sistema de gestión domótica de una vivienda

Memoria
SISTEMA DE GESTIÓN
DOMÓTICA DE UNA
VIVIENDA
PFC presentado para optar al título de Ingeniero
Técnico Industrial especialidad ELECTRÓNICA
INDUSTRIAL
por David Garcia Plaza
Barcelona, 12 de Enero de 2011
Tutor proyecto: Manuel Manzanares Brotons
Departamento de Ingeniería Electrónica (DEEL)
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
ÍNDICE MEMORIA
Índice memoria
……………………………………………………………………………………………
Capítulo 1: Objeto del proyecto
……………………………………………
1
7
1.1.
Diseño de una casa domótica
…………………………………………………
7
1.2.
Realización de varios
……………………………………………………………………………
módulos
8
1.3.
Sistema de visualización y control
………………………………………
8
……………………………………
9
Capítulo 2: Motivación y justificación
2.1.
2.2.
Pasado, presente y futuro de las viviendas domóticas
……………
9
¿Por qué es importante la aplicación de las viviendas domóticas?
10
Capítulo 3: Especificaciones básicas
3.1.
Control de temperatura
………………………………………
11
……………………………………………………………
11
3.1.1. Calefacción por suelo radiante
…………………………………………………
11
……………………………………………
12
…………………………………………
12
………………………………………………………
13
3.1.2. Características del suelo radiante
3.1.3. Fuentes de calor del suelo radiante
3.1.4. Ventajas del suelo radiante
3.1.5. Inconvenientes del suelo radiante
3.1.6. Composición del suelo radiante
…………………………………………
15
………………………………………………
15
3.1.7. Calefacción por suelo radiante en la vivienda
3.1.8. Distribución sensores en la vivienda
3.2.
………………………
16
…………………………………………
17
Sistema de protección por ausencia (SPA)
3.2.1. Configuración SPA
………………………………
18
……………………………………………………………………
18
………………………………………………………………
21
3.2.2. Funcionamiento SPA
3.2.3. Distribución de elementos en la vivienda
3.3.
Control de ventanas y puertas
………………………………
21
…………………………………………………
22
3.3.1. Funcionamiento del control de ventanas y puertas
…………………
23
………………………………………
23
………………………………………………………………………
24
3.3.2. Distribución sensores en la vivienda
3.4.
Control de luz
3.4.1. Funcionamiento de control de luz
………………………………………
25
3.4.2. Distribución sensores en la vivienda
………………………………………
25
3.5.
Sistema de simulación de presencia (SSP)
3.5.1. Funcionamiento SSP
……………………………
26
……………………………………………………………
26
3.5.2. Distribución sensores en la vivienda
Capítulo 4: Hardware
………………………………………
26
……………………………………………………………
29
4.1.
Diagrama general
………………………………………………………………………
4.2.
Control de temperatura
4.3.
Sistema de protección por ausencia (SPA)
……………………………………………………………
-1-
………………………………
29
30
30
4.4.
Control de ventanas y puertas
4.5.
Control de luz
4.6.
Sistema de simulación de presencia (SSP)
Capítulo 5: Simulaciones
…………………………………………………
31
………………………………………………………………………
32
………………………………
33
………………………………………………………
35
5.1.
Programas utilizados
………………………………………………………………
35
5.2.
Control de temperatura
……………………………………………………………
36
5.2.1. Sensor de temperatura
…………………………………………………………………
38
……………………………………………………………………………………
39
5.2.2. Visualización
5.2.3. Elección de estación
…………………………………………………………………………
40
5.2.4. Sistema de calefacción
…………………………………………………………………
41
5.2.5. Sistema de ventilación
…………………………………………………………………
43
……………………………………………………………………………
45
5.3.
Control de luz
5.3.1. Detección paso por cero
…………………………………………………………………
47
5.3.2.
Sensor de luminosidad
……………………………………………………………
49
5.3.3.
Sistema control de disparo
………………………………………………………
50
5.4.
Sistemas SSP, SPA, control de luz, control puertas y ventanas
5.4.1. Entorno de visualización
5.4.2. Control de luz
53
………………………………………………………
55
………………………………………………………………………
56
5.4.3. Control de puertas y ventanas
………………………………………………
5.4.4. Sistema de simulación por presencia (SSP)
…………………………
63
……………………
66
………………………………………………
69
5.4.5. Sistema de protección por ausencia (SPA)
Capítulo 6: Sistema de visualización
60
6.1.
Programa utilizado: Visual Basic 6.0
………………………………
69
6.2.
Control de temperatura
……………………………………………………
69
6.2.1. Visualización de temperatura actual y de consignas
…………
70
………………………
70
6.2.3. Cambio de contraseñas
………………………………………………………
71
6.2.4. Cambio de consignas
………………………………………………………
72
……………………………………………………………………………
73
…………………………………………………………………
74
6.2.2. Control de acceso para cambio de consignas
6.2.5. Historial
6.3.
Control de luz
6.4.
Sistemas SSP, SPA, control de luz, control puertas y ventanas
Capítulo 7: Cálculos y justificaciones
7.1.
…………………………………………
77
……………………………………………………
77
………………………………………………………………………………
77
Control de temperatura
7.1.1. LM35DZ
7.1.2. Resistencias de protección
7.1.3. MOC3021
76
……………………………………………………
78
………………………………………………………………………………
78
7.1.4. Circuito de calefacción
……………………………………………………………
79
7.1.5. Circuito de ventilación
……………………………………………………………
79
………………………………………………………………………
80
………………………………………………………………………………
80
7.2.
Control de luz
7.2.1. UA741CN
7.2.2. Pulso de disparo
……………………………………………………………………
-2-
81
7.3.
Control vivienda
……………………………………………………………………
81
………………………………………………………………
81
7.3.1. Multiplexor SN74151
7.3.2. Control de luz automático
………………………………………………………
82
….………………………………………………………
83
…………………………………………………………………………………
83
Capítulo 8: Normativa
8.1.
CENELEC
8.1.1. Comité técnico 205
……………………………………………………………………
83
8.1.2. Normas publicadas
…………………………………………………………………
83
…………………………………………………………………………………………
84
8.2.
CEN
8.2.1. Comité técnico 247
……………………………………………………………………
84
8.2.2. Normas publicadas
…………………………………………………………………
84
…………………………………………………………………………………
84
……………………………………………………………………………
84
8.3.
ISO/IEC
8.3.1. Subcomité 25
8.3.2. Normas publicadas
Capítulo 9: Bibliografía
9.1.
……………………………………………………………………
84
…………………………………………………………
85
Bibliografía de consulta
……………………………………………………………
85
………………………………………………………………………………
85
…………………………………………………………………………………………
86
9.1.1. Páginas web
9.1.2. Libros
-3-
-4-
RESUMEN
El proyecto que a continuación se presenta se basa en la elaboración de un
sistema para gestionar y optimizar varios elementos de una vivienda,
convirtiéndola en una casa domótica.
A lo largo de ésta memoria veremos cómo hemos controlado y creado
sistemas de control de temperatura, luz, puertas y ventanas, sistemas de
prevención inteligentes, antirrobo, etc. En éste proyecto hemos querido
demostrar el gran abanico de posibilidades que nos da un elemento, a priori
sencillo, como es un PIC dentro de un entorno real con diversas variables a
controlar, tanto analógicas como digitales.
A su vez, nos adentraremos en el envío y recepción de datos entre el PIC y
el PC, para que un usuario cualquiera pueda conocer el estado de todos los
elementos de la vivienda con una vista rápida a un monitor de control.
-5-
-6-
CAPÍTULO 1:
OBJETO DEL
PROYECTO
Nuestro proyecto va a basarse en la realización tanto teórica como práctica
de una vivienda domotizada controlada por un microprocesador el cual
efectuará las tareas deseadas por el usuario.
La estructura del trabajo constará básicamente de tres partes:
Diseño de una casa domótica
Realización de varios módulos
Sistema de visualización y control
1.1. Diseño de una casa domótica
Este es el punto principal del proyecto, en el cual se efectuará el diseño e
implementación de la gestión y el control de una vivienda. Nuestra tarea
será la de realizar toda la instalación electrónica de una vivienda unifamiliar
real, para conseguir el bienestar del usuario y a la vez crear un producto
energéticamente rentable. Los puntos más importantes de la instalación a
efectuar serán:
Control de la iluminación interior y exterior de la vivienda.
