o salidas. 9 Figura 2: Funciones básicas de instalaciones domóticas (residenciales, 2012) Open Source: Término con el que se conoce al software distribuido y desarrollado libremente. El código abierto tiene un punto de vista más orientado a los beneficios prácticos de compartir el código que a las cuestiones morales y/o filosóficas las cuales destacan en el llamado software libre. (Olmedo, 2010) Open Hardware: Se llama Open Hardware (hardware libre) a los dispositivos de hardware cuyas especificaciones y diagramas esquemáticos son de acceso público, ya sea bajo algún tipo de pago o de forma gratuita. La filosofía del software libre (las ideas sobre la libertad del conocimiento) es aplicable a la del hardware libre. (Olmedo, 2010) 2.2.2. Evolución histórica de la domótica Desde sus orígenes, el hombre siempre ha ido buscando la funcionalidad y el bienestar dentro de sus propias viviendas, diseñando y construyendo infraestructuras para el mejor aprovechamiento de los recursos naturales. Las primeras instalaciones Domóticas se destinaron a la solución de aspectos superficiales, los cuales no justificaban la inversión que debía realizar el usuario, donde la única manera de construir una instalación automatizada era con el uso de sensores y actuadores que a través de un controlador manejaba cada sistema utilizando una arquitectura de comunicación centralizada. 10 Este tipo de sistemas eran poco flexibles, siendo muy difícil y costoso el aumento de las prestaciones, lo que se tradujo en una desaceleración en su penetración en la sociedad y en su evolución, por lo cual se iniciaron los intentos para establecer tecnologías estándares. El primer país en impulsar y favorecer el desarrollo de la Domótica fue Estados Unidos con el proyecto Smart House dirigido por la NAHB (National Association of Home Builders). El proyecto, iniciado en 1984, pretendía reunir en un cable unificado a los distintos sistemas que pueden existir en una vivienda. En Europa, los primeros esfuerzos de normalización se iniciaron en 1985 a cargo del programa EUREKA. El proyecto, denominado Integrated Home Systems, tenía como objetivo implantar una red doméstica con normas de utilización comunes. En 1987 la Asociación de Industrias Electrónicas de Japón (EIAJ) presentó un proyecto, el cual, se trataba de una normativa de bus doméstico, denominada HBS (Home Bus System), con la participación de distintos fabricantes. En 1989, se creó el proyecto europeo Home Systems, dentro del programa ESPRIT (European Strategic Program for Research and Development of Information Technology), con el objetivo de continuar los trabajos iniciados bajo el programa EUREKA. Si se centra el impacto de la domótica se debe remontar a finales de los años 80’s y principios de los 90’s. Aparecen entonces las primeras iniciativas para implantarla en la promoción de vivienda; pero la transición es poco afortunada, por el empleo en principio de sistemas que no respondían a las expectativas de los usuarios. (Chamorro Galvés Wlliam Rolando, 2008) Esta primera etapa estaba caracterizada por: Un gran desconocimiento de la domótica como disciplina, posibilidades y usos, así como por la presencia de un reducido número de empresas especializadas en el sector. Una oferta reducida en la que existían sistemas poco integrados, difíciles de instalar y de utilizar por el usuario final y excesivamente caros. 11 En algunas ocasiones, los sistemas disponibles en el mercado se basaban en productos diseñados y fabricados para otros mercados con otras características y necesidades distintas. Una ausencia de normativa que regulara la instalación de sistemas domóticos, así como la escasa formación para los diferentes profesionales implicados. La desafortunada imagen de los medios de comunicación al asociar esta disciplina con la ciencia ficción (edificio inteligente, la vivienda del futuro), alejándose de las posibilidades y las finalidades de ésta. En cuanto a la tecnología propiamente dicha, diríamos que la evolución fue bastante parecida a lo expuesto anteriormente: Tecnologías generalmente utilizadas por otros sectores como podían ser la industria, que dieron lugar a unos interfaces muy poco atractivos para el usuario y con un alto grado de especialización por parte de los profesionales que los instalaban. Este puede ser el caso de los autómatas programables industriales (PLCs). Utilización de un ordenador, que como en el caso anterior, requerían de sistemas prácticamente hechos a medida para la propia instalación y un alto nivel de profesionalidad por parte de los instaladores y posteriormente por parte de los mantenedores y de los usuarios. En los dos casos anteriormente expuestos, con el apoyo de la informática, se hacía patente en la ausencia de software específico para el diseño, implementación y seguimiento de dichos sistemas. Aparecen además otros sistemas que son propietarios: cada una de las casas fabricantes de material eléctrico, y más en concreto sus divisiones de construcción y edificación, diseñaron y crearon su propio sistema basado en una tecnología totalmente opaca y por supuesto incompatible con otros sistemas. Luego de una época de transición, la Domótica ha evolucionado considerablemente gracias a los distintos proyectos realizados. Producto 12 delos cuales han surgido en el mercado nuevos estándares domóticos tales como: CEBus, X10, EIB, Lonworks, ZigBee, Bluethoot, etc. Al mismo tiempo debido a la disponibilidad y flexibilidad del microprocesador y a la drástica caída de los precios del hardware electrónico, es posible construir sensores y actuadores con inteligencia suficiente como para implementar una red de área local de control distribuido. Hoy en día el desarrollo tecnológico y la convergencia entre la informática y las comunicaciones, así como la aparición de estándares, el interés de promotores y constructores, la penetración del Internet y la obtención de una nueva visión de las necesidades a cubrir posibilitan, de manera sencilla, la implementación de los sistemas domóticos en las viviendas y edificios. 2.2.3. Gestión de los Sistemas Inteligentes (Domótica) Los Sistema Inteligentes (Domótica) en hogares u oficinas se encargan de gestionar principalmente los siguientes aspectos: Energía Eléctrica: Un sistema domótico se encarga de gestionar el consumo de energía mediante temporizadores, relojes programadores, sensores, termostatos, etc. Confort: La domótica proporciona una seria de comodidades, como pueden ser el control automático de los servicios de: calefacción, agua caliente, refrigeración, iluminación entre otros. Seguridad: La seguridad y vigilancia que nos proporciona un sistema domótico es más amplia que la que nos puede proporcionar cualquier otro sistema, pues integra 3 campos de la seguridad que normalmente están controlados por sistemas distintos: Seguridad de los Bienes: Gestión de control de acceso y control de presencia, así como la simulación de presencia. Seguridad de las Personas: Especialmente para las personas mayores, personas minusválidas y enfermas. Se puede tener acceso mediante un nodo telefónico. 13 Incidentes y Averías: mediante sensores, se pueden detectar los incendios y las fugas de gas y agua. Comunicaciones: La domótica tiene una característica fundamental, que es la integración de sistemas, por eso hay nodos que interconectan la red con diferentes dispositivos, como la red telefónica, el videoteléfono, etc. Figura 3: Esquema de Sistema Inteligente (Inteligente, s.f.) 2.2.4. Razones para el desarrollo de la domótica Existen diversas razones para considerar la Domótica como un mercado de especial potencial y positiva evolución en los próximos años estos son: Viviendas existentes: Es indiscutible que el parque de viviendas representa un mercado potencial de especial interés, al estar constituido por millones de hogares. A pesar del potencial del parque de viviendas existentes, es también importante el sector de la construcción de vivienda nueva, aunque en estos momentos permanezca estancada debido a la crisis actual en la que vivimos. Preservación de la naturaleza y ahorro energético: Se tiene la necesidad de cuidar y proteger nuestro entorno, ya que como justifican los informes de los expertos, de cualquier otro modo, estamos sujetos al agotamiento de los recursos del planeta. La sociedad es consciente de estos problemas y hace lo que está en sus manos por contribuir a la preservación del planeta. La Domótica, debe ser un contribuyente más a tener en cuenta, su participación en la preservación del 14 planeta actúa de manera directa sobre las reservas de agua y nuestra economía, e indirectamente en el ahorro energético. El desarrollo de las comunicaciones: Comunicaciones y servicios por internet se están configurando como una de las propuestas más importantes para los próximos años. La evolución en este sector y su aplicación en el hogar supone, actualmente, el estudio de las necesidades de comunicación en el interior de la vivienda que permita, entre otros aspectos, la disponibilidad de una red de cableado interior a la vivienda que dé soporte a estas necesidades de comunicación. Los estudios iniciales que se realizaron para este sector, crearon unas expectativas muy importantes de crecimiento del mismo, dado el potencial de la domótica en lo que se refiere al ahorro energético, confort y seguridad., A pesar de la situación por la que pasó el sector de la construcción esta disciplina ha seguido una evolución prácticamente constante, aunque lenta. Prueba de ello son, entre otros muchos, los siguientes aspectos: Se han creado nuevas empresas que operan de forma exclusiva en el sector. El mercado se ha regulado de forma automática, desapareciendo aquellos productos que no cumplían con las expectativas y necesidades de los usuarios. Los costes de algunos productos de nuevo diseño se han reducido con respecto a las primeras iniciativas. El desarrollo de esta tecnología y el conocimiento de las necesidades reales de los usuarios deben permitir el rediseño de productos optimizando el coste. Desde las primeras promociones inmobiliarias, que incluían un buen número de sistemas y aplicaciones con cierto grado de dificultad de uso, se han llevado a cabo nuevas promociones, con un equipamiento más reducido, de mejores prestaciones y con menor dificultad de uso. A lo largo de estos últimos años se han venido realizando numerosas conferencias, seminarios, foros y certámenes destinados a difundir la domótica. 15 Aparecen en prensa, tanto generalista como especializada, así como en Internet diversos artículos que ya no utilizan el tono poco afortunado de las primeras reseñas en las que se asociaba el concepto de domótica a imágenes futuristas de casas, fuera de los límites razonables actuales. El grado de desarrollo actual de la Domótica en el mundo, es considerable sobre todo si se tiene en cuenta su reciente historia. Es posible destacar hoy la existencia de una treintena de sistemas domóticos y de un buen número de productos con prestaciones domóticas para el hogar que evidencian la evolución seguida por este mercado. Aunque no parece un número muy elevado de sistemas, se estima como muy significativo su novedad. La oferta actual se caracteriza por ser suficientemente atractiva y por adaptarse a cualquier tipología de edificio. 2.2.5. Arquitectura de Redes La arquitectura de un sistema domótico, como la de cualquier sistema de control, debe especificar el modo en que los diferentes elementos de control del sistema se van a ubicar. Mencionaremos las arquitecturas más utilizadas: Centralizada Es aquella en la que los elementos a controlar y supervisar han de cablearse hasta el sistema de control de la vivienda (computadora). El sistema de control es el corazón de la vivienda, en cuya falta todo deja de funcionar, y su instalación no es compatible con la instalación eléctrica convencional en cuanto que en la fase de construcción hay que elegir esta topología de cableado. 16 Figura 4: Arquitectura de Red Centralizada (Domótica, s.f.) Distribuida Es aquella que se refiere a la separación o distribución de la capacidad de proceso; pero, no lo son en cuanto a la ubicación física de los diferentes elementos de control y viceversa. Esto es, sistemas que son de 12 arquitectura distribuida en cuanto a su capacidad para ubicar elementos de control físicamente distribuidos, pero no en cuanto a los procesos de control, que son ejecutados en uno o varios procesadores físicamente centralizados. Figura 5: Arquitectura de Red Distribuida (Domótica, s.f.) Descentralizada En un sistema descentralizado existen varios controladores, conectados a sensores y actuadores, quienes a su vez están interconectados por medio de un “Bus”. 