Regulación automática de la iluminación artificial en función de la luz
natural.
Control de la temperatura del hogar.
Control de accesos a la vivienda (puertas y ventanas).
Detector de presencia exterior e interior.
-7-
David Garcia Plaza
Sistema de simulador de presencia.
Sistema de alarmas de seguridad (incendio, gas, intrusión).
1.2. Realización de varios módulos
Para nuestro proyecto hemos creído conveniente montar unos módulos
independientes, los cuales nos permiten ver lo que hemos diseñado,
tenemos básicamente dos módulos, que más adelante hablaremos de ellos
en detalle, pero son el módulo de control de temperatura y el módulo de
control de luz.
También hemos diseñado un módulo que nos representara varios sistemas
de control y seguridad en la casa, como comentaremos más adelante, este
módulo es capaz de controlar el acceso a la vivienda mediante puertas o
ventas, detectara presencias ajenas en el exterior de la casa y además
tendremos un sistema de protección por ausencia.
Por razones de espacio y montaje no se utilizarán todos los sensores y
actuadores que se describirán en la memoria general del proyecto. En su
lugar haremos uso de led’s e interruptores para simular los distintos estados
que nos podamos encontrar en la realidad en nuestra vivienda.
1.3. Sistema de visualización y control
Cada uno de los módulos dispondrá de un sistema de visualización y control
a través del puerto RS-232 del ordenador, dicho sistema será el encargado
de mostrarnos a través de un PC todos los estados de las posibles variables
que tengamos en nuestra casa, además también en este sistema podremos
controlar las variables elegidas para poder realizar un mejor control sobre
todos los elementos domóticos de nuestra casa. Por ejemplo, en el módulo
de temperatura podremos cambiar los valores de consigna de
temperaturas, o en el módulo de control de luz podremos actuar
directamente sobre la bombilla para modificar la luz artificial de nuestra
casa.
-8-
CAPÍTULO 2:
MOTIVACIÓN Y
JUSTIFICACIÓN
2.1. Pasado, presente y
viviendas domóticas
futuro
de
las
La evolución marca el ritmo de la vida y las casas tampoco pueden escapar
a ella. La electricidad nos ha permitido elevar el nivel de confort en nuestras
casas y ha dado paso a la entrada de los electrodomésticos, máquinas
capaces de realizar tareas cotidianas de forma casi autónoma, elevando
nuestro nivel de confort a cotas en otro tiempo inimaginables.
Estas máquinas no existirían sin el desarrollo de una nueva evolución: la
electrónica, permitiendo realizar programaciones que regulan cada proceso.
La siguiente evolución que ha llegado es la: Domótica, que se encarga de la
integración y regulación de ambos sistemas (eléctricos y electrónicos), de
tal manera que “la casa” es capaz de “sentir” (detectar la presencia de
personas, la temperatura, el nivel de luz,…) y reaccionar por sí sola, a estos
estímulos (regulando el clima, la iluminación, conectando la alarma,…), al
mismo tiempo que es capaz de comunicarse e interactuar con nosotros por
multitud de medios (pantalla táctil, PC, móvil,...).
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David Garcia Plaza
2.2. ¿Por qué es importante la aplicación de
las viviendas domóticas?
A continuación se detallan las principales ventajas de la aplicación de
sistemas domóticos en la vivienda.
Ventajas
En muchos sistemas domóticos el cableado se realiza con solo un par
trenzado, generando un ahorro económico y de mano de obra,
además de una simplificación de proyecto.
En otros sistemas domóticos la instalación utiliza la red eléctrica de
220V, evitando reformas físicas del recinto y posibilitando una rápida
instalación. Para reformas de viviendas habitadas, estos sistemas son
ideales, ya que también evitan que el hogar este en obra
nuevamente.
Controla todos los servicios, iluminación, aire acondicionado, alarmas,
bombas, cámaras, etc.
Las unidades pueden ser programadas y reprogramadas, para
optimizar el manejo de energía en cualquier momento con facilidad.
El sistema domótico es instalado y programado por un técnico de
acuerdo a los requerimientos del usuario y una vez funcionando no es
necesario ningún conocimiento técnico para operarlo.
Dada la alta flexibilidad que posee el sistema, en cualquier momento
podrá actualizarlo y expandirlo con costos mínimos.
Un sistema domótico permite integrar cualquier dispositivo que no
sea inteligente al sistema.
Simplifica enormemente el diseño de una obra, que podría ser
dificultosa
y
costosa
usando
el
cableado
y
dispositivos
convencionales.
El proceso de planificación se reduce significantemente al igual que
los cambios que demandan las viviendas más modernas.
Se estima que el ahorro de energía en un hogar con un sistema domótico es
del 20%, con lo que a corto plazo la inversión seria recuperada.
- 10 -
CAPÍTULO 3:
ESPECIFICACIONES
BÁSICAS
Éste apartado estará dedicado a argumentar los distintos diseños que
realizaremos en nuestra vivienda. En ellos explicaremos la idea básica que
queremos implementar y la función que desempeñará dentro de la casa,
desarrollando también su utilidad y aplicación.
3.1. Control de temperatura
En estos tiempos, en el que el bienestar se considera una necesidad básica,
hemos creído conveniente realizar un control de temperatura de nuestra
vivienda, ya que todos queremos estar en casa y estar a gusto sin pasar
frio. A continuación explicaremos que método de calefacción hemos
escogido y porqué.
3.1.1.
Calefacción por suelo radiante
La calefacción por suelo radiante de agua consiste en la instalación de un
tubo de polipropileno sobre aislamiento de alta densidad, empotrado en la
capa de mortero del pavimento, ocupando toda la superficie de la estancia a
calefactar y que utiliza agua como elemento transmisor del calor. El agua,
previamente calentada con cualquier fuente de energía, (gas, gasóleo,
bomba de calor, energía solar, etc.) cede calor al suelo y éste, a su vez, lo
transmite por contacto al aire ambiente.
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David Garcia Plaza
Haciendo circular por los tubos agua entre 35 y 45 ºC, el suelo se mantiene
entre 20 y 28 ºC y el ambiente entre 18 y 22 ºC.
El grado de confort que se consigue con este tipo de calor es ideal. Ya que
se calienta agua a 40 ºC para mantener la casa a 20 ºC. En cambio, con los
sistemas tradicionales de radiadores calentamos agua a 70 u 80 ºC para
mantener la casa a 20 ºC. Es obvio que los saltos térmicos son mucho más
altos y, de esto, resultan pérdidas de calor mayores.
3.1.2. Características del suelo radiante
El calor aportado por el Suelo Radiante es uniforme en toda la vivienda. Una
importante condición para el confort humano es que, entre el punto más
caliente y más frío de la casa, no haya una diferencia de temperatura
superior a 5 ºC.
El calor viene del suelo y llega hasta una altura de 2 a 3m., justo donde se
necesita. Como se observa en la siguiente imagen el sistema de radiadores
ofrece una distribución de temperaturas que no es la idónea, ya que
calienta más en la zona alta de la estancia, en cambio, el suelo radiante nos
ofrece una temperatura más cálida a poca altura y va enfriando a medida
que se sube de altura.
Figura 1. Distribución de calor por radiadores o por suelo radiante.
3.1.3. Fuentes de calor del suelo radiante
Convencionales
-
Gasoil: El recurso energético más barato de todos. Se adapta
perfectamente al Suelo Radiante, instalado con válvula mezcladora o
intercambiador de calor para conjugar la baja demanda térmica del
Suelo Radiante 35 ó 45 ºC, con la óptima temperatura de trabajo de
los quemadores 80 ó 90 ºC.
-
Gas: La expansión del gas natural y las actuales campañas de las
Compañías suministradoras para la financiación e incluso la gratuidad
en las instalaciones de los depósitos (plan personalizado REPSOL,
etc.), junto con el desarrollo de las calderas mixtas (Calefacción y
- 12 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Agua Caliente Sanitaria), hacen del gas, una solución muy atractiva
para viviendas del tamaño medio. El control de llama modular,
permite a la caldera trabajar directamente con el circuito del Suelo
Radiante a temperaturas de 35 a 45 ºC.
-
Electricidad: Continúa siendo la más limpia de las fuentes de calor,
considerando el uso de la tarifa nocturna (acumulado calor en el
propio suelo) se reducen los costes hasta el 53 %, convirtiéndola en
la opción más interesante para viviendas de superficie reducida.
Alternativas
-
Bomba de Calor: Es un equipo que "bombea" calor desde un nivel de
temperatura no aprovechable (5-10 ºC) a otro superior (40-45 ºC)
útil para calefacción por Suelo Radiante. La energía consumida en el
bombeo es considerablemente menor que la transportada
(aproximadamente 3 a 1). La bomba de calor es la selección natural
cuando queremos "doble uso" para la fuente de energía (Calefacción
y Aire Acondicionado).
Otras energías alternativas
-
Energía solar.
-
Recuperadores de chimeneas.
-
Calderas de carbón y leña.
-
Calor residual de procesos industriales.
-
Aguas termales, etc.
3.1.4. Ventajas del suelo radiante
-
Estética:
No hay aparatos de calefacción en la casa (radiadores, fan-coils...),
resultando la decoración muy beneficiada.
-
Saludable:
El agradable y uniforme calor de la vivienda y el suelo asegura un
ambiente sano y limpio, sin acumulación del polvillo quemado, sin
turbulencias de aire y sin resecar el ambiente.
-
Calefacción de volúmenes con grandes alturas:
El calor se distribuye hasta 2-2,5 m. de altura (el espacio que
ocupamos las personas), por lo que resulta ideal para la calefacción
- 13 -
David Garcia Plaza
de grandes volúmenes, como vacío sobre salones, escalera y otros,
ya que reduce al mínimo las pérdidas al no crear bolsas de aire en los
techos (típico en los otros sistemas de calefacción).
Figura 2. Distribución de calor dependiendo de la altura.
-
Calefacción de piscinas:
Una ampliación poco conocida del Suelo Radiante es la climatización
de piscinas, tanto del vaso como del suelo que las rodea. No es
necesario describir la agradable sensación que produce el suelo
templado en torno a la piscina con los pies descalzos.
Pero sobre todo hay que señalar que con la calefacción por Suelo
Radiante no se remueve el agua (no hay flujo de agua caliente que
entra en el vaso). Así, se reduce al mínimo la evaporación, que es la
mayor fuente de pérdidas en una piscina.
-
Aislamiento:
El montaje del Suelo Radiante se realiza durante la construcción o
rehabilitación de la vivienda. Una vez levantada la tabiquería,
terminadas las instalaciones de fontanería y electricidad y lucidas las
paredes.
En la instalación se aporta un aislamiento adicional al edificio que
mejora notablemente los parámetros del aislamiento térmico y
acústico del mismo. Esto contribuye a conseguir mayor confort y
economía reduciendo costes de mantenimiento.
-
Bajo mantenimiento:
El tubo de polietileno reticulado es prácticamente indestructible, para
instalaciones empotradas en hormigón, cal o yeso y tampoco es
atacado por la corrosión. La dilatación térmica del tubo no perjudica
al pavimento.
- 14 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
-
Seguro:
Todos los circuitos de Suelo Radiante empiezan y terminan en
colectores colocados por encima del suelo. No hay empalmes y la alta
calidad del tubo, de polietileno reticulado asegura la total ausencia de
averías.
3.1.5.
-
Inconvenientes del suelo radiante
Obra:
Cualquier reforma o trabajo que se desee realizar en el edificio y que
conlleve tocar o modificar el suelo es muy problemático ya que todo
el suelo está totalmente ocupado por el suelo radiante.
-
Tipo de pavimento:
En una instalación de suelo radiante asociada a un pavimento de
parquet el consumo aumentará aproximadamente en un 15%
-
Inércia: Un inconveniente en algunos casos (en otros es una ventaja)
es su larga inercia. Los tiempos de calentamiento y de enfriamiento
del sistema son mucho más largos (varias horas) que en otros
sistemas de calefacción de respuesta más rápida.
3.1.6. Composición del suelo radiante
Figura 3. Composición del suelo radiante.
- 15 -
David Garcia Plaza
3.1.7. Calefacción por suelo radiante en la vivienda
A continuación se muestra el plano con la instalación de suelo radiante. Se
ha hecho una distribución modular, es decir, se han distribuido los tubos del
suelo radiante por habitaciones, ya que no en todas tendremos la misma
temperatura, por lo que se deberá aplicar distinto potencia a cada parte,
como se puede ver que en el garaje no se ha instalado dicho sistema, esto
es debido a que el garaje es una estancia de paso, en la cual no se
permanecerá mucho rato, por lo que no se debe climatizar la zona.
GARAJE
JARDÍN
COCINA
LAVABO 1
HABITACIÓN 1
COMEDOR – SALA DE ESTAR
HABITACIÓN 2
HABITACIÓN 3
ESTUDIO
Figura 4. Distribución del suelo radiante.
- 16 -
LAVABO 2
Sistema de gestión domótica de una vivienda
3.1.8. Distribución sensores en la vivienda
Como hemos explicado anteriormente, la casa tendrá instalado un sistema
de calefacción por el método de suelo radiante, para que este sistema sea
efectivo se necesita realizar un control sobre la temperatura de la casa para
así poder adecuar la temperatura a deseo del consumidor.
Se ha pensado realizar el sensado de temperatura con un sensor de
temperatura linear, más concretamente el LM35. Dicho sensor nos ofrecerá
el valor de la temperatura actual, con el cual podremos hacer el control.
Para una buena climatización de la casa se instalarán 7 sensores de
temperatura distribuidos por la casa, uno en cada habitación, uno por
lavabo y otro en el comedor. No se ha instalado un sensor ni en la cocina ni
en el pasillo, debido a que son estancias en las cuales no queremos
controlar la temperatura debido al poco tiempo que pasaremos en ellas.
GARAJE
JARDÍN
COCINA
LAVABO 1
HABITACIÓN 1
COMEDOR – SALA DE ESTAR
HABITACIÓN 2
HABITACIÓN 3
ESTUDIO
LAVABO 2
Figura 5. Distribución de sensores dentro de la vivienda.
- 17 -
David Garcia Plaza
3.2. Sistema de protección por ausencia
(SPA)
Como medida preventiva de posibles fallidas del sistema eléctrico en la
vivienda diseñaremos un circuito de desconexión de los electrodomésticos y
de las luces del hogar que podrá activarse cuando los habitantes salgan de
su casa. Cabe remarcar que este sistema no efectuará una desconexión
total sino que únicamente prescindirá de aquellos elementos que el usuario
deseé y podrá programarse a placer según las necesidades de cada
inquilino.
Llamaremos a este sistema SPA (Sistema de Protección por Ausencia). El
funcionamiento de este sistema se basará en un pulsador situado cerca de
la salida principal de la vivienda. El usuario podrá activar fácilmente el SPA
en el momento en que vaya a abandonar la casa de modo que quede
habilitado cuando ya no haya más gente dentro de la casa.
3.2.1. Configuración SPA
Como idea inicial, partiremos de la base de que querremos desconectar
todas las luces y los electrodomésticos que no requieran una constante
alimentación de luz cuando se abandone la vivienda. En la siguiente tabla se
muestran la configuración inicial de las luces y electrodomésticos divididos
en estancias y su respectiva numeración para identificarlas en el mapa que
se adjuntará posteriormente:
Conectado: Seguirá funcionando una vez se active el sistema de
protección
Desconectado: Los elementos que estén desconectados no
funcionarán cuando se active el sistema de protección.
Cocina
Tabla 1. Elementos de la cocina.