17 Este modelo nació de la necesidad de tener mejor acceso a ciertos dispositivos y a causa de la existencia de diferencia en los protocolos y características de los distintos fabricantes. Figura 6: Arquitectura de Red Descentralizada (Domótica, s.f.) Arquitectura Híbrida/ Mixta En un sistema basado en este tipo de arquitectura se combinan las arquitecturas de los sistemas distribuidos, centralizados o descentralizados. Por lo que puede disponer de un controlador central o varios controladores descentralizados, los dispositivos de interfaces, sensores y actuadores pueden también ser controladores y procesar la información (que captan ellos mismos u otro sensor), según el programa, o la configuración, y pueden actuar de acuerdo a ella, como por ejemplo, enviándola a otros dispositivos de la red, sin que necesariamente pase por un controlador. 18 Figura 7: Arquitectura de Red Híbrida (Domótica, s.f.) 2.2.6. Transmision sin cable Los medios no guiados o sin cable han tenido gran acogida al ser un buen medio de cubrir grandes distancias y hacia cualquier dirección, su mayor logro se dió desde la conquista espacial a través de los satélites y su tecnología no para de cambiar. De manera general podemos definir las siguientes características de este tipo de medio: La transmisión y recepción se realiza por medio de antenas, las cuales deben estar alineadas cuando la transmisión es direccional, o si es omnidireccional la señal se propaga en todas las direcciones. Radiofrecuencia: La introducción de las radiofrecuencias como soporte de transmisión en la vivienda, ha venido precedida por la proliferación de los teléfonos inalámbricos y sencillos telemandos, apareciendo cada día nuevos tipos de comunicación inalámbrica para la transmisión de datos. La radiofrecuencia puede parecer, en principio, idóneo para el control a distancia de los sistemas domóticos, dada la gran flexibilidad que supone su uso. Sin embargo la este medio resulta particularmente sensible a las perturbaciones electromagnéticas producidas, tanto por los medios de transmisión, como por los equipos domésticos. No obstante no cabe ninguna duda que las tecnologías inalámbricas en radiofrecuencia son las que más se van a desarrollar en los próximos años. En estos momentos se puede distinguir Bluetooth, IEEE 802.11b y g (WiFi), IEEE 802.15.4 (Zigbee). (CasaDomo, 2014) Bluetooth: Aunque la idea y tecnología fue desarrollada inicialmente por ingenieros suecos de la empresa Ericsson ("diente azul" fue un vikingo sueco que 19 presumiblemente pisó tierra norteamericana unos cuantos siglos antes que Cristóbal Colón), realmente se empezó a conocer como resultado de la unión de esfuerzos en 1999 de 9 importantes compañías del sector de la información y las telecomunicaciones: 3Com (Palm), Ericsson, Intel, IBM, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia y Toshiba. Hoy por hoy existen cerca de 1400 fabricantes de todo el mundo y de diferentes áreas de negocio que han adoptado este estándar para alguno de sus productos. Bluetooth es un enlace radio de corto alcance que aparece asociado a las Redes de Área Personal Inalámbricas, o sus siglas en inglés WPAN (Wireless Personal Área Network). Este concepto hace referencia a una red sin cables que se extiende a un espacio de funcionamiento personal o POS (Personal Operating Space) con un radio de hasta 10 metros. Las WPAN constituyen un esquema de red de bajo coste que permite conectar entre sí equipos informáticos y de comunicación portátil y móvil, como ordenadores, PDA, impresoras, ratones, micrófonos, auriculares, lectores de código de barras, sensores, displays, "buscas", teléfonos móviles y otros dispositivos de electrónica de consumo. El objetivo es que todos estos equipos se puedan comunicar e inter-operar entre sí sin interferencias. El rango de frecuencias en que se mueve Bluetooth (2,402 GHz a 2,480 GHz) está dentro de una banda libre que se puede usar para aplicaciones ICM (Industrial, Científica y Médica) que no necesitan licencia. La primera versión de Bluetooth, la que implementan los circuitos disponibles actualmente o que lo harán en breve, puede transferir datos de forma asimétrica a 721 Kbps y simétricamente a 432 Kbps. Se puede transmitir voz, datos e incluso vídeo. Para transmitir voz son necesarios tres canales de 64 Kbps, para transmitir vídeo es necesario comprimirlo en formato MPEG-4 y usar 340 Kbps para conseguir refrescar 15 veces por segundo una pantalla VGA de 320x240 puntos. Están previstas dos potencias de emisión en función de la distancia que se desea cubrir, 10 metros con 1 miliwatio y 100 metros con 100 miliwatios. IEEE 802.11b (WiFi): La norma del IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.11 representa el primer estándar (aparece en 1990) para productos 20 WLAN de una organización independiente reconocida a nivel internacional, que además ha definido las principales normas en redes LAN cableadas. La definición de este estándar supone un hito importante en el desarrollo de esta tecnología, puesto que los usuarios pueden contar con una gama mayor de productos compatibles. Este estándar no especifica una tecnología o implementación concretas, sino simplemente el nivel físico y el subnivel de control de acceso al medio (MAC), siguiendo la arquitectura de sistemas abiertos OSI/ISO Actualmente la versión más conocida es la 802.11b que proporciona 11 Mbps de ancho de banda. La mayoría de los productos del mercado 802 son de esta versión y se conoce con el nombre comercial de WiFi (Wireless Fidelity). Diversas empresas ya están trabajando en el desarrollo de la versión 802.11a capaz de llegar a los 54 Mbps, aunque en otras frecuencias. El nivel físico en cualquier red define la modulación y características de la señal para la transmisión de datos. La norma específica las dos posibilidades para la transmisión en radiofrecuencia comentadas anteriormente, Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) y Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS). IEEE 802.15.4 (ZigBee): ZigBee es una alianza, sin ánimo de lucro, de 25 empresas, la mayoría de ellas fabricantes de semiconductores, con el objetivo de auspiciar el desarrollo e implantación de una tecnología inalámbrica de bajo coste. Los miembros de esta alianza justifican el desarrollo de este estándar para cubrir el vacío que se produce por debajo del Bluetooth. ZigBee, conocido con otros nombres como "HomeRF Lite", es una tecnología inalámbrica de baja velocidad y bajo consumo, con velocidades comprendidas entre 20 kB/s y 250 kB/s y rangos de 10 m a 75 m. Puede usar las bandas libres ISM de 2,4 GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU). Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver ZigBee dormido con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas. El objetivo es que un sensor equipado con un transceiver ZigBee pueda ser alimentado con dos pilas AA durante al menos 6 meses y hasta 2 años. Como comparativa la tecnología Bluetooth es capaz de llegar a 1 MB/s en distancias de hasta 10 m operando en la misma banda de 2,4 GHz, sólo puede tener 8 nodos por celda y está diseñado para mantener sesiones de voz de forma continuada. Los módulos ZigBee serán los 21 transmisores inalámbricos más baratos jamás producidos de forma masiva. Cada red física posee características esenciales de acuerdo a su rango de datos y velocidad de transmisión. Tabla 1: Rango de trabajo de los niveles físicos inalámbricos (Riquelme, 2012) Infrarrojos: No se ha incluido este medio dentro de nivel físico en la tabla y sólo hacemos una breve reseña, dado que son utilizados habitualmente en mandos a distancia para pequeños dispositivos en los edificios. Están cayendo en desuso debido al abaratamiento de las tecnologías inalámbricas por radiofrecuencia expuestas con anterioridad. La comunicación se realiza entre un diodo emisor que emite una luz en la banda de IR, sobre la que se superpone una señal, convenientemente modulada con la información de control, y un fotodiodo receptor cuya misión consiste en extraer de la señal recibida la información de control. Al tratarse de un medio de transmisión óptico, son inmunes a las radiaciones electromagnéticas producidas por los equipos domésticos o por los demás medios de transmisión (coaxial, par trenzado, corrientes portadoras, etc.). Sin embargo, habrá que tomar precauciones en los siguientes casos: Las interferencias electromagnéticas sólo afectarán a los extremos del medio IR, es decir, a partir de los dispositivos opto electrónicos (diodo emisor y fotodiodo receptor). 22 Es necesario tener en cuenta otras posibles fuentes de IR. Hoy en día existen diferentes dispositivos de iluminación que emiten cierta radiación IR. (CasaDomo, 2014) 2.2.7. Protocolos de Comunicacion Cuando se establece el soporte físico y se define la velocidad de comunicaciones, se debe analizar el protocolo de comunicaciones que utilizara el sistema y se define como: el idioma o formato de los mensajes que los diferentes elementos de control del sistema deben utilizar para entenderse unos con otros y que puedan intercambiar su información de una manera coherente. Los protocolos de comunicaciones existentes se pueden clasificar según su estandarización: 2.2.6.1. Protocolos Estándar Estos son desarrollados por fabricantes para que puedan ser utilizados abiertamente por empresas o terceras personas que empleen productos compatibles entre sí y por lo general están respaldadas por diferentes organizaciones. La ventaja principal que proporcionan estos protocolos es la capacidad para implementar o configurar una instalación domótica y su posible ampliación debido a la compatibilidad en el estándar que pueden poseer diversos equipos de distintos fabricantes pero resultan ser más costosos que los equipos de tecnología propietaria. Algunos de los protocolos estándar más utilizados son: EIB, EHS, X-10, Lonworks, Batibus, ZigBee, Bluetooth, entre otros. (Pérez A. E., 2013) ZigBee: Es un estándar de comunicaciones inalámbricas diseñado por la ZigBee Alliance. Es un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser implementadas por cualquier fabricante. ZigBee está basado en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (wireless personal área Newark, WPAN) y tiene como objetivo las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos. Bluetooth: Se denomina Bluetooth al protocolo de comunicaciones diseñado especialmente para dispositivos de bajo consumo, que requieren corto alcance de emisión y basados en transceptores de bajo costo. 23 Los dispositivos que incorporan este protocolo pueden comunicarse entre ellos cuando se encuentran dentro de su alcance. Las comunicaciones se realizan por radiofrecuencia de forma que los dispositivos no tienen que estar alineados y pueden incluso estar en habitaciones separadas si la potencia de transmisión es suficiente. 2.2.6.2. Protocolos propietarios Son desarrollados por empresas en la que sus equipos solo son compatibles con otros productos y sistemas del mismo fabricante. No se presenta compatibilidad en diferentes tipos de protocolos que se empleen en la instalación domótica. Los protocolos propietarios poseen ventaja frente a los estándares en cuanto a la economía y costo de los equipos pero resulta riesgoso emplear un solo tipo de tecnología, pues si la empresa desaparece entonces no se puede seguir teniendo soporte técnico ni posibilidades para ampliaciones futuras. Los protocolos más comunes son: Simon Vis, Domaike, Amigo, Biodom, Cardio, entre otros. 2.2.8. Hardware 2.2.8.1. Arduino Es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una sencilla placa de circuito impreso que contiene un microcontrolador que cuenta con entradas y salidas, analógicas y digitales, en un entorno de desarrollo que está basado en el lenguaje de programación processing. El dispositivo conecta el mundo físico con el mundo virtual, o el mundo analógico con el digital controlando, sensores, alarmas, sistemas de luces, motores, sistemas comunicaciones y actuadores físicos. (Pérez A. E., 2013) Hay muchos otros microcontroladores y plataformas disponibles para la computación Física donde las funcionalidades y herramientas son muy complicadas de programar Arduino simplifica el proceso de trabajar con microcontroladores, ofrece algunas ventajas y características respecto a otros sistemas. Factible: Las placas Arduino son más accesibles y factibles comparadas con otras plataformas de microcontroladores. 24 Multi - Plataforma: El software de Arduino funciona en los sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y Linux. La mayoría de los entornos para microcontroladores están limitados a Windows. Ambiente de programación sencillo y directo: El ambiente de programación de Arduino es fácil de usar para los usuarios, Arduino está basado en el entorno de programación de processing con lo que el usuario aprenderá a programar y se familiarizará con el dominio de desarrollo Arduino. Software ampliable y de código abierto: El software Arduino está publicado bajo una licencia libre y preparada para ser ampliado por programadores y desarrolladores experimentados. El lenguaje puede ampliarse a través de librerías de C++ y modificarlo a través del lenguaje de programación AVR C en el que está diseñado. ¿Para qué es utilizado? Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores. Lenguaje de programación El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, Max MSP). La plataforma Arduino se programa mediante el uso de un lenguaje propio basado en el popular lenguaje de programación de alto nivel Processing. Sin embargo, es posible utilizar otros lenguajes de programación y aplicaciones populares en Arduino. Algunos ejemplos son: Java Flash (mediante Action Script) 25 Processing Pure Data Etc. Esto es posible debido a que Arduino se comunica mediante la transmisión de datos en formato serie que es algo que la mayoría de los lenguajes anteriormente citados soportan. Para los que no soportan el formato serie de forma nativa, es posible utilizar software intermediario que traduzca los mensajes enviados por ambas partes para permitir una comunicación fluida. Es bastante interesante tener la posibilidad de interactuar Arduino mediante esta gran variedad de sistemas y lenguajes puesto que dependiendo de cuales sean las necesidades del problema que vamos a resolver podremos aprovecharnos de la gran compatibilidad de comunicación que ofrece. Tamaño De mayor a menor: Arduino MEGA Arduino Bluetooth Arduino Pro Arduino UNO Arduino Nano Arduino Mini Arduino Pro Mini Arduino MEGA 26 Figura 8: Arduino MEGA (Robotics, s.f.) Es con mucha diferencia el más potente y el que más pines i/o tiene, apto para trabajos ya algo más complejos aunque tengamos que sacrificar un poco el espacio, cuenta con el microcontrolador Atmega2560 con más memoria para el programa, más RAM y más pines que el resto de los modelos. El Arduino Mega es una placa microcontrolador basada ATmeg1280 (datasheet). Tiene 54 entradas/salidas digitales (de las cuales 14 proporcionan salida PWM), 16 entradas digitales, 4 UARTS (puertos serie por hardware), un cristal oscilador de 16MHz, conexión USB, entrada de corriente, conector ICSP y botón de reset. Contiene todo lo necesario para hacer funcionar el microcontrolador; simplemente conéctalo al ordenador con el cable USB o aliméntalo con un trasformador o batería para empezar. El Mega es compatible con la mayoría de shields diseñados para el Arduino Duemilanove o Diecimila. Arduino Bluetooth Figura 9: Arduino Bluetooth (ARDUINO, ARDUINO, 2012) 27 Incorpora un módulo para la transmisión de datos de hasta 100 metros, con esta placa podrás programar sin cables así como también realizar comunicaciones serie con cualquier dispositivo bluetooth Arduino Pro Figura 10: Arduino Pro (Wiki, 2015) Más robusto y mejor acabado final; incorpora funcionalidades interesantes tales como un conector especial para conectar una batería LiPo y realizar un montaje portátil. Todos sus componentes son de superficie y su espesor total es menor que las otras placas Arduino. Arduino UNO Figura 11: Arduino UNO (Wiki, 2015) 28 Es la placa estándar y posiblemente la más conocida y documentada. Salió a la luz en septiembre de 2010 sustituyendo su predecesor Duemilanove con varias mejoras de hardware que consisten básicamente en el uso de un USB HID propio en lugar de utilizar un conversor FTDI para la conexión USB. Es 100% compatible con los modelos Duemilanove y Diecimila. Viene con un Atmega328 con 32Kbytes de ROM para el programa. Arduino Nano Figura 12: Arduino Nano (Wiki, 2015) Su principal ventaja es que puede ser pinchado directamente sobre una protoboard haciendo muy cómodo el prototipo al igual que el Arduino mini. Arduino Mini 29 Versión miniaturizada de la placa Arduino. Mide tan sólo 30x18mm y permite ahorrar espacio en los proyectos que lo requieran. Las funcionalidades son las mismas que Arduino UNO salvo que tiene sólo se fabrica con el chip Atmega168 con 12 Kb de memoria para programa. El boot loader es algo antiguo y tarda unos 10 segundos arrancar (en el UNO es prácticamente instantáneo). Arduino Pro Mini Figura 13: Arduino Pro Mini (ohms, s.f.) Ésta es una versión mejorada del Arduino Mini fabricada por Sparkfun que incluye un chip Atmega328 con 32Kb de ROM para programa. Es el modelo favorito para utilizar en proyectos donde las dimensiones son importantes. No incluye ningún conversor serie-usb por lo que para programarlo debemos utilizar un conversor con chip FTDI también disponible en la tienda. Arduino LilyPad 30 El LilyPad Arduino es una placa con microcontrolador diseñado para prendas y etextiles. Puede utilizar con complementos similares como fuentes de alimentación, sensores actuadores unidos por hilo conductor. La placa está basada en el ARmega168V (la versión de baja consumo del ATmega168) (hoja de datos), o el ATmega328V (datasheet). El LilyPad Arduino ha sido diseñado y desarrollado por Leah Buechley y SparkFun Electronics. Arduino Fio Figura 14: Arduino Fio (Wiki, 2015) El Arduino Fio es una placa para microcontrolador basada en el ATmega328P (hoja de información) Funciona a 3.3V y 8MHz. Tiene 14 pines de E/S digitales (de los cuales 6 pueden usarse como salidas PWM), 8 entradas analógicas, un resonador en placa, un botón de reinicio (reset), y agujeros para montar conectores de pines. Tiene conexiones para una batería de polímero de Litio e incluye un circuito de carga a través de USB. En el reverso de la placa tiene disponible un zócalo para módulos XBee. Arduino Ethernet Shield Figura 15: Arduino Ethernet Shield (Wiki, 2015) 31 La Arduino Ethernet Shield permite a una placa Arduino conectarse a internet. Está basada en el chip Ethernet Wiznet W5100 (datasheet). El Wiznet W5100 provee de una pila de red IP capaz de TCP y UDP. Soporta hasta cuatro conexiones de sockets simultáneas. Usa la librería Ethernet para escribir programas que se conecten a internet usando la Shield. Arduino Wireless SD Shield Figura 16: Arduino Wireless SD Shield (Wiki, 2015) Arduino Wireless SD Shield: El Wireless SD protector permite una placa Arduino para comunicarse de forma inalámbrica mediante un módulo inalámbrico. Se basa en los módulos XBee de Digi, pero puede utilizar cualquiera de los módulos con la misma huella. El módulo se puede comunicar hasta 100 pies en interiores o al aire libre de 300 pies (con línea de visión). Puede ser utilizado como un reemplazo de serial / USB o puede ponerlo en un modo de comandos y configurarlo para una variedad de opciones de transmisión y redes de malla. Los escudos estalla cada uno de los pines el XBee a una almohadilla de soldadura a través de orificios. 32 Arduino Wireless Proto Shield Figura 17: Arduino Wireless Proto Shield (Wiki, 2015) El Wireless escudo Proto permite una placa Arduino para comunicarse de forma inalámbrica mediante un módulo inalámbrico. Se basa en los módulos XBee de Digi, pero puede utilizar cualquiera de los módulos con la misma huella. El módulo se puede comunicar hasta 100 pies en interiores o al aire libre de 300 pies (con línea de visión). Puede ser utilizado como un reemplazo de serial / USB o puede ponerlo en un modo de comandos y configurarlo para una variedad de opciones de transmisión y redes de malla. Los escudos estalla cada uno de los pins el XBee a una almohadilla de soldadura a través de orificios. Arduino Wireless Mothor Shield Figura 18: Arduino Wireless Mothor Shield (Wiki, 2015) 33 El Arduino protector del motor se basa en la L298 (hoja de datos), que es un doble puente completo controlador diseñado para manejar cargas inductivas tales como relés, solenoides y motores de corriente continua paso a paso. Le permite manejar dos motores de corriente continua con su placa Arduino, el control de la velocidad y dirección de cada uno de forma independiente. También se puede medir la absorción de corriente del motor de cada motor, entre otras características. El escudo es TinkerKit compatible, lo que significa que puede crear rápidamente proyectos conectando módulos TinkerKit a la junta. Arduino Proto Shield Figura 19: Arduino Proto Shield (Wiki, 2015) El Arduino Shield prototipos hace que sea fácil para usted para diseñar circuitos personalizados. Se proyecto, ni lo puede soldar piezas en use con un el área de pequeño breadboard (no prototipo para incluido) para crear su probar rápidamente las ideas de circuitos sin necesidad de soldadura. Tiene conexiones adicionales para todos los Arduino pines I / O, y tiene espacio para montar a través de agujero y la superficie de montaje de circuitos integrados. Es una forma conveniente de hacer el circuito de la costumbre y la Arduino en un único módulo. Programación Vamos a nombrar en las que se puede programar el chip directamente con un cable USB, los que no se citen se entiende que requieren de algo que no se incluye con la placa ya sea un programador externo o similar. 34 Arduino Mega Arduino UNO Arduino Bluetooth Arduino Nano Arduino Pro 2.2.8.2. Dispositivos acoplables a Arduino Para conseguir las características de un sistema domótico es necesario que además del órgano central que controle el sistema tengamos a disposición sensores que puedan recoger datos sobre la situación de cada habitación de la vivienda. Dependiendo de estos datos el sistema domótico debe ser capaz de comunicarse con los actuadores para mejorar la situación de la vivienda. También deben existir elementos con los que el usuario pueda comunicarse con el sistema y pueda hacer los cambios oportunos manualmente. Los dispositivos estarán conectados mediante cables o directamente acoplados a la placa Arduino. Algunos de ellos disponen de librerías que deberemos adjuntar al programa para poder usar las utilidades que contengan. Para ello añadiremos la carpeta de la librería en la carpeta libraries del entorno de desarrollo de Arduino. Al principio del código del sketch incluiremos la librería con la línea: #include <nombreLibreria.h> Para utilizar los métodos de sensores y actuadores digitales debemos tener en cuenta que solo tenemos dos posibles valores, HIGH representa el nivel alto y LOW el nivel bajo. En el caso de los analógicos su uso es levemente más complejo pero también más configurable ya que tiene que leerse/escribir un voltaje de 0 a 5 voltios que se representa en 10 bits (lectura) o en 8 bits (escritura), es decir la tensión puede tener 1024 (lectura) o 256 (escritura) valores distintos. 2.2.8.3. Sensores Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las 35 variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en un detector de temperatura resistivo), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. Los sensores siempre que estén activados estarán tomando continuamente la situación actual de una habitación y es el servidor o la placa Arduino quien leerá esta información y decidirá cómo actuar. Pueden ser digitales o analógicos. Los digitales tienen que ser inicializados como pin de salida con el método pinMode(numeroDePin, OUTPUT). Para poder obtener una lectura de los datos usaremos el método digitalRead(numeroDePin). Los analógicos no requieren esta fase de inicio y para leer lo haremos con analogRead(numeroDePin). Es recomendable asignar a una variable la lectura recibida por los métodos para evitar tener que llamar a la misma función en caso de necesitarse de nuevo. Como los sensores analógicos son algo más complejos que los digitales se tratarán con un ejemplo. Los sensores que sean responsables de la seguridad de la vivienda deberían avisar del evento mediante un actuador (por ejemplo un timbre o LED) o algún elemento de comunicación (como un correo electrónico o un mensaje de texto al móvil). También podría almacenarse el suceso en un fichero del servidor. A continuación se describirán algunos sensores a tener en cuenta en un sistema domótico. Módulo de gas: El detector de gas hace que la vivienda gane en seguridad si cuando detecta un nivel alto de gas (lectura HIGH) el sistema avisa a la persona. Sería importante que el sistema pudiera desconectar la mayor parte de red eléctrica posible de la vivienda. 