Número
Elemento
Estado
1
2
3
4
5
6
7
8
Microondas
Horno
Lavavajillas
Lavadora
Secadora
Nevera
Televisor
Luz Cocina
Desconectado
Desconectado
Conectado
Conectado
Conectado
Conectado
Desconectado
Desconectado
En la cocina hemos creído conveniente desconectar tanto el horno como el
microondas ya que pueden causar algún tipo de incendio o peligro para la
vivienda cuando no haya personas en la casa. Por otra parte, dejaremos
activos elementos como el lavavajillas, la lavadora o la secadora por si el
usuario quiere activarlos antes de salir de casa para encontrarse la colada
- 18 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
hecha. Finalmente no desconectaremos elementos que necesitan estar
alimentados siempre como pueden ser la nevera o el congelador.
Comedor
Tabla 2. Elementos del comedor.
Número Elemento
Estado
9
9
9
10
11
Conectado
Conectado
Conectado
Desconectado
Desconectado
Televisor
DVD
TDT
Luces Comedor
Lámpara Lectura
Un comedor se suele caracterizar por tener varios elementos de control
programables como un televisor, un DVD, etc. Es por eso que los dejaremos
todos conectados por si el usuario desea programar el DVD para grabar
algún tipo de película o programa cuando abandona la vivienda. De igual
forma, estos elementos estarán conectados a un mismo ladrón por lo que se
utilizará una misma enumeración que los englobará todos.
Estudio
Tabla 3. Elementos del estudio.
Número
Elemento
Estado
12
13
14
Conexionado Ordenador
Lámpara
Luz Estudio
Conectado
Desconectado
Desconectado
En el estudio se instalará una regleta de interruptores para conectar los
diferentes elementos necesarios en todo ordenador personal (ordenador,
pantalla, router, impresora/escáner, etc.).
Habitaciones
Habitación 1
Tabla 4. Elementos de la habitación 1.
Número
Elemento
Estado
15
16
17
Conexionado Ordenador
Lámpara
Luz Habitación 1
Conectado
Desconectado
Desconectado
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David Garcia Plaza
Habitación 2
Tabla 5. Elementos de la habitación 2.
Número
Elemento
Estado
18
19
20
Televisor
Lámpara 1 y 2
Luz Habitación 2
Desconectado
Desconectado
Desconectado
Habitación 3
Tabla 6. Elementos de la habitación 3.
Número
Elemento
Estado
21
22
23
Conexionado Ordenador
Lámpara
Luz Habitación 3
Conectado
Desconectado
Desconectado
En las tres habitaciones de uso particular desconectaremos todas las luces y
lámparas y dejaremos conectadas como configuración inicial los
ordenadores personales de las habitaciones 1 y 3.
Lavabos
Lavabo 1
Tabla 7. Elementos del lavabo 1.
Número Elemento
Estado
24
25
Desconectada
Desconectado
Luz Espejo
Luz Lavabo 1
Lavabo 2
Tabla 8. Elementos del lavabo 2.
Número Elemento
Estado
26
27
Desconectada
Desconectado
Luz Espejo
Luz Lavabo 2
- 20 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Los lavabos dispondrán de una luz principal y otra secundaria situada
encima del espejo para mejorar la iluminación en la zona facial al estar
delante. Ambas luces estarán desconectadas al activar el sistema SPA.
Garaje
Tabla 9. Elementos del garaje.
Número
Elemento
Estado
28
Luz Garaje
Desconectada
Tendremos una única luz que iluminará el interior del garaje.
Jardín
Tabla 10. Elementos del jardín.
Número
29
30
Elemento
Estado
Luces Jardín
Luces Piscina
Conectadas
Desconectado
Las luces del jardín inicialmente las dejaremos conectadas a no ser que el
usuario lo modifique simplemente por el hecho de intentar simular que hay
gente en la vivienda en caso de que sea de noche. Por otra parte las luces
de la piscina estarán desconectadas.
3.2.2. Funcionamiento SPA
Para hacer funcionar nuestro sistema SPA situaremos en cada enchufe un
dispositivo para poder desconectar ese elemento cuando activemos el
sistema. La instrucción de activar el SPA, como ya hemos mencionado,
vendrá dada por un pulsador que el usuario activará, esta señal de control
será recibida por el PIC que procesará la información y hará desactivar los
elementos que previamente el usuario habrá seleccionado en la pantalla del
sistema de control y visualización. En el apartado de simulaciones se explica
en detalle el funcionamiento del sistema.
3.2.3. Distribución elementos en la vivienda
A continuación se muestra el plano de la vivienda con toda la enumeración
de los distintos elementos que hemos mencionado en las diferentes tablas
de los apartados anteriores así como también la situación del interruptor
que activara el sistema SPA. De esta forma podemos observar la situación
de cada uno de ellos.
- 21 -
David Garcia Plaza
Figura 6. Plano distribución elementos de la vivienda.
3.3. Control de ventanas y puertas
Como medida preventiva para nuestra vivienda, se instalará un sistema de
control de ventanas y puertas exteriores. ¿Cuántas veces ha llegado a casa
y ha visto que se había dejado alguna ventana abierta? ¿Se ha olvidado de
cerrar la entrada de su garaje alguna vez después de dejar su vehículo?
Este sistema nos permitirá conocer el estado en que se encuentra cualquier
ventana o puerta de la casa pudiendo así tener un control de la seguridad
de la que gozamos en todo momento, evitando dejarnos algo abierto
cuando nos dispongamos a abandonar la vivienda.
- 22 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
3.3.1. Funcionamiento del control de ventanas y puertas
La función de este sistema es totalmente preventiva e informativa, ya que
el usuario puede querer dejar alguna ventana abierta a propósito, por eso el
diseño será ideado para que los individuos de la vivienda puedan saber que
entradas tienen abiertas y cerradas pero no para abrirlas o cerrarlas
automáticamente.
El programa diseñado enviará al microcontrolador el estado abierto o
cerrado de las distintas ventanas y puertas gracias al los distintos sensores
que se colocarán en ellas. Posteriormente se podrá observar en un entorno
de visualización de una forma dinámica y rápida el estado en que se
encuentran.
3.3.2. Distribución sensores en la vivienda
En la siguiente tabla hemos enumerado los catorce elementos que
querremos controlar para que nos sea más fácil referirnos a cualquiera de
ellos a posteriori.
Tabla 11. Ventanas y puertas de la vivienda.
Número
Nombre
Tipo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Ventana Garaje
Puerta Garaje
Puerta Calle Garaje
Ventana Cocina
Ventana Habitación 2
Ventana Habitación 3
Ventana Estudio
Ventana Lavabo 1
Ventana Lavabo 2
Ventana Comedor
Puerta Principal
Puerta Principal Calle
Puerta Jardín 1
Puerta Jardín 2
Ventana
Puerta
Puerta
Ventana
Ventana
Ventana
Ventana
Ventana
Ventana
Ventana
Puerta
Puerta
Puerta
Puerta
A continuación podremos observar un plano de la vivienda dónde se puede
ver las distintas ventanas y puertas exteriores de toda la casa descritas en
la anterior tabla.
- 23 -
David Garcia Plaza
Figura 7. Plano distribución ventanas y puertas.
3.4. Control de luz
Uno de los factores más importantes que debemos controlar en la vivienda
es la luz, dicho control lo que realizará es regular la intensidad de la luz en
cada estancia de la vivienda, permitiéndonos así una perfecta iluminación
conforme a la condiciones de luz en el espacio y por lo tanto un ahorro
energético.
- 24 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
3.4.1. Funcionamiento de control de luz
El control de luz se llevará a cabo en las habitaciones y en la sala de estar
ya que es aquí donde pasaremos más horas, ya que en el garaje, cocina y
lavabos son estancias de paso las cuales no es necesario regular su
luminosidad. Otra cosa que cabe destacar es que en la habitación 1 no es
efectuará el control, debido a que al ser una habitación sin ventanas,
siempre tendrá la misma luminosidad, ya sea de día o de noche, por lo que
siempre nos interesará tener la misma luminosidad.
El principal objetivo de esta regulación es el ahorro energético, ya que
regulará la luz conforme las condiciones ambientales, ya por ejemplo en un
día luminoso nos encenderá la luz a un nivel mínimo evitando así encender
la luz por completo y así ahorrar energía.
3.4.2. Distribución sensores en la vivienda
A continuación se muestra el plano de nuestra vivienda con sus respectivos
sensores de luminosidad en las estancias indicadas.