36 Figura 20: Sensor de Gas (Innovations, s.f.) Módulo PIR: Otro elemento que interviene en la seguridad cuando no hay nadie en casa es un detector de movimiento. En caso de detectar suficiente movimiento se leerá un nivel alto. También se puede utilizar para el confort del ser humano. En caso de detectar movimiento en la habitación encender por ejemplo las luces o la calefacción, dependiendo también de la lectura responsable de los dos casos. Figura 21: Sensor de Movimiento (Gil, s.f.) Módulo de luz: Este dispositivo es capaz de detectar el nivel de intensidad de luz que hay en la habitación de forma analógica. El sistema leerá el voltaje y en caso de detectar un nivel bajo de luz podría encender las luces de la habitación siempre y cuando se detecte movimiento. Figura 22: Sensor de Luz (openhacks, s.f.) Módulo de humedad (y temperatura): Algunos dispositivos son capaces de obtener varias mediciones en el mismo módulo. El módulo de la ilustración corresponde a un DHT11 capaz de representar digitalmente la humedad ambiental medida en % además de la temperatura en Cº. Tiene una precisión decimal y dispone 37 de su propia librería que contiene los métodos para recoger sus mediciones. Este módulo es interesante colocarlo en la zona externa de la casa, como el balcón, la galería o el jardín. Figura 23: Sensor de Temperatura y Humedad (arubia45, s.f.) Módulo de temperatura: En caso de utilizar calefacción o aire acondicionado el sensor de temperatura puede ayudar a reducir el coste de la factura de la luz y acomodar un poco más al ser humano. Cuando se detecte cierto umbral de temperatura podría apagarse/encender o modificar la potencia de la calefacción. Figura 24: Sensor de temperatura (Jasirgo, 2012) 2.2.8.4. Actuadores Los actuadores son los dispositivos utilizados por el sistema de control centralizado, para modificar el estado de ciertos equipos o instalaciones (el aumento o la disminución de la calefacción o el aire acondicionado, el corte del suministro de gas o agua, el envío de una alarma a una centralita de seguridad, etc.). Estos dispositivos suelen estar distribuidos por toda la vivienda y, según el modelo, pueden admitir baterías. En algunos casos, el sensor y el actuador son integrados en el mismo dispositivo. 38 Entre los más comúnmente utilizados están: los contactores (o relés de actuación) de carril DIN, los contactores para base de enchufe, las electroválvulas de corte de suministro (gas y agua), las válvulas para la zonificación de la calefacción por agua caliente, sirenas o elementos zumbadores para el aviso de alarmas en curso, encendido/apagado, subida/bajada persianas, abertura/cierre puertas, etc) Figura 25: Diagrama de Boques Sensor de luz-Actuador de Persianas (Pinto, 2012) 2.2.7.4 1. Clasificación de los actuadores: Según de tipo de entrada Según la magnitud controlada Motores, persianas, toldos, luminarias, calefactores, climatizadores, electroválvulas, cerraduras, sirenas, electrodomésticos, etc. 39 2.2.7.4.2. Actuadores utilizados en los sistemas inteligentes Preaccionadores-Relés Un relé es un interruptor eléctrico o electrónico basado en un circuito de acoplamiento que permite la utilización de potencias importantes a la carga (salida) a través de pequeñas señales de control en la entrada, a la vez que sirve como interfaces de protección por aislamiento ante posibles problemas eléctricos. Los relés más sencillos y los más utilizados son los de tipo electromecánico de armadura. Figura 26: Introducción a los Relés (Hernández, 2013) Relés electromecánicos Otros relés de tipo electromecánico son los de núcleo móvil, que permiten manejar mayores corrientes, los relés reed de muy reducido tamaño y los relés polarizados cuyo sentido de alimentación de la bobina permite cambiar los contactos de salida que se abren o cierran. Relés de estado solido Los relés de estado sólido SSR (Solid State Relay) están formados un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Tienen la ventaja de no 40 producir ruido debido a que el circuito de acoplamiento está basado en componentes no electromecánicos. Relés de reducido tamaño Por último comentar que uno de los requisitos más importantes en el sector terciario en el que se centran la domótica y la inmótica es la necesidad de disponer de elementos de reducido tamaño, para su incorporación y cuadros eléctricos generales en carril DIN o en cajas de distribución o de mecanismos. Motores eléctricos El motor eléctrico es sin duda el actuador eléctrico más utilizado y que más aplicaciones tiene en todos los niveles de la utilización de la electricidad. Existe una gama muy amplia de tipo de motores, que se elegirán en función de la aplicación y de la red eléctrica que se disponga en el lugar de utilización. En los ámbitos de la domótica y la inmótica, los motores forman parte como accionamiento lineal o rotatorio de algún tipo de equipo con el que gobernar las múltiples instalaciones, cubriendo determinadas funcionalidades: climatización, bombeo, apertura y cierre de portones, persianas, cortinas y toldos, sistemas de elevación, ventilación, etc. O formando parte de los más diversos electrodomésticos y equipos electrónicos: lavadoras, lavavajillas, licuadoras, bombas de acuario, cámaras motorizadas, y otros muchos. Persianas y toldos En el caso de toldos y persianas el motor se instala en el interior del eje haciéndolo girar y con ello permitiendo la extensión o recogida de elemento en cuestión. El dispositivo de control maneja dos señales para permitir el giro en dos sentidos. 41 Figura 27: Motor de persiana para inserción en eje (Pérez M. L., 2015) Cerraduras eléctricas Este tipo de actuadores se utilizan para facilitar el acceso a viviendas y edificios en combinación con otros elementos para el control de accesos que identifican al usuario o simplemente detectan o avisan de la intención de entrar. Los más simple y utilizados se basan en electroimanes que se colocan en la puerta o en el marco, permitiendo liberar el pestillo cuando se le hace llegar una señal eléctrica. Figura 28: Cerraduras Electricas (Linea, s.f.) 2.2.8.5. Microcontroladores Como su nombre lo indica Micro por su tamaño, es un dispositivo pequeño, y Controlador porque se utiliza principalmente para controlar otros circuitos o dispositivos, sus líneas de entrada/salida soportan las conexiones de los sensores y actuadores a manejar y todos los recursos complementarios disponibles. Un microcontrolador es un dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos lógicos. Estos procesos o acciones son programados en lenguaje ensamblador por el 42 usuario, y son introducidos en este a través de un programador, es decir que un microcontrolador es un circuito integrado que contiene toda la estructura (arquitectura) de un microcomputador. 2.2.8.6. Software MicroCode Studio Es una herramienta de diseño integrado (IDE) que incluye un circuito para depurar errores (In circuit Debugging - ICD) que está especialmente diseñada para laboratorios de micro ingeniería. Gracias a su completo editor podrás tener todas las facilidades para programar ya que dispone de un sistema de realce de sintaxis, ayuda contextual, y un modo para esconder el código con el que no estás trabajando para focalizar y centrarte en una pequeña parte. Además incorpora un buscador que navega dentro de los distintos archivos, definiciones, variables, etiquetas. Su circuito integrado de depuración de errores permite comprobar el funcionamiento de la aplicación, registrar funciones y analizar el rendimiento mientras el programa está en marcha. WinPic 3.55G Cualquier programa que hagamos en el código fuente en ensamblador (ASM), lo compilamos y transformamos en un archivo .hex que es el que vamos a grabar con el WinPic800 al PIC 16F84A a través del TE20x. Figura 29: Diagrama de flujo WinPic800 (Acaymo, 2008) 43 Winpic800 es un programa grabador de Microcontroladores muy usado y fácil que puedes descargar libremente en www.winpic800.com Figura 30: Pantalla WinPic (Acaymo, 2008) Software para Arduino El software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la placa. Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos. Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basasdo en Wiring) y 44 el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP). El entorno de desarrollo de Arduino es sencillo e intuitivo además puede descargarse gratuitamente desde su página oficial para distintos sistemas operativos. Ha sido implementado con Processing, un lenguaje similar a Java. Su última versión es la 1.0.2 aunque en el proyecto se ha utilizado la 1.0.1. Es importante remarcar que la placa Arduino Uno solo la podremos utilizar a partir de la versión beta 0021. Está formado por una serie de menús, una barra de herramientas con botones para las funciones comunes, un editor de texto donde escribiremos el código, un área de mensajes y una consola de texto. Las placas pueden ser hechas a mano o compradas montadas de fábrica; el software puede ser descargado de forma gratuita. Los ficheros de diseño de referencia (CAD) están disponibles bajo una licencia abierta, así pues eres libre de adaptarlos a tus necesidades. (ARDUINO, ARDUINO, 2012) Figura 31: IDE software de Arduino UNO 45 (Massimo, 2012) 2.3. Identificación de Variables Variable independiente: Sistema DomSystem (Red de Sensores) con tecnología WIRELESS-BLUETHOOT. Variable dependiente: Automatización de servicios, confort y seguridad en un prototipo a escala 2.4. Hipótesis El diseño de un Sistema DomSystem con tecnología WIRELESS-BLUETOOTH mejorará la automatización de servicios, confort y seguridad en un prototipo a escala que podrá ser escalable con el tiempo y puesto en marcha en cualquier ambiente físico. 46 CAPÍTULO 3 Establece los niveles o fases propuestas de la investigación seguidamente el procedimiento para la realización del trabajo. 3. METODOLOGÍA La metodología es la base más importante para la realización del proyecto ya que el desarrollo de la misma integra varios procesos, donde todos los módulos deben actuar y funcionar adecuadamente. Para alcanzar los objetivos establecidos deberemos elegir herramientas óptimas que faciliten el desarrollo y que nos permitan el cumplimiento de un cronograma establecido con su respectivo funcionamiento. En el proyecto se aplicó investigación bibliográfica, la cual brindó el soporte documental en todo lo relacionado al proceso de búsqueda de conocimiento, proporcionando información de la tecnología de plataforma de Hardware Libre Arduino, dispositivos de conexión inalámbrica, protocolos de comunicación, convergencia de las TICS y muchas más herramientas necesarias para hacer que la idea de la creación del prototipo se haga realidad. Para la implementación del proyecto se necesitó de un proceso de maquetación, la construcción de la parte física de los dispositivos, la comunicación entre equipos, el software de control, todo el sistema utilizará como plataforma base Arduino en la que se interactuará con otros dispositivos. Los aspectos que se relacionan en la creación del sistema son varios: Elección de los dispositivos que se adapten a los objetivos que queremos cumplir. El factor económico es decir con cuanto capital se dispone para afrontar la consecución del proyecto. El factor de estética ya que al elegir dispositivos inalámbricos evitaríamos el cableado que en muchas ocasiones es una molestia, aun sabiendo que los dispositivos inalámbricos llegan a valer más a la final de la implementación a gran escala resultara más bajo en costos. 47 Como objetivo se ha propuesto crear un sistema de monitoreo y control mediante actuadores y sensores con placas de bajo costo , para el funcionamiento habrá que brindar la lógica adecuada para que puedan comunicarse la placa master y la placa esclavo con el fin de poder monitorear y controlar los dispositivos para los sectores donde fueron implantados. La fase de verificación y pruebas determinara que los dispositivos interactúen en red mediante la aplicación de control. En resumen la metodología planteada consiste en 4 fases con un modelo incremental basado en un desarrollo en cascada ya que sin la terminación de un ciclo no se podrá seguir con su consecutivo. ENTRADA FASE 1 Planificación Investigación FASE2 FASE3 Diseño FASE4 SALIDA Implementación Despliegue Desarrollo 3.