Figura 8. Plano distribución de sensores de luz.
- 25 -
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3.5. Sistema de simulación de presencia
(SSP)
El sistema de simulación de presencia o SSP es un sistema de seguridad
ideado para intentar ahuyentar posibles intrusiones no deseadas en la
vivienda. Este sistema parte de la base que un intruso que desee entrar en
la casa puede verse desconcertado al ver que hay actividad y movimiento
dentro de la vivienda, factor que puede hacerle retroceder y abandonar el
intento de intrusión.
3.5.1. Funcionamiento SSP
Así pues, el sistema SSP simulará que la vivienda está ocupada cuando uno
o varios sensores de presencia situados en el jardín y cerca de las ventanas
y puertas exteriores se activen. Para causar ese efecto, cuando el PIC
detecte actividad en alguno de los mencionados sensores, mandará una
señal que hará activar unas luces destinadas a disuadir al intruso haciéndole
pensar que alguien ha encendido esas luces manualmente. A su vez, el
sistema enviará una alarma a la pantalla de control alertando que ha habido
una intrusión. También, de manera opcional, el usuario podrá conectar una
alarma sonora que alertará a los habitantes de la vivienda por si estos se
encuentran durmiendo y también por si quieren ahuyentar al intruso con
dicho sonido.
Las luces a activar estarán situadas en el porche y entrada de la vivienda,
así como también una luz en el interior de la vivienda para que el intruso
crea que hay gente. Estas luces se apagaran de manera automática una vez
haya pasado cierto tiempo desde que ninguno los sensores no detecte
ningún tipo de presencia o de forma manual con un pulsador o directamente
des del sistema de control y visualización, que el usuario podrá activar
cuando lo crea oportuno.
3.5.2. Distribución sensores en la vivienda
A continuación se muestra el plano de la casa con una situación aproximada
de los sensores de presencia que irán distribuidos por el jardín y en las
cercanías de las ventanas y las puertas de la vivienda. Por otro lado
también se indica la posición de las luces de disuasión del sistema SSP a la
vez que también figuran los interruptores de puesta en funcionamiento del
sistema y el interruptor de activación de la alarma sonora. Estos dos
interruptores como observaremos se encuentran en la entrada principal y
serán fácilmente accesibles al usuario en el momento que se quiera
abandonar la casa.
- 26 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Figura 9. Plano distribución sensores y luces SSP.
Resumiendo, el sistema de simulación de presencia nos va a ofrecer, a
diferencia de las alarmas convencionales que serán totalmente compatibles,
una forma de evitar y disuadir al intruso mediante la simulación de
presencia y movilidad dentro de la vivienda.
- 27 -
- 28 -
CAPÍTULO 4:
HARDWARE
4.1. Diagrama general
En el siguiente diagrama podemos observar las partes diferenciadas del
proyecto.
Figura 10. Diagrama general.
- 29 -
David Garcia Plaza
4.2. Control de Temperatura
El control de temperatura se realizará con un sensor de temperatura lineal,
a través del PIC se realizará el control, el cual nos encenderá la calefacción
por suelo radial dependiendo de la temperatura actual de cada estancia.
Además de esto se podrá visualizar mediante un LCD la temperatura actual
en cada sensor de la casa, así como también tenerlas presentes en el
sistema de visualización y control para poder saber el estado de
climatización de la vivienda. Con dicho sistema también podrá controlarse la
temperatura de control y si deseamos enfriar o calentar la casa.
Figura 11. Diagrama control de temperatura.
4.3. Sistema de protección por ausencia
(SPA)
El sistema de seguridad para electrodomésticos y luces de la casa que
llamaremos Sistema de Protección por Ausencia (SPA), consiste en un
sistema diseñado para activarlo fácilmente con un pulsador situado cerca de
la puerta principal cuando el usuario se disponga a abandonar la vivienda.
Su función es desconectar los distintos electrodomésticos y luces para que
en caso de algún tipo de fallo eléctrico no estén activos si el usuario no está
en casa.
- 30 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Figura 12. Diagrama SPA.
4.4. Control de ventanas y puertas
El control de ventanas y puertas estará formado por varios sensores
distribuidos por las diferentes ventanas y puertas exteriores de la vivienda.
Estos sensores tendrán como función indicarnos el estado abierto o cerrado
de las aperturas exteriores de la casa para posteriormente poder conocer su
estado.
Se utilizará también como en todos los diseños el PIC 16F877A que
gestionará las lecturas de los sensores. Para finalizar, se utilizarán led’s de
color rojo y verde para indicar el estado abierto y cerrado respectivamente.
Cabe decir que en la implementación real del sistema domótico estos
elementos serán eliminados ya que los resultados de las lecturas se podrán
observar de una manera mucho más gráfica en el sistema de visualización y
control.
- 31 -
David Garcia Plaza
Figura 13. Diagrama control de ventanas y puertas.
4.5. Control de luz
Para realizar el control de luz, utilizaremos sensores de luminosidad para
cada estancia de la casa donde se desea realizar dicho control. Mediante el
PIC se hará un control de la luminosidad de cada estancia en el momento
en que el usuario pulse el interruptor de ésta, momento en el cual se
encenderá la luz de la habitación con una cierta regulación, ideal y
adecuada según la luz natural que se disponga. Además, el usuario podrá
regular manualmente la intensidad de la luz así como desconectar el
sistema de regulación automática para disponer del máximo rendimiento de
la bombilla.
- 32 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Figura 14. Diagrama control de luz.
4.6. Sistema de simulación de presencia
(SSP)
El Sistema de Simulación de Presencia (SSP) se basa en un sistema de
seguridad contra intrusos el cual dispondrá de una serie de sensores de
presencia situados en el exterior de la vivienda (jardín, puertas y ventanas
exteriores, etc.) y que simulará mediante luces presencia dentro de la
vivienda en caso de que se detecte alguna intrusión. Este sistema
dispondrá, a parte de los sensores de presencia, un sistema de alarma
sonora que el usuario podrá activar o desactivar independientemente del
SSP. También instalaremos un led para avisar al usuario si se ha detectado
presencia en el exterior mediante una señal luminosa.
Figura 15. Diagrama control de luz.
- 33 -
- 34 -
CAPÍTULO 5:
SIMULACIONES
5.1. Programas utilizados
Para poder simular y probar los diferentes módulos y circuitos que a continuación
se van a mostrar, hemos utilizado cuatro programas básicos.
-
Proteus Profesional 7
Visual Basic 6.0
PIC C Compiler
Virtual Serial Port
Para elaborar los circuitos utilizaremos el simulador Proteus Profesioanal 7.
Hemos seleccionado este simulador porque dispone de una gran librería de
componentes reales de diversos fabricantes y también dispone del modelo de PIC
que utilizaremos para llevar a cabo el proyecto, el PIC16F877A. A su vez, este
simulador nos da la posibilidad de cargarle al PIC el archivo “.hex” del programa
que previamente habremos realizado y compilado. De esta forma podemos
visualizar en el simulador Proteus la interacción de los distintos actuadores y
sensores.
El programa Visual Basic 6.0 nos va a servir para plasmar en un entorno gráfico
y dinámico lo que está ocurriendo en la vivienda. En el próximo capítulo se
explicará en detalle este programa y su utilidad dentro del proyecto.
PIC C Compiler es el entorno de programación que hemos escogido para crear
los programas que posteriormente introducimos en el PIC mediante un
programador externo. Al compilar el programa creado nos genera un “.hex” que
será el que usaremos para cargar en el Proteus.
- 35 -
David Garcia Plaza
Por último, el sencillo programa Virtual Serial Port es el encargado de que
podamos comunicar mediante simulación, el Proteus con el Visual Basic. Esto es
posible gracias a que este programa crea un par de puertos virtuales conectados
entre si, de tal manera que podemos enviar y recibir datos entre el circuito y el
programa en Basic.
5.2.
Control de Temperatura
Para simplificar la explicación, hemos creído conveniente realizar solo la lectura
de uno de los sensores de la casa, ya que se repite para un total de 7. Como ya
se ha explicado en el apartado de hardware, hemos utilizado un sensor de
temperatura LM35. En el siguiente circuito se muestra el control de temperatura.