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN En el presente proyecto se aplicó investigación bibliográfica la cual nos ayudó con el soporte documental proporcionando información de todas las tendencias y aplicaciones que se encuentran en el mercado así mismo de tecnologías que aporten al bajo costo de construcción. Como tendencia actual y por la convergencia de las TICS se ha dotado de conocimientos sobre plataformas que nos permitan su uso, de ahí que luego de una amplia investigación se ha propuesto relacionar conceptos como: Arduino, Sensores, Tipos de Sensores, Actuadores, Comunicación Inalámbrica, tecnologías existentes desde hace tiempo y todas las herramientas necesarias para hacer que la idea de la creación del prototipo sea un hecho. También se utilizó investigación experimental ya que al concluir con la infraestructura de hardware necesitaremos obligatoriamente hacer pruebas de conexión, sabiendo que existe transmisión de datos utilizaremos la programación lógica adecuada para comunicarnos entre dispositivos y así recopilar información de cada uno de los actuadores y sensores para que cumplan con la necesidad requerida. 48 3.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN La investigación iniciará con carácter exploratorio porque el investigador se asocia directamente al problema, necesidades y requerimientos en base al tema propuesto. De esta forma se actuara como eje fundamental para proporcionar la solución, además se tendrá una visión clara y directa del prototipo a implementar; se pasará a un nivel descriptivo para explicar las propiedades, características y rasgos de cada uno de los dispositivos que conforman el proyecto y así ver que tan factible es cada uno de los elementos para afrontar el problema; seguirá con el nivel correlacional porque se relacionan las variables dependiente e independiente propuestas es decir todos los requerimientos como la automatización y el confort tendrán de trabajar en conjunto para armar el sistema de monitoreo y control concluyendo finalmente en un nivel explicativo ya que se detallará la solución al problema presentando un robusto prototipo que cumpla con todos los requerimientos y sea precedente de próximas investigaciones y futuras adecuaciones 3.3 PROCEDIMIENTO DEL PROYECTO 3.3.1 Fase 1 (Planificación e Investigación) Esta fase inicial permite esbozar las características que queremos añadir al proyecto, desde la gestión de iluminación y demás actuadores que queremos controlar y censar. Definir las ideas para elegir el tipo de infraestructura física tales como dispositivos de control, sensores, actuadores, medios de transmisión. Para la consecución del sistema nos basamos en esbozos iniciales para concluir en un final adaptándose a la idea inicial pero con fundamentos teóricos y prácticos acorde a los objetivos a cumplir. 49 ESBOZO 1 En esta fase inicial la idea fue la elección del medio de transmisión entre la tarjeta principal o master y la tarjeta esclavo la cual permite la comunicación entre sensores y actuadores, a su vez se tenía previsto una red GSM que nos permitiría mensajes de alarma en texto al celular. ESBOZO 2 Gracias a proyectos ya realizados, investigación y desarrollos ya existente en base a nuevas tecnologías sobre sensores, actuadores y hardware de comunicación se eligió como plataforma base a ARDUINO por ser OPEN HARDWARE, estar acorde en la idea que se quería plasmar, ejemplos ya realizados y la amplia información sobre este dispositivo de control. 50 ESBOZO 3 Ya teniendo la idea clara de cómo funcionan cada dispositivo se procedió a esquematizar la distribución de las placas es decir con cuantas placas vamos a contar para llevar a efecto el desarrollo, que es lo que vamos a censar y como vamos a actuar inteligentemente con cada uno de los elementos que conformaran tanto la placa master, como la placa esclava. 51 ESBOZO 4 Se seguía manteniendo y analizando la idea inicial, pero queríamos convertirla en un sistema más grande por eso se veía la posibilidad de también implementar una RED GSM y conexión remota mediante internet, las expectativas iban más allá de la realidad pero también se tenía que estimar costos y tiempo. 52 ESBOZO FINAL Para esta etapa final ya se tenía claro que es lo que se va hacer, que vamos utilizar, con cuanto recursos contamos y que disponibilidad de tiempo se le va a dar al proyecto para poderlo concluir. En tal virtud los elementos a utilizar en la plataforma de hardware fueron analizados previamente y se concluyó de la investigación que los más óptimos y acordes al planteamiento principal fueron los siguientes: PLACA MASTER: Arduino Mega-Bluetooth (Recepción de Datos) PLACA SLAVE: Arduino Mega-2 Módulos Bluetooth (Recepción - Transmisión de Datos) 53 SENSORES: Presencia (Movimiento), Magnéticos (Control de Ventanas). ACTUADORES: Relé, Motor, Luces Led. GESTION: Seguridad - Monitoreo - Control 3.3.2 Fase 2 (Diseño y Desarrollo) Para esta fase habrá que elegir ya específicamente todo lo que utilizaremos en el sistema es decir empezando desde los dispositivos que formaran parte del hardware, el software que nos permitirá de dotar de la programación lógica para que cada uno de los elementos puedan comunicarse entre sí y el conocimiento específico de cada una de las partes que conformaran el sistema. El modelo incremental que estamos utilizando se basa en el modelo en cascada ya que sin la terminación de un ciclo no se podrá seguir con su consecutivo. 54 3.3.2.1 Herramientas del Diseño Las herramientas en este caso el software para transferir los esbozos y las ideas plasmadas, se dividen específicamente en: Herramientas para la construcción, diseño esquemático e impresión de placas. Herramienta de Programación para dotar de la lógica permitente a cada uno de los dispositivos. Herramientas de Compilación y Grabación la que nos permite transferir la programación lógica a cada uno de los microprocesadores a utilizar. Herramientas para pruebas y recolección de datos de la comunicación. Herramientas para el desarrollo del software de control. Estas herramientas son un conjunto elemental para poner en marcha el proyecto y las podemos describir a cada una de ellas con sus funciones específicas: Proteus Versión 7.10: Software que consta del módulo Isis para el diseño, simulación y el módulo Ares para la elaboración de rutado o pistas para la elaboración de la placas de circuito impreso. Bascom – AVR: Software compilador en Basic para realizar la programación de rutinas a ser realizadas por de los diferentes micro controladores y dispositivos. Code Vision: Compilador y Grabador para dispositivos atmel, para nuestro caso mencionaremos al Arduino Mega que consta de un micro controlador ATmega2560. Terminal software- RS232: Software de simulación para comprobar puertos seriales. Visual Basic 6.0: Lenguaje de Programación utilizada para la elaboración de interfaces que faciliten la comunicación entre dispositivos y nos permita el control de los mismos. App Inventor: El App inventor es una aplicación de Google Labs para crear aplicaciones Android, estas apps pueden crearse desde cualquier smartphone con sistema operativo Android y es la que nos permitirá realizar la interfaz amigablepara el usuario que le permita controlar los actuadores del sistema. 55 3.3.2.2 Desarrollo de los Módulos Hardware Para que el desarrollo del sistema se adapte a nuestros requerimientos se utilizó una arquitectura centralizada distribuyendo el proyecto en tres módulos (Módulo de Control o Máster, Módulo de Comunicación o Esclavo e Interfaz de Usuario). La topología usada es tipo estrella donde el Módulo de control Máster es el cerebro, el cual nos permite la óptima comunicación entre los elementos o dispositivos y además nos permite establecer los protocolos a utilizar. MODULO MODULO MASTER SLAVE Arduino Mega Bluetooth HC 05 SLAVE Bluetooth HC 05 Arduino Mega Figura 32: Esquema General de los Módulos (Hecha por Investigador) 56 Módulo Máster: Es el encargado de todo el control y funcionamiento de nuestro sistema consta de un módulo bluetooth la función primordial es estar en ciclo de espera hasta recibir la señal enviada por el módulo de comunicación que contiene el modulo bluetooth esclavo para así poder validar la señal recibida y posteriormente generar la señal encargada del accionamiento de los actuadores. Para la construcción de esta placa Máster se utilizó una tarjeta Arduino Mega que contiene el micro controlador ATmega2560. El Arduino Mega es una placa microcontrolador basada ATmeg2560 (datasheet). Tiene 54 entradas/salidas digitales (de las cuales 15 proporcionan salida PWM), 16 entradas digitales, 4 UARTS (puertos serie por hardware), un cristal oscilador de 16MHz, conexión USB, entrada de corriente, conector ICSP y botón de reset. Contiene todo lo necesario para hacer funcionar el microcontrolador; simplemente conéctalo al ordenador con el cable USB o aliméntalo con un trasformador o batería para empezar. (ARDUINO, ARDUINO MEGA 2560, 2015) Características técnicas del producto: Microcontroladores: ATmega2560 Voltaje de Funcionamiento: 5V Voltaje de entrada (recomendado): 7-12 V Voltaje de entrada (limites): 6-20 V Pines Digitales I-O 54 (de las cuales 15 proporcionan salida PWM) Pines de entrada analógica: 16 Corriente DC por pin I/O: 40 mA Corriente DC por pin 3.3V: 50 mA Memoria Flash: 256 KB de los cuales 8 KB utilizado por el gestor de arranque SRAM: 8 KB EEPROM: 4 KB Velocidad de reloj: 16 MHz. 57 3.3.2.3 Diseño de Hardware Módulo Máster La placa Master está constituida por el Módulo Arduino y el Módulo Bluetooth HC05. Módulo Arduino Mega 2560: Se utilizó este dispositivo por la factibilidad que ofrecía en cuanto al cumplimiento de los objetivos, ya que necesitábamos 3 salidas seriales una para la comunicación de la placa Máster y las otras 2 para los módulos bluetooth, a pesar de aumentar un poco su costo es uno de los microcontroladores más sencillo en el mercado por su fácil configuración e implementación ya que posee una interfaz IDE que hace más sencilla la programación lo que significa una ventaja con otros microcontroladores existentes ya que se deben trabajar más en la construcción del código fuente mediante comandos. A su vez permite la conexión para adaptar y configurar el módulo de comunicación bluetooth HC-05 Máster y así por medio de éste poder recibir la señal generada por otro dispositivo bluetooth HC-05 esclavo, analizarla y finalmente poder mandar la señal de acción para los actuadores o métodos de acceso y censo. Figura 33: Tarjeta Arduino Mega Parte Frontal (ARDUINO, ARDUINO MEGA 2560, 2015) 58 Figura 34 Tarjeta Arduino Mega Parte Trasera (ARDUINO, ARDUINO MEGA 2560, 2015) Modulo Bluetooth HC-05: Es el encargado de enviar y recibir la señal generada por los dispositivos bluetooth (esclavo) al módulo de control es decir es un módulo de dos vías o Bidireccional. La señal es producida por el usuario mediante una interfaz en el equipo pc (portátil o escritorio) para controlar los sensores y actuadores conectados en la placa máster. Se utilizó este dispositivo luego de investigar cuan necesario es para nuestra área de trabajo en este caso una WPAN (Wireless Personal Area Network) o Red de área personal inalámbrica que nos permite la comunicación entre distintos dispositivos (computadoras, puntos de acceso a internet, teléfonos celulares, PDA, dispositivos de audio, impresoras) cercanos al punto de acceso es decir como su nombre lo indica y al estar implementado en una maqueta a pequeña escala la comunicación de esta Red es de pocos metros y para uso personal. Figura 35: Red de Área Personal (Sistenas, 2010) 59 El módulo de bluetooth HC-05 es el que ofrece menor costo y características, ya que es un módulo Maestro-Esclavo, esto quiere decir que además de recibir conexiones desde una PC o Tablet, también es capaz de generar conexiones hacia otros dispositivos bluetooth. Lo que nos permite por ejemplo, conectar dos módulos de bluetooth y formar una conexión punto a punto para transmitir datos entre dos microcontroladores o dispositivos. Esquemas Placa Máster Figura 36: Diseño del Circuito Placa Máster (Gualsaquí, 2015) Figura 37: Esquemático de Dispositivos Placa Master (Gualsaquí, 2015) 60 Figura 38: Mascarilla Frontal de la Placa Máster (Gualsaquí, 2015) Para comunicarnos con el módulo y configurarlo, es necesario tener acceso al módulo mediante una interfaz serial para esto utilizamos el Arduino Mega 2560. La conexión es fácil solamente requerimos la alimentación, GND o tierra y los pines de transmisión y recepción serial (TX y RX) tomando en cuenta que se deben conectar cruzados para que el modulo funcione correctamente. TX Bt RX ARDUINO RX Bt TX ARDUINO 61 3.3.2.4 Diseño de Hardware Módulo Esclavo La placa está constituida por un módulo Arduino Mega 2560 y dos módulos Bluetooth HC-05, el primero para la comunicación con el de la placa Máster y el segundo para comunicarse con el bluetooth del dispositivo móvil. MODULO MODULO MASTER SLAVE Arduino Mega Bluetooth HC 05 SLAVE Bluetooth HC 05 Arduino Mega Figura 39: Diseño del circuito Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 62 Figura 40: Diseño del Circuito Placa Esclavo 3D Edgar Gualsaquí, 2015 Figura 41: Esquemático Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 63 Figura 42; Placa Física Esclavo lista para Montaje de Elementos Parte Frontal Edgar Gualsaquí, 2015 Figura 43: Impresión de Pistas Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 64 Figura 44: Montaje de Elementos Edgar Gualsaquí, 2015 Para el montaje de elementos en la placa necesitamos: Borneras y Conectores las que nos permitirán la conexión física del sensor de movimiento, sensores magnéticos. luces led, relé, motor, buzer. 