- 36 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Visualización
Sistema de Calefacción
Sensor de
Temperatura
Elección de
estación
Figura 16. Circuito de control de temperatura
- 37 -
Sistema de
Ventilación
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Como vemos en el circuito, hay cinco partes bien diferenciadas, la primera será
la del sensor de temperatura que será la encargada de enviar al PIC la
temperatura sensada, a continuación tenemos el display que nos muestra la
temperatura leída en el sensor y la temperatura de consigna asignada. La
siguiente partes es el interruptor de selección de estación, aquí podremos elegir
en que estación nos encontramos, si en invierno o en verano. Las dos últimas
partes son los sistemas de calefacción y de ventilación que serán los encargados
de enfriar o calentar el recinto.
A continuación vamos a detallar el funcionamiento de cada una de las partes
mencionadas anteriormente para poder comprender su funcionamiento.
5.2.1.
Sensor de Temperatura
Figura 17. Sensor de temperatura.
El LM35DZ es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un
rango que abarca desde -55ºC a +150ºC. La salida es lineal y equivale a
10mV/ºC, calibrado directamente en Celsius y una exactitud garantizada 0.5ºC
(a +25ºC), además opera entre 4 y 30 volts de alimentación.
Taula 12. Tabla de medidas en simulación y reales.
Temperatura
Simulación
Real
(ºC)
(mV)
(mV)
15
150
151,47
16
160
161,48
17
170
171,51
18
180
181,55
19
190
191,57
20
200
201,58
21
210
211,62
- 38 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
5.2.2.
22
220
221,65
23
230
231,67
24
240
241,68
25
250
251,71
26
260
261,73
27
270
271,77
28
280
281,77
29
290
291,79
30
300
301,83
Visualización
Figura 18. Sensor de temperatura y visualización.
Como podemos ver nuestro display nos muestra la temperatura actual, así como
la consigna de verano o de invierno que viene dada por programa o a través de
la comunicación serie como explicaremos más adelante. La resistencia variable
RV2, sirve para modificar el contraste de nuestra pantalla.
- 39 -
David Garcia Plaza
5.2.3.
Elección de estación
Figura 19. Interruptor de elección de estación y visualización.
Como podemos observar en la simulación cuando la entrada C0 del PIC se
encuentra en nivel alto quiere decir que nos encontramos en la estación de
invierno como se puede ver en el display, este control nos sirve para poder
modificar la estación en la que nos encontremos para poder realizar el control de
ventilación o de calefacción según sea el caso. En invierno queremos controlar el
sistema de calefacción debido a que es cuando nos encontramos con las
temperaturas más bajas del año y así poder realizar la climatización de la
estancia, todo lo contrario pasa en el sistema de ventilación que es cuando
queremos encender la ventilación para refrigerar la estancia.
- 40 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
5.2.4.
Sistema de calefacción
Figura 20. Sistema de calefacción activado.
Como podemos ver en la simulación a través del diodo led D2, nuestro sistema
de calefacción esta activado debido a que la temperatura de consigna es de 32ºC
debido a que nos encontramos en invierno y nos encontramos a una temperatura
inferior, por lo que el sistema se pone en marcha a través del optoacoplador
MOC3021, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un
dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor excitado
mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un fotodiac. De este modo
combinamos en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un
fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Hemos utilizado este
dispositivo para aislar eléctricamente el PIC de la corriente alterna de la red.
El efecto de calefacción se produce debido a que por las resistencias, R11 – R12
– R13, hacemos pasar la corriente necesaria para que se calienten debido a que
son resistencias cerámicas. La elección de las resistencias así como la corriente
que circula por ella se desarrolla en el capítulo de cálculos.
- 41 -
David Garcia Plaza
Figura 21. Sistema de calefacción desactivado.
En este caso observamos que el sistema de calefacción está apagado ya que
tenemos una temperatura superior a la de consigna por lo que no hace falta
calentar la estancia.
- 42 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
5.2.5.
Sistema de ventilación
Figura 22. Sistema de ventilación activado.
Como podemos ver en la simulación a través del diodo led D3, nuestro sistema
de ventilación esta activado debido a que la temperatura de consigna es de
27ºC, debido a que nos encontramos en verano y nos encontramos a una
temperatura superior, por lo que el sistema se pone en marcha a través del
transistor BC547.
El efecto de ventilación se produce debido a que el transistor esta en zona de
saturación por lo que se convierte en un interruptor cerrado dejando pasar
corriente por el ventilador.
- 43 -
David Garcia Plaza
Figura 23. Sistema de ventilación desactivado.
En este caso observamos que el sistema de ventilación está apagado ya que
tenemos una temperatura inferior a la de consigna por lo que no hace falta
refrigerar la estancia.
- 44 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
5.3. Control de luz
Como se ha explicado anteriormente, vamos a realizar una regulación de la
luminosidad de la casa, con este motivo se han instalado unos “sensores” de luz
que hemos simulado como resistencias LDR. En la casa hay un total de 4
sensores de luz, que son los que hemos creído convenientes ya que son en las
estancias donde más tiempo pasaremos. Como en el caso de la temperatura solo
hemos simulado un sensor con su correspondiente bombilla.
A continuación se presenta el esquema realizado, en el que podemos ver cuatro
partes bien diferenciadas que definirán el funcionamiento del sistema, que son:
Detección de paso por cero, sensor de luminosidad, sistema de control de
disparo y comunicación serie.
- 45 -
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+12V
TR1
F1
1
J1
3
1A
4
R1
U1
10k
230V
Comunicación serie
7
2
1
D1
3
2
5
6
J4
2
R2
Detección paso
por cero
1
6
2
7
3
8
4
9
5
1N4004
4
1
5
TRAN-230-12-Alterna
R3
UA741CN
10k
VCC
8.2k
-12V
R4
Q2
R15
10k
CONN-D9F
BC557B
10k
R16
VCC
1k
VCC
X1
VCC
R17
FREQ=4MHz
R5
1k
R6
1k
LDR1
1.0
LDR
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
R7
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
R8
10k
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
VCC
1k
4k7
U2
13
14
PIC16F877A
33
34
35
36
37
38
39
40
R19
1k
Q3
15
16
17
18
23
24
25
26
BC547B
19
20
21
22
27
28
29
30
R18
10k
Sistema control
de disparo
D2
1N4148
VCC
F2
R11
1
U3
6
100R
2
R9
R12
R13
390R
470R
1A
R14
J2
39R
4
1
2
U4
MOC3021
100R
BT136
Q1
C1
C2
BC547B
100n
10n
J3
LAMPARA
R10
100R
1
2
Sensor de
luminosidad
Figura 24. Simulación con Proteus de control de luz.
- 46 -
230V
Sistema de gestión domótica de una vivienda
5.3.1.
Detección paso por cero
Primero de todo hemos tenido que diseñar el circuito de sincronismo, ya
que debemos sincronizar la señal que provine de la red con el PIC. Para eso
hemos utilizado el amplificador operacional UA741 para que nos genere una
señal alterna de forma cuadrada la cual nos proporciona dicha señal de
sincronismo.
+12V
R1(1)
A
R1
B
7
U1
10k
C
D1
3
D
6
2
R2
10k
4
1
5
1N4004
R3
UA741
8.2k
-12V
R4
10k
Figura 25. Simulación con Proteus de sincronismo.
Figura 26. Pantalla osciloscopio con sincronismo.
- 47 -
David Garcia Plaza
Vemos como la señal amarilla es la señal que nos proporciona la red, es
decir, 230V de eficaz, y observamos que cada vez que dicha señal pasa por
cero nos cambia el estado de la señal de salida, creando así un pulso de 5V
de la misma frecuencia.
Esta nueva señal alterna nos servirá para actuar sobre la interrupción
externa del PIC, y mediante programa poder decidir qué hacer cada vez que
se detecte un paso por cero, en nuestro caso actuaremos sobre el
encendido o apagado de la bombilla.
Para entenderlo mejor mostramos la siguiente simulación, en la cual a
través de programa creamos un pulso de corta duración cada vez que se
detecta el paso por cero, dicho pulso se muestra por la salida B1.