2 Módulos Bluetooth uno que realiza la conexión con la placa master y el otro para la conexión con el dispositivo móvil. Capacitores, resistencias, opto acopladores, Diodos. CIRCUITO PUERTA Figura 45: Circuito Apertura de puerta Edgar Gualsaquí, 2015 65 Para el circuito de la puerta se utilizó un optocoplador 4n25 mas un mosfec el que nos permitirá enviar un 1 lógico o un 0 lógico para la imantación del relé, es decir si yo mando un 0 la bobina se imanta y si se manda 1 el relé vuelve a su estado normal el que servira para la apertura y cierre de la puerta. CIRCUITO SENSOR DE PRESENCIA, SENSORES MAGNÉTICOS Y ALARMA Figura 46: Circuito Sensor de movimiento, sensores magnéticos Edgar Gualsaquí, 2015 El sensor de presencia está conectado a un puerto análogo del Arduino el que nos permite saber si la alarma se enciende, es decir en movimiento o presencia el sensor votará un 1 lógico el que nos activará el Buzer que es la alarma y lo contrario cuando no haya movimiento se mantendrá en 0. Los sensores magnéticos actúan cuando se abre las ventanas, su actuador es igualmente el Buzer que nos dará el pitido de alarma cuando se haya forzado una ventana, para esto en el circuito funciona con 2 capacitores disc100n50v los cuales generan un campo eléctrico que en los sensores magnéticos permiten enviar un 0 o un 1 para la activación de la alarma. 66 CIRCUITO PERSIANA Figura 47: Circuito Apertura y Cierre de persianas Edgar Gualsaquí, 2015 Se utilizó el integrado L293D incluye cuatro circuitos para manejar cargas de potencia media, en especial pequeños motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente hasta 600 mA en cada circuito y una tensión entre 4,5 V a 36 V. La salida lógica de este circuito para que el motor gire es: IN1 IN2 SALIDA 0 0 0 El motor está apagado 0 1 1 El motor gira a la derecha 1 0 1 El motor gira a la izquierda 1 1 0 El motor está apagado Tabla 2: Cuadro de disposiciones del motor Edgar Gualsaquí, 2015 67 CIRCUITO GESTIÓN ILUMINACIÓN Figura 48: Circuito Gestión de Iluminación Edgar Gualsaquí, 2015 Para el encendido de las luces se utilizó un transistor 2n3904 ya que nos permite llegar al amperaje necesario que 600 mA para el funcionamiento de los leds de 12 voltios. 3.3.2.5 Diseño del Software de Comunicación Placa Máster Para esta fase se utilizará Bascom en el cual programaremos la apertura-cierre de puertos que vamos a utilizar y el envío y recepción de datos al bluetooth. 68 TABLA DE FUNCIONES Y EXPLICACIÓN DE LA CONFIGURACIÓN DE LA PLACA MÁSTER Configuración de Velocidad de procesamiento del Arduino 16 MHz y velocidad de transferencia de dato del Bluetooth.115200 baudios Definimos una variable para leer el puerto serial, el que nos servirá para comparar con la presencia de dato. Leemos el puerto sin datos replica de esto se encarga la función Noecho, esta es la señal que enviará desde el bluetooth máster. Esta primera parte es el envió de datos del bluetooth hacia el pc. En cambio la siguiente parte leo el puerto serial desde la aplicación del VISUAL BASIC 6.0 e imprimo datos al bluetooth en este caso del pc al bluetooth. Este módulo solo se encarga de enviar y recibir. Tabla 3: Tabla de Funciones y Definiciones de la Placa Máster Edgar Gualsaquí, 2015 69 3.3.2.6 Diseño Lógico para el Arduino 2560 y Bluetooth HC-05 de la Placa Esclavo Igualmente la Programación de la plataforma de Arduino se la realizo en Bascom para la placa Arduino Mega 2560 y dispositivos Bluetooth HC-05, se la compilo y grabó en CodeVision. Configuración de la memoria donde se va almacenar los datos del Arduino. Configuración de los puertos Configuramos 2 timer para Pwm por q tenemos 3 áreas de gestión de luces, ya que cada timer tiene 2 salidas. Tabla 4: Tabla de Rutinas y Subrutinas, Definiciones de la Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 70 Definición variable Clave que es una matriz, para recibir la clave en este caso es (1234) para anclar al bluetooth del dispositivo móvil al bluetooth esclavo de la misma placa. La variable S lee el puerto serial para los datos de lo que es la clave. Definición de variables generales. Apertura de puerto para leer datos binarios de control en sus respectivos seriales. Tabla 5: Rutinas y Subrutinas, Definiciones de Variables Generales Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 71 Definición de variables generales. Configuración de nombre y de pines en donde trabajamos en el Arduino. Tabla 6: Definición de Variables Globales y pines del Arduino Mega 2560 Placa Esclavo Edgar Gualsaquí, 2015 72 Subrutina Bluetooth Leemos el COM 2 y comparamos si el dato es diferente de 0 entonces recibimos la cadena de control que nos permiten verificar que la luz enciende con 1 y se apaga con 0 El proceso es igual para cada área que hemos especificado es decir L1 para la gestión de luces del área 1, L2 para área 2 y finalmente L3 para el área3. Si la variable S que nos permite leer los datos del bluetooth es igual a algún valor diferente de 0 entonces la alarma se activa caso contrario la alarma se resetea es decir podemos apagar. Tabla 7: Sentencias de Condición para realizar rutinas y subrutinas 73 Evalúa el puerto que va ser controlado en la interfaz de Visual Basic para las ventanas con los sensores de variables V1 y V2 para leer el dato y activar el buzer con un ciclo de tiempo. Si alarma esta activa y existe presencia leemos dato del puerto y encendemos el buzer. Las variables Ps y Pb nos sirven para enviar los datos desde la interfaz de usuario que nos indica si subimos o bajamos persianas. Tabla 8: Tabla de Sentencias Lógicas Sensor de Presencia Edgar Gualsaquí, 2015 3.3.2.7 Diseño de la Interfaz en Visual Basic 6.0 Para la implementación de la interfaz de usuario trabajaremos en Visual Basic 6.0 La aplicación está compuesta por 2 Form: El Form Principal que nos servirá de entrada al sistema y en el que hemos colocado una sección de login USUARIO-CLAVE fáciles de recordar que simplemente son con el objetivo de que los controles no sean manipulados fácilmente. 74 LOGIN La variable a recibirá la cadena de caracteres del TextBox. Si desea salir valida YesNo si es Yes entonces sale. Si el TextBox valida el Usuario y Clave como verdaderos nos presenta el Form 1 de Control Tabla 9: Tabla de Código del Form Principal Edgar Gualsaquí, 2015 Figura 49: Pantalla Principal de Ingreso al Sistema Edgar Gualsaquí, 2015 Una vez validado Usuario y Clave pasaremos al Form de Control, Este Form está constituido de 2 partes como se identifica claramente, la sección 1 llamada MONITOREO de sensores y la sección 2 llamada CONTROL DE ACTUADORES. 75 Figura 50: Pantalla de Control del Sistema Edgar Gualsaquí, 2015 Btn_salir verifica si desea salir, sino regresa a la pantalla del Form1 de control. Tabla 10: Tabla de Subrutina Botón Salir Edgar Gualsaquí, 2015 Abrir el puerto Comm1 Tabla 11: Tabla de Subrutina Abrir puerto Comm Edgar Gualsaquí, 2015 76 Función enviar, puerto si está abierto o cerrado, envía con el número 13, esto quiere decir es fin de línea que solo sirve para regresar. Se envía una cadena tipo String, y devuelve un mensaje de error si el puerto Comm que estamos utilizando está cerrado al contrario que si el puerto está abierto entonces lee los datos de conexión entre el bluetooth esclavo y el bluetooth máster. Tabla 12: Tabla Funcio Enviar dato al puerto Comm Edgar Gualsaquí, 2015 Esta subrutina nos lee los datos de los sensores magnéticos y de movimiento permitiendo al shape mantenerse en espera hasta llegar un bit de aviso. 77 Este botón nos valida si queremos seguir en el sistema, caso contrario envía un mensaje de salida. Tabla 13: Tabla de Subrutina Botón Salir Edgar Gualsaquí, 2015 Los Timer son los que leen las funciones, característica que va a coger el puerto serial cada 100 milisegundos. Esta subrutina recoge los datos de la variable st1, el Mid coge parte del string (st1), posición 1, numero de bits 2, porque en el programa me envía 2 números que vamos a comparar. Si st1 = A1, significa que vamos a coger parte del Mid poniendo el dato del Buzer o Alarma en el shape 5 para controlar el estado del mismo, asi para los demás elementos como persiana, y magnéticos de las ventanas. Tabla 14: Tabla de lectura de Funciones con Timer1 Edgar Gualsaquí, 2015 78 Envía señal del bluetooth master hacia el bluetooth esclavo con el fin de interactuar con el relé, el que recibe 1 para imantarse y 0 para volver a su posición normal. Aquí enviamos una señal analógica de 1 o 0 para que gire el motor, Ps persiana sube y Pb persiana baja. Carga el Form cuando se abre la pantalla, a su vez abre el puerto serial. 79 Aquí pondremos el Comm que hemos utilizado en este caso el CommPort3, la velocidad 115200, n sin paridad, 8 bits de datos, 1 bit stop Declaramos una variable S que nos servirá para comparar los valores del VScroll, si S es menor que S1 se envía el dato para poder manejar el scroll de las luces, además capturamos la información de los valores que van de 0 a 250 en el Label1 y así para las demás áreas. 80 3.3.2.8 Diseño del sistema de control para Android Para el desarrollo utilizaremos App inventor, es la herramienta web de google que permite desarrollar aplicaciones para dispositivos móviles Android. App inventor es donde se desarrolla el diseño y funciones que el sistema DomSystem tiene. El diseño de la aplicación del sistema DomSystem está formado por una pantalla en la que gestionamos el control de la iluminación, la apertura de la puerta mediante clave y quitar o poner alarma. Análisis de la pantalla de control de DomSystem. El usuario entra a la aplicación del sistema DomSystem en el dispositivo móvil. El usuario puede presionar el botón de conectar o el botón salir. El usuario busca el Bluetooth HC-05 de la placa esclavo para vincularse y conectarse. Una vez conectado el bluetooth el usuario para la apertura de la puerta debe ingresar una clave “1234”. Una vez dentro del sistema de control podrá gestionar la alarma. 81 El usuario podrá gestionar la iluminación de las 3 áreas independientemente. La pantalla o Screen en forma descendente contiene: Tres botones para la gestión de iluminación. Un teclado que consta de 12 disposiciones que nos permitirá abrir la puerta. Un botón para encender o apagar alarma. Un selector de lista para que el teléfono despliegue los bluetooth conectados para poder vincular. Dos botones uno que da la acción de conectar y el otro salir. OBJETO PROPIEDAD EVENTO Screen Imagen de Fondo Nos coloca una imagen Etiqueta Text (Iluminación) Text (Entrada por Teclado) Text (Alarma) Coloca el texto en la etiqueta. Botón Text (Área 1) click Enciende o apaga la luz Botón Text (Área 2) click Enciende o apaga la luz Botón Text (Área 3) click Enciende o apaga la luz Botón Imagen (Alarma) click Enciende o apaga alarma Selector de Lista Text (Buscar Dispositivo BT) click Muestra lista de dispositivos BT Botón Text (Conectar) click Conecta con BT Etiqueta Text(Conectado) Botón Text (Salir) Me vota un mensaje de conexión click 82 Sale del sistema Tabla 15: Mapa de elementos de la programación en App inventor Edgar Gualsaquí, 2015 Programación grafica en bloques: ListPicker1 nos muestra una lista de selección de dispositivos bluetooth visibles. Cuando se ha escogido el dispositivo a vincularse se enlaza con el bluetooth. Cuando el evento click del botón conectar seleccione el bluetooth cliente vincular y envíeme el aviso de conectado. Cuando botón salir realiza el evento click sale de la aplicación. Necesitaremos 2 relojes uno para la conexión con el dispositivo bluetooth y el otro para recibimiento de datos, también requeriremos un bluetooth cliente con el cual podremos hacer la conexión. Si el bluetooth está conectado poner un mensaje de texto de conexión de datos. 83 Tendremos una disposición de botones matricial de 12 posiciones para el teclado, que cuando realice el evento click se conecta con el bluetooth y envía el dato. 84 3.3.3 Implementación Bosquejo final a implementar. Diseño de las placas Master-Esclavo en Proteus, quemada de pistas en las placas con Cloruro Férrico y Agua caliente. Disposición y montaje de los elementos a utilizar: Placa Máster 85 Placa Esclavo Para programar las placas Arduino Mega 2560 utilizaremos BascomAvr el que nos permitirá compilar el archivo luego procederemos a utilizar CodeVision para la grabación del microcontrolador ATMEGA 2560 dotado de la lógica a todos los dispositivos de la infraestructura de hardware. 86 Las pruebas de transmisión de datos las realizaremos y de apertura y cierre de puertos la haremos con Terminal V1.9b en donde colocaremos datos de prueba para una transferencia de datos segura, también probaremos la transmisión en Visual Basic 6.0 con un TextBox en donde definiremos una variable que lea los datos de entrada del bluetooth que pueden ser encender o apagar alarma, subir o bajar persiana, abrir puerta dependiendo de las variables que hayamos declarado para cada una de las acciones, esto nos permitirá imprimir los datos de llegada en el textBox Aquí configuraremos la velocidad de transferencia de la placa master que es 115200, el puerto COM que estamos utilizando y daremos en ejecutar. 87 Finalmente las partes pertenecientes al sistema DomSystem estarán listas para ser implementadas en la maqueta a pequeña escala para su perfecto funcionamiento. 88 3.3.4 Despliegue El Sistema DomSystem estará en capacidad de cumplir todos los objetivos planteados Gestión de Iluminación, apertura de puerta, subir y bajar persiana, Gestión de presencia mediante sensor de movimiento, Sensores magnéticos de seguridad de ventanas todo esto gracias a una interfaz gráfica de escritorio y una aplicación android para dispositivos móviles y fácil de utilizar para el usuario final Aplicación de Pc para el monitoreo de sensores y control de actuadores. 89 Planos Vista Aérea: DomSystem : Aplicación Android para el control de actuadores y entrada al área específica. 90 CAPITULO 4 4. CONCLUSIONES Para la solución del sistema se realizó una amplia búsqueda de información de proyectos afines con lo propuesto, filtrando todo lo que nos pueda ayudar para la consecución del sistema inteligente. Luego de un largo proceso la realización y culminación del proyecto nos sirvió para enriquecer el conocimiento tanto en la construcción y programación de hardware con dispositivos electrónicos como en el desarrollo de interfaces graficas de fácil uso para que el usuario pueda manejar el sistema. El proyecto también permitió el uso simultáneo de varios campos que a lo largo de la carrera nos han podido encaminar como: Sistemas Digitales, Redes y Telecomunicaciones, Informática y Tecnologías de la Información aplicadas a la gestión técnica e inteligente de las viviendas u oficinas facilitando las siguientes tareas: Seguridad – Confort - Accesibilidad y Control, administración y ahorro de energía, control remoto de dispositivos electrónicos mediante interfaces graficas de escritorio y móvil. La convergencia de tecnologías tiene una amplia variedad de aplicaciones que revolucionaran el concepto de seguridad y administración de las instalaciones y edificaciones permitiendo que el propietario no solo controle sus bienes sino que adicionalmente automatice tareas sin necesidad de estar físicamente en la vivienda u oficina. También se concluye que este sistema inteligente puede estar dirigido a un sector vulnerable o con discapacidades físicas por el simple hecho de que el mando de control tiene una disposición móvil. La implementación realizada comprobó que se puede construir una aplicación hardware para un sistema inteligente a menor costo de los que se encuentran en el mercado es decir se abarato recursos y cumple con todas las expectativas de un robusto sistema controlado mediante sensores y actuadores. 91 Para nuestros alcances no se pudo realizar una implementación en un ambiente físico real debido a la disposición de permisos y el tiempo requerido para los mismos, pero la lógica de los dispositivos es la misma ya que solo cambiaria los dispositivos actuadores y la transformación respectiva del voltaje. Con apoyo y más recursos se podría competir con otros sistemas en el mercado demostrando que ahora los sistemas inteligentes pueden estar al alcance de todos. El diseño e implementación de DomSystem resultó factible, la facilidad del bluetooth en los dispositivos móviles resulto de gran ayuda ya que nos permiten la comunicación, con los actuadores de nuestro sistema. La combinación de desarrollo de hardware y software fue un pilar fundamental cuyo objetivo principal era simplificar los circuitos y hacer una programación fácil y concisa. Los dispositivos inalámbricos utilizados en este proyecto tienen capacidad de implementarse en un ambiente físico real que no exceda los límites de transferencia. Al concluir este proyecto, se señala que la implementación del sistema no solamente cumplirá con la seguridad y confort sino también con ahorro de recursos energéticos, bajo costo frente a otras aplicaciones en el mercado, utilidad en sectores vulnerables o con discapacidad física y lo más primordial, crear un precedente en la Facultad de Ingeniería Informática sobre el estudio de la convergencia de las TICS, el desarrollo acoplado de hardware y software que permitirá tener una visión más amplia sobre la construcción de sistemas inteligentes. 92 GLOSARIO DE TÉRMINOS ACTUADOR: Es el dispositivo encargado de realizar el control de algún elemento del Sistema, como por ejemplo, electroválvulas (suministro de agua, gas, etc.), motores (persianas, puertas, etc.), sirenas de alarma, reguladores de luz, etc. AUTOMATIZACIÓN: Nivel en que el trabajo humano es reemplazado por el uso de máquinas. DISPOSITIVO DE ENTRADA: Sensor, mando a distancia, teclado u otro dispositivo que envía información al nodo. DISPOSITIVO: Mecanismo o artificio dispuesto para producir una acción prevista. DOMÓTICA: Conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de una vivienda, para su control y supervisión. INFRAESTRUCTURA: Conjunto de las instalaciones necesarias para el funcionamiento de un servicio. INTERFAZ DE SOFTWARE: Los lenguajes y códigos que las aplicaciones utilizan para comunicarse entre ellos y con el hardware. MEDIO FÍSICO: Ruta utilizada para la transmisión de datos en una red. PROTOCOLO: Lenguaje de comunicación entre periféricos con objeto de establecer la transmisión de datos con un sistema central o entre sí, de forma ordenada. TOPOLOGÍA: Término utilizado para definir la estructura de la red y la configuración del sistema y dispositivos electrónicos. RESISTENCIA ELÉCTRICA: Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre. CAPACITOR: Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. 93 RELÉ: El relé (en francés: relais "relevo") o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. BLUETOOTH: Bluetooth es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN) que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz. ARDUINO: Es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. WPAN: Wireless Personal Area Network (WPAN), Red Inalámbrica de Área Personal o red de área personal inalámbrica, es una red de computadoras para la comunicación entre distintos dispositivos (computadoras, puntos de acceso a internet, teléfonos celulares, PDA, dispositivos de audio, impresoras) cercanos al punto de acceso. Estas redes normalmente son de unos pocos metros y para uso personal. ARQUITECTURA CENTRALIZADA: En una arquitectura centralizada, un controlador centralizado, envía la información a los actuadores e interfaces según el programa, la configuración y la información que recibe de los sensores, sistemas interconectados y usuarios. COM: Un puerto serie o puerto serial es una interfaz de comunicaciones de datos digitales, frecuentemente utilizado por computadoras y periféricos, donde la información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez. 94 ANEXOS Anexos A Presupuesto Para la ejecución del proyecto se analizó y estimo los materiales a utilizar, teniendo en cuenta que se elaboraran 2 placas para la intercomunicación del sistema inteligente. Las placas a su vez estarán constituidas por diversos dispositivos los cuales redactaremos en una tabla con sus respectivos valores con el propósito de mostrar el costo real del proyecto. Presupuesto inicial para el proyecto DomSystem en un prototipo. RECURSOS MATERIALES DETALLE CANTIDAD VALOR TOTAL Arduino mega 2560 2 32,00 64,00 Modulo Bluetooth 2 15,00 30,00 Servo troncado 1 8,00 8,00 Relé bobina 1 12,00 12,00 Sensor Magnético 2 2,50 5,00 Modulo Sensor De 1 5,00 5,00 7 1,50 10,50 1 8,00 8,00 1 5,00 5,00 HC-05 Movimiento Pir Arduino Módulo Led Smd 5050 Set de conectores y borneras Transistor 2N3904 95 Circuito Integrado 1 3,50 3,50 10 0,40 4,00 Integrado 4N25 1 3,00 3,00 Kit 40 Cables 1 3,50 3,50 Buzer para alarma 1 1,00 1,00 Cable flexible #18 5 0,65 3,25 Mdf para maqueta 1 15,00 15,00 Acrilico para 1 17,50 17,50 Plano Corte Laser 1 20,00 20,00 Caja madera placa 1 7,00 7,00 1 15,00 15,00 L293d Driver De Motores Capacitores y Resistencias Dupont Macho Hembra Para Protoboard Arduino azul, rojo, negro, amarillo, verde. maqueta máster Caja acrílica placa esclavo Subtotal 96 240,25 RECURSOS HUMANOS DETALLE CANTIDAD HORAS CANTIDAD EN DÍAS 8 HORAS LABORABLES VALOR TOTAL Maquetación 32 4 1 32,00 32 4 1,00 32,00 40 5 5,00 200,00 40 5 2,00 80,00 32 4 2,00 64,00 Programación Dispositivos de hardware (Tesista) 40 5 5,00 200,00 Programación Interfaz Visual Basic (Tesista) 40 5 5,00 200,00 Programación interfaz Android (Tesista) 40 5 5,00 200,00 Implementación Dispositivos en la maqueta (Tesista) 40 5 2,00 80,00 Subtotal 1088,00 Diseño (Tesista) Armado de Maqueta (Tesista) Diseño de Circuitos (Tesista) Quemada de Pistas (Tesista) Soldar Elementos (Tesista) 97 OTROS RECURSOS DETALLE CANTIDAD VALOR TOTAL Biaticos, Transporte Otavalo-Quito 20 días 20,00 400,00 Luz - 20,00 20,00 Internet - 56,00 56,00 Impresiones 2 20,00 40,00 Impresión empastado final full color 1 40,00 40,00 Anillado 2 3,50 7,00 Empastado 1 18,00 18,00 Anillados 98 Subtotal 581,00 Total 1909,25 Imprevistos 5% del Total 95,46 Total Presupuesto 2004,71 Anexos B Instalación de programas utilizados para la Implementación del Sistema. BASCOMAVR Bascom es una aplicación para PC que le permitirá: Escribir programas en Basic Traducir estos programas en el PC para código maquina (un formato que el controlador puede ejecutar AVR). Simular el código compilado El uso de programas externos de flash ("programa"), el código compilado en microcontrolador de un AVR Atmel. Para la instalación de BascomAVR se procederá a las siguientes instrucciones: Ejecutar el archivo bcavr2078.exe Dar click en el botón NEXT. Aparecerá la siguiente ventana: 99 Click en I accept the agreement y presionar el botón NEXT. Aparecerá la siguiente ventana: Dar click en Next para proseguir con la instalación. Aparecerá la ventana: 100 Puede elegir el destino o carpeta donde desee que se instale BASCOM o aceptar el directorio por defecto. C:\Program Files (x86)\MCS Electronics\BASCOM-AVR Dar click en Next, aparecerá la siguiente advertencia: Al no existir la carpeta se creará para la instalación de los archivos. Al presionar el botón SÍ, aparecerá la siguiente ventana: 101 Se da la opción de elegir los componentes a instalar procedemos a dar click en Next. Aparecerá la siguiente ventana: Dar CLICK en NEXT si desea utilizar la carpeta por defecto para crear un acceso directo asociado con el menú inicio o caso contrario click en Browse y elegir un destino diferente. 