+12V
R1(1)
R1
7
U1
10k
D1
3
6
2
4
1
5
1N4004
R2
R3
UA741
10k
8.2k
-12V
A
B
C
R4
D
10k
VCC
R5
1k
R6
1k
U2
13
14
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
VCC
R8
10k
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
33
34
35
36
37
38
39
40
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
PIC16F877A
Figura 27. Simulación con Proteus control de luz.
- 48 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Figura 28. Pantalla osciloscopio con sincronismo.
En la imagen anterior vemos como genera un pulso (AZUL), cada vez que la
otra señal pasa por cero y por lo tanto activa la interrupción externa del
PIC.
5.3.2.
Sensor de luminosidad
Como la librería de Proteus no pose nuestro modelo de LDR hemos simulado
su funcionamiento con una resistencia variable, la cual podemos modificar
su resistencia al igual que se modificará realmente al variar la luminosidad
que recibe. Este valor lo introducimos por el conversor del PIC para realizar
una lectura continua del estado de luminosidad que tenemos, es aquí donde
a través de programa se realiza el control de la luz, dependiendo del valor
que tengamos se disparara en un cierto tiempo la salida hacia el Triac.
Tabla 13. Tabla luminosidad.
Luminosidad
Valor conversor
Pulso TRIAC
0%
208
No hay pulso.
25%
262
2,5ms
50%
352
5ms
75%
536
7,5ms
100%
1023
-
- 49 -
David Garcia Plaza
En la tabla podemos observar, los porcentajes de luminosidad, siendo 0%
cuando la LDR está tapada y no recibe luz, y 100% cuando la LDR recibe
máxima luz natural. Como vemos al 0% no hay pulso ya que queremos que
la bombilla de su máxima luz, por lo que el triac no ha de actuar, en cambio
al 100% no enviaremos ningún tipo de pulso, sino que simplemente
apagaremos la bombilla ya que significará que tenemos la luz adecuada.
5.3.3.
Sistema control de disparo
En esta parte es donde realizamos el control de disparo de la bombilla, todo
se hace a través de programa que es donde se crea el pulso para generar el
disparo del MOC3021, que como se ha comentado anteriormente es un
optotriac, que nos aísla las dos partes del circuito, a continuación
mostraremos los 5 estados posible de la bombilla, que son al 0%, 25%,
50%, 75%, 100%.
0% de luminosidad
Vemos como no se efectúa ningún disparo, debido a que queremos que la
bombilla se encienda completamente.
Figura 29. Pantalla osciloscopio a 0% de luminosidad.
- 50 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
25% de luminosidad
Figura 30. Pantalla osciloscopio a 25% de luminosidad.
50% de luminosidad
Figura 31. Pantalla osciloscopio a 50% de luminosidad.
- 51 -
David Garcia Plaza
75% de luminosidad
Figura 32. Pantalla osciloscopio a 75% de luminosidad.
100% de luminosidad
Cuando tenemos un 100% de luminosidad no queremos que se encienda la
bombilla por lo que no hay nada que mostrar ya que no se produce disparo,
por lo que el triac no conduce en ningún momento y no le llega ningún tipo
de señal a la bombilla.
- 52 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
5.4. Sistemas SSP, SPA, control de luz y
control de puertas y ventanas.
En el entorno de visualización de nuestra vivienda podremos encontrar los
siguientes puntos:
-
Control de luz
-
Control de puertas y ventanas
-
Sistema de simulación de presencia (SPP)
-
Sistema de protección por ausencia (SPA)
Todos estos sistemas serán controlados y visualizados por un programa de
control en Visual Basic des del cual el usuario podrá conocer el estado de
cualquier elemento de la vivienda mirando la pantalla de forma rápida y
eficaz.
En la imagen siguiente se puede ver todo el circuito simulado, aunque
quizás no se observe con mucho detalle cada uno de sus elementos, a
continuación explicaremos cada parte con detalle.
- 53 -
David Garcia Plaza
VCC
LUZ_COCINA
R8
180R
SW-SPDT
LUZ_GARAJE
R9
180R
SW-SPDT
R10
LUZ_HABITACION1
180R
SW-SPDT
R11
LUZ_HABITACION2
180R
SW-SPDT
R12
LUZ_HABITACION3
180R
SW-SPDT
R13
U5
5
Control de puertas y ventanas
VCC
Y
6
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
Y
P_PRINCIPAL
R1
A
B
C
180R
SW-SPDT
E
P_GARAJE
4
3
2
1
15
14
13
12
Control de luz
SW-SPDT
LUZ_COMEDOR
R14
180R
SW-SPDT
VCC
11
10
9
7
74151
R2
LUZ_ESTUDIO
180R
R15
R16
R17
R18
R19
R20
R21
180R
180R
180R
180R
180R
180R
180R
180R
SW-SPDT
V_HABITACION2
R3
U1
180R
V_HABITACION3
R4
180R
SW-SPDT
V_ESTUDIO
13
14
U2
SW-SPDT
R5
4
3
2
1
15
14
13
12
11
10
9
180R
SW-SPDT
V_COMEDOR
R6
180R
7
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
Y
Y
5
2
3
4
5
6
7
6
8
9
10
A
B
C
1
E
74151
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
SW-SPDT
V_GARAJE
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
R7
180R
SW-SPDT
R22
33
34
35
36
37
38
39
40
Q3
Q4
Q5
BC547
BC547
BC547
BC547
LUZ_1
LUZ_2
LUZ_3
LUZ_4
LUZ_5
COCINA
GARAJE
HAB1
HAB2
HAB3
19
20
21
22
27
28
29
30
SPA
P1
R28
180R
R23
VCC
180R
SPP
SPA
LED-GREEN
R24
R29
180R
180R
ALARMA
SW-SPDT
Q6
BC547
BC547
LUZ_6
LUZ7
COMEDOR
PIC16F877A
SW-SPDT
Q7
ESTUDIO
VCC
SW-SPDT
R25
1
6
2
7
3
8
4
9
DCD
DSR
RXD
RTS
TXD
CTS
DTR
RI
ERROR
COMPIM
BUZON
SW-SPDT
180R
SENSOR1
SPP
Q2
BC547
15
16
17
18
23
24
25
26
180R
D1
Q1
SW-SPDT
R26
180R
SENSOR2
SW-SPDT
R27
180R
SENSOR3
SW-SPDT
- 54 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
5.4.1.
Entorno de visualización
A continuación explicaremos el entorno de visualización de nuestro sistema
de control, en el cual podremos, como ya hemos explicado anteriormente,
visualizar y controlar los distintos elementos de la vivienda. En la siguiente
imagen se muestra el entorno que el usuario podrá encontrarse.
Figura 32. Entorno Visual vivienda.
Como se puede observar, el usuario verá una imagen del plano de la
vivienda donde se reflejan las distintas habitaciones, ventanas y puertas de
ésta. A la derecha encontramos una columna de control y visualización de
todas las luces que hemos creído convenientes controlar, así como las
puertas y ventanas. También se ha añadido el control de los sistemas SPA y
SPP, de tal manera que el usuario podrá activarlos manualmente con un
interruptor en la vivienda, o a través de la pantalla usando la instrucción
“ON”.
Seguidamente analizaremos por partes cada una de las funciones de
nuestro sistema, observando de manera virtual como cambian de estado las
diferentes entradas y salidas según una acción u otra. Para ello utilizaremos
una conexión virtual del puerto serie que conectará el simulador Proteus
con el Visual Basic.
- 55 -
David Garcia Plaza
5.4.2.
Control de Luz
Primero de todo nos centraremos en la parte del control de luz. En la
siguiente figura se observa la parte del circuito realizado con Proteus, donde
están situados los interruptores de control y los LED’s que hacen la función
de luces de la vivienda. Cada interruptor está conectado a una entrada del
multiplexor 74151, el cual va guardando continuamente los estados de los
distintos interruptores.
Para poder encender y apagar los led’s mediante instrucciones del PIC,
hemos colocado a cada salida un transistor que saturará cuando enviemos
un “1” lógico en el puerto, cerrando así el circuito.