102 Aparecerá la siguiente ventana: Se instalará archivos adicionales: Dar click en Next. Aparecerá la siguiente ventana: 103 Finalmente el programa da la opción de reiniciar el sistema como paso final. 104 TERMINAL V1.9b Ejecutar el archivo terminal.exe 105 CODEVISIÓN Programa de Grabación de microprocesadores ATMEL, integra un generador automático de código está disponible y compatible para sistema operativos como: XP, VISTA y WINDOWS7 DE 32 Y 64 bits. Ejecutar el archivo codevisionavr.exe Presionar el botón NEXT. Aparecerá la siguiente ventana: CLICK en I accept the terms in the license agreement y presionar el botón Next. 106 Aparecerá la ventana: Dar Click en Next. Aparecerá la ventana: Puede elegir el destino o carpeta donde desee que se instale CodeVisionVR dando Click en Change o aceptar el directorio por defecto. 107 Aparecerá la siguiente ventana: Dar click en Install. Se ejecutará la instalación y aparecerá la siguiente ventana: Se muestra la siguiente advertencia: 108 Click en OK Finalizará la instalación y el programa se ejecutará: PROTEUS 7.10 Proteus es un entorno integrado diseñado para la realización completa de proyectos de construcción de equipos electrónicos en todas sus etapas: diseño, simulación, depuración y construcción. 109 Para la instalación procederemos a seguir los siguientes pasos: Ejecutamos el archivo de instalación P7.10_SP0.exe Hacemos click en next (siguiente) Aceptamos los términos y condiciones haciendo click en Yes. 110 Marcar por defecto Use a locally installed Licence Key. Presionamos Next (Siguiente). 1. Dar click en Next. 111 Si desea, dejar que Proteus se instale en la carpeta por defecto, caso contrario colocar un directorio a su gusto y presionar Next. 112 Mantener marcadas las casillas de verificación por defecto, dar click en Next. Si se quiere incluir el componente que incluye los archivos de conversión de diseños anteriores a Proteus 3.XX marcamos también la casillaConverter Files. Dejar la carpeta del programa que nos da por default y continuamos con Next. 113 En un momento se iniciara el proceso de instalación. Finalizar la instalación dando click en Finish. 114 2. Antes de utilizar Proteus, de la carpeta Proteus 7.10 ejecutamos LXK Proteus 7.10 SP0 ENG v1.0.1.exe como administrador. En Browse seleccionamos la carpeta en donde se instaló Proteus, normalmente se instala en “C:/Program FilesLabcenter ElectronicsProteus 7 Professional” y damos click en UPDATE. Finalmente ya podremos utilizar Proteus 7.10 SP0 115 116 VISUAL BASIC 6.0 La primera pantalla de instalación que visualiza es la siguiente: Dar click en Siguiente, aparece la ventana de Contrato de Licencia de Usuario, en la cual debemos dar clic en la leyenda de “Acepto el Contrato” y posteriormente en el Botón Siguiente, tal y como se muestra a continuación: 117 A continuación aparece una la pantalla de “Número de Producto e Id. de Usuario” en la cual se nos solicitan la clave o id de instalación del producto, que es è 1111111111, también debemos proporcionar nuestro nombre y el de la empresa. En Opciones de Instalación, se nos presentan tres opciones de instalación, de las cuales debemos elegir “Personalizada”, para de esta forma poder seleccionar los componentes de todo el Visual Studio que queremos instalar: 118 La siguiente ventana nos permite elegir la carpeta en la cual se instalarán los archivos de Visual Studio. Por defecto nos da una dirección estándar, es recomendable conservar esta: Dando click en Siguiente aparecerá una ventana en la cual nos indica que la instalación de Visual Studio está iniciando, sin embargo cabe mencionar que únicamente se instalaran los productos seleccionados, Visual Basic para este caso: 119 A continuación aparecerá la ventana de Instalación de Visual Studio en la cual al igual que en las pantallas anteriores debemos seguir las indicaciones que aparecen en la pantalla: Posteriormente nos muestra el número de Serie del producto pantalla en la cual solo debemos dar clic en el botón de Aceptar. 120 Posteriormente nos presenta la pantalla en la cual debemos seleccionar los elementos de Visual Studio que queremos instalar, es aquí donde le indicamos a la aplicación de Instalación que queremos instalara Visual Basic. Dar click en Next y empezara la instalación. Una vez completada la instalación debemos de reinicializar el equipo para que se termine la configuración de la instalación: 121 Finalmente podemos trabajar en el IDE de este lenguaje de programación. APP INVENTOR Requisitos: Tener una cuenta gmail. En el navegador hay que introducir la dirección http://appinventor.mit.edu/ pedirá datos de acceso al correo de Gmail y, si es la primera vez que se accede, pedirá permiso para usar esa cuenta de correo. Una vez que se le concede el permiso se carga la siguiente pantalla: 122 Una vez entrado al entorno de App inventor podemos empezar a diseñar la aplicación. App Inventor tiene dos secciones la parte de diseñador y la parte de programación de bloques. La paleta contiene todos los elementos que podemos insertar en la aplicación. Hay elementos gráficos como cuadros de texto, botones, lienzo de dibujo y elementos que no se ven en la pantalla del móvil, acelerómetro, cámara de vídeo, etc. 123 Para añadir un elemento a la pantalla hay que arrastrarlo desde la paleta y soltarlo en el visor. Los elementos que no tengan visibilidad hay que arrastrarlos también al viewer y automáticamente se desplazarán debajo de él bajo. Components muestra la lista de los componentes que se han colocado en el proyecto. Cualquier componente que haya sido arrastrado y soltado desde la paleta al visor aparecerá ahí. Si se quiere borrar alguno es en la lista de componentes donde está el botón que permite borrarlo. Media muestra las distintas imágenes y sonidos que estarán disponibles para el proyecto. Cualquier archivo de imagen o audio que se quiera usar en la aplicación hay que insertarlo usando este apartado para que esté disponible. Properties: cada vez que en el Viewer se seleccione un componente, en Properties aparecerán todos los detalles que se puedan cambiar de ese componente. Por ejemplo, al hacer clic sobre un componente TextBox se podrá cambiar en Properties su color, texto, fuente, etc. ENTORNO DEL EDITOR DE BLOQUES 124 Anexos C Collage proceso de elaboración del prototipo DomSystem. Collage proceso de elaboración de maqueta. 125 126 127 Manual de instalación Controlador Arduino Antes de Instalar DomSystem V1.0 deberemos configurar el puerto COMM 3 con el cual trabajaremos, para esto instalamos el Controlador de la placa Arduino Mega 2560. Abrir la carpeta Controlador Arduino que se encuentra dentro del disco. Dar click en Arduino arduino-1.6.4-windows, aparece la siguiente ventana: Aceptamos la Licencia y damos click en I Agree, en esta ventana muestra los componentes a instalar. 128 Dar click en Next, nos indica cuanto espacio en disco duro ocupa y el directorio donde se quiere instalar, lo pondremos por defecto. Dar click en Install e iniciará el proceso de instalación. Desea instalar el software del dispositivo, dar click en Instalar. 129 Instalar todos los componentes de Arduino, dar click en Install 130 Finalmente el dispositivo Android reconocerá el puerto para la aplicación. Configuración puerto COM Abrir Inicio Dar click derecho en Equipo-Propiedades 131 Aparece la siguiente pantalla: Dar click en Administrador de Dispositivos, para el efecto debemos tener conectada la placa Arduino. Aparecerá la siguiente pantalla indicándonos Puertos (COM y LPT) 132 Dar click en Puerto (COM y LPT), se despliega Arduino Mega 2560, en el caso que por defecto salga el puerto configurado en el sistema lo dejamos, caso contrario lo cambiamos al COM 3 con el q se trabajó para la placa. 133 Para cambiar el puerto COM dar doble click en Arduino Mega 2560, aparecerá la siguiente pantalla: Ir a Configuración de puertos, OPCIONES AVANZADAS 134 En esta pantalla cambiamos al puerto COM que se utilizó en el sistema, es decir el COM3 y dar click en ACEPTAR. El puerto queda configurado para la aplicación. Manual de Instalación Aplicación de Escritorio DomSystem V1.0 Abrir la carpeta DomSystem V1.0 que se encuentra dentro del Disco. Una vez dentro de la carpeta DomSystem V1.0, abrir la carpeta Paquete. 135 En la carpeta Paquete aparece el archivo Setup, dar click en Aceptar Saldrá la siguiente pantalla: 136 Podremos escoger el directorio de instalación o sino lo dejamos por defecto. Dar click en el icono para instalar. Damos click en Continuar. Finalmente se habrá instalado la aplicación, damos click en aceptar, la instalación ha sido exitosa. 137 Manual de Usuario DomSystem V1.0 Una vez instalado DomSystem V1.0, en el directorio especificado, se crea una carpeta en el menú de inicio, con el icono del nombre del programa instalado. Dar click en DomSystem V1.0. Se desplega la siguiente pantalla principal con un área de login, que no es más que para poder acceder a la pantalla de control. Usuario: domsystem Clave: 1234 Una vez digitado el usuario y la clave podremos INGRESAR si desea o SALIR caso contrario. 138 Al dar click en INGRESAR se accede a la siguiente pantalla: Aquí estarán todas las funciones del Sistema divididas en 2 partes específicas: MONITOREO DE SENSORES Y CONTROL DE ACTUADORES, a continuación se mostrara en una tabla la función que cumple cada botón. MONITOREO DE SENSORES Botón ON/OFF permite activar la alarma cuando el usuario no esté presente, ya que esta interconectada con los sensores magnéticos de la ventana, el sensor de presencia y el buzer. Estado de sensores una vez activada la alarma indica el estado ROJO prendido, VERDE apagado. También indica si el sensor de presencia detecta movimiento se pondrá el estado en ROJO sino se mantendrá en VERDE, sensor 1 y sensor 2 pertenecen a los magnéticos de la ventana que tendrán el mismo funcionamiento de los anteriores. 139 CONTROL DE ACTUADORES GESTIÓN DE ILUMINACIÓN Permite controlar mediante un scroll la intensidad de la luz y encender o apagar. PERSIANA Tiene 2 botones: SUBIR y BAJAR como su nombre lo indica hará las acciones pertinentes. Botón ABRIR a diferencia del de la aplicación DomSystem Android V1.0. Permitirá abrir la puerta desde adentro de la oficina. El botón SALIR permite finalizar la aplicación. Manual de Instalación Aplicación DomSystem Android Para la instalación seguir las siguientes instrucciones: Conectar el dispositivo móvil a la PC para poder copiar el archivo ejecutable. Ir a la carpeta Download del dispositivo móvil sea cual sea el modelo o Tablet. Copiar el archivo DomSystem.apk que se encuentra dentro del disco en el directorio mencionado del dispositivo móvil. 140 Una vez en el dispositivo móvil ir a la carpeta Mis Archivos al directorio del móvil Device Storage para verificar si el ejecutable se encuentra en esta ubicación. 141 Una vez ubicado el archivo DomSystem.apk damos click o pulsar sobre la aplicación. Como es una aplicación que no se encuentra en google play necesitamos ir a configuración del dispositivo. Una vez que entramos a configuración, pulsar en Orígenes Desconocidos 142 En Orígenes Desconocidos damos click en Permitir una instalación y en el botón Aceptar. 143 Aparecerá el botón Instalar DomSystem y dar click. Una vez instalado aparecerá la pantalla de Instalación Finalizada. 144 La aplicación estará lista para utilizar. Manual de Usuario de la aplicación DomSystem V1.0 Android Encender el Bluetooth del dispositivo móvil, luego una vez en la aplicación dar click en BUSCAR DISPOSITIVO indicara el dispositivo HC-05 para poder conectar dando click en CONECTAR, o pondremos SALIR en el caso que sea necesario. Gestión de Iluminación permite apagar o encender las luces desde el dispositivo móvil. 145 Entrada por teclado desde el móvil permite ingresar solamente si digitamos la clave correcta para este caso de demostración 1234. Botón alarma permite activarla desactivarla según sea el caso. 146 o BIBLIOGRAFÍA 1. ACAYMO, A. (23 de Octubre de 2008). Manual básico WinPic800. Recuperado el 22 de Abril de 2015, de http://es.slideshare.net/Metaconta/manual-bsico-winpic800-presentation 2. ARDUINO. (2012). ARDUINO. 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