LUZ_COCINA
R8
180R
180R
R10
180R
R11
180R
R12
180R
R13
U5
5
6
Y
Y
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
A
B
C
E
4
3
2
1
15
14
13
12
SW-SPDT
LUZ_GARAJE
R9
180R
SW-SPDT
LUZ_HABITACION1
SW-SPDT
LUZ_HABITACION2
SW-SPDT
LUZ_HABITACION3
SW-SPDT
LUZ_ESTUDIO
SW-SPDT
LUZ_COMEDOR
R14
180R
SW-SPDT
VCC
11
10
9
7
74151
R15
180R
R16
180R
R17
180R
R18
180R
R19
180R
Q1
BC547
Q2
BC547
Q3
BC547
Q4
BC547
Q5
BC547
LUZ_1
COCINA
LUZ_2
GARAJE
LUZ_3
HAB1
LUZ_4
HAB2
U1
13
14
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RB0/INT
RB1
RB2
RA0/AN0
RB3/PGM
RA1/AN1
RB4
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RB5
RA3/AN3/VREF+
RB6/PGC
RA4/T0CKI/C1OUT
RB7/PGD
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
R22
180R
33
34
35
36
37
38
39
40
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
Figura 33. Esquema Proteus control de luz.
PIC16F877A
VCC
R23
180R
R28
180R
VCC
- 56 -
LUZ_5
HAB3
R20
180R
R21
180R
Q7
BC547
Q6
BC547
LUZ_6
ESTUDIO
LUZ7
COMEDOR
Sistema de gestión domótica de una vivienda
En la pantalla de Visual Basic vemos que inicialmente todas las luces están
en gris ya que si nos fijamos en la figura del circuito todos los interruptores
se encuentran apagados.
Figura 34. Control de luz.
Ahora bien, si pulsamos, por ejemplo, los interruptores de Garaje,
Habitación 1 y Estudio, observaremos como las luces cambian de color.
Figura 35. Control de luz.
Si pasamos ahora a observar el circuito simulado en Proteus vemos que
estos tres interruptores están activos, así como los led’s correspondientes a
cada departamento de la vivienda.
- 57 -
David Garcia Plaza
VCC
LUZ_COCINA
R8
180R
SW-SPDT
LUZ_GARAJE
R9
180R
R10
180R
180R
R12
180R
5
6
Y
R13
Y
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
A
B
C
E
74151
4
3
2
1
15
14
13
12
LUZ_HABITACION1
SW-SPDT
R11
U5
SW-SPDT
180R
LUZ_HABITACION2
SW-SPDT
LUZ_HABITACION3
SW-SPDT
LUZ_ESTUDIO
SW-SPDT
LUZ_COMEDOR
R14
180R
SW-SPDT
VCC
11
10
9
7
R15
180R
R16
180R
R17
180R
R18
180R
R19
180R
Q1
BC547
Q2
BC547
Q3
BC547
Q4
BC547
Q5
BC547
LUZ_1
COCINA
LUZ_2
GARAJE
LUZ_3
HAB1
LUZ_4
HAB2
LUZ_5
HAB3
R20
180R
R21
180R
Q7
BC547
Q6
BC547
LUZ_6
ESTUDIO
LUZ7
COMEDOR
U1
13
14
U2
4
3
2
1
15
14
13
12
11
10
9
7
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
Y
Y
5
2
3
4
5
6
7
6
8
9
10
A
B
C
1
E
74151
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RB0/INT
RB1
RB2
RA0/AN0
RB3/PGM
RA1/AN1
RB4
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RB5
RA3/AN3/VREF+
RB6/PGC
RA4/T0CKI/C1OUT
RB7/PGD
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
R22
180R
33
34
35
36
37
38
39
40
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
Figura 36. Esquema Proteus ejemplo control de luz.
PIC16F877A
El control de luces es bidireccional, es decir, podemos encender y apagar las
luces con los interruptores manuales en la vivienda, o cómodamente des de
nuestra pantalla de Visual pulsando “ON” o “OFF” según nos convenga. La
única prioridad que hemos introducido es que los interruptores manuales
mandaran sobre el sistema visual, es decir, podremos encender y apagar
una luz que este desactivada, pero no podremos apagar una luz que tenga
el interruptor activo. Aquí vemos un ejemplo encendiendo la luz de la
cocina.
- 58 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Figura 37. Control de luz.
Observamos que el interruptor de la cocina no está pulsado, sin embargo, el
led si está en activo ya acabamos de encender la luz mediante Visual.
VCC
LUZ_COCINA
R8
180R
180R
R10
180R
R11
180R
R12
180R
R13
U5
5
6
Y
Y
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
A
B
C
E
74151
4
3
2
1
15
14
13
12
SW-SPDT
LUZ_GARAJE
R9
180R
SW-SPDT
LUZ_HABITACION1
SW-SPDT
LUZ_HABITACION2
SW-SPDT
LUZ_HABITACION3
SW-SPDT
LUZ_ESTUDIO
SW-SPDT
LUZ_COMEDOR
R14
180R
SW-SPDT
VCC
11
10
9
7
R15
180R
R16
180R
R17
180R
R18
180R
R19
180R
Q1
BC547
Q2
BC547
Q3
BC547
Q4
BC547
Q5
BC547
LUZ_1
COCINA
LUZ_2
GARAJE
LUZ_3
HAB1
LUZ_4
HAB2
LUZ_5
HAB3
R20
180R
R21
180R
Q7
BC547
Q6
BC547
LUZ_6
ESTUDIO
Figura 38. Esquema Proteus ejemplo control de luz.
- 59 -
LUZ7
COMEDOR
David Garcia Plaza
5.4.3.
Control de puertas y ventanas
Ahora analizaremos la parte de control de ventanas y puertas. Observamos
que para simular el circuito hemos utilizado interruptores para emular los
sensores magnéticos de final de carrera en las puertas y ventanas de la
vivienda, que nos darán los estados lógicos “1” o “0”, cuando estén abiertas
y cerradas independientemente. En este caso también haremos uso del
multiplexor para guardar las variables de entrada en el PIC, procedimiento
que nos permite optimizar las entradas de nuestro chip.
VCC
P_PRINCIPAL
R1
180R
SW-SPDT
P_GARAJE
R2
180R
SW-SPDT
V_HABITACION2
R3
180R
SW-SPDT
V_HABITACION3
R4
180R
SW-SPDT
V_ESTUDIO
SW-SPDT
R5
180R
V_COMEDOR
R6
180R
SW-SPDT
V_GARAJE
SW-SPDT
U1
13
14
U2
4
3
2
1
15
14
13
12
11
10
9
7
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
A
B
C
E
74151
Y
Y
5
6
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
R7
180R
33
34
35
36
37
38
39
40
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
PIC16F877A
VCC
Figura 39. Esquema Proteus control ventanas y puertas.
Si ponemos en marcha la simulación con los interruptores como la figura
anterior, nos encontraremos en el caso en que todas las puertas y ventanas
estarán cerradas.
Figura 40. Control puertas y ventanas.
- 60 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
A su vez, en la imagen del plano de la vivienda, las puertas y ventanas
aparecen en rojo cuando están cerradas, y en verde, como veremos a
continuación, cuando se abren.
Figura 41. Entorno Visual vivienda puertas y ventanas.
Ahora accionaremos en Proteus los interruptores correspondientes para
abrir la puerta principal y la ventana del comedor para ver como varían los
entornos de Visual.
VCC
P_PRINCIPAL
R1
180R
SW-SPDT
P_GARAJE
R2
180R
SW-SPDT
V_HABITACION2
R3
U1
180R
SW-SPDT
V_HABITACION3
R4
4
3
2
1
15
14
13
12
180R
SW-SPDT
V_ESTUDIO
SW-SPDT
R5
11
10
9
180R
V_COMEDOR
R6
SW-SPDT
V_GARAJE
SW-SPDT
13
14
U2
7
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
A
B
C
E
74151
180R
Y
Y
5
6
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
R7
180R
PIC16F877A
Figura 42. Esquema Proteus control puertas y ventanas.
- 61 -
33
34
35
36
37
38
39
40
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
David Garcia Plaza
Observamos que ambos estados pasan de “CERRADA” a “ABIERTA” y en el
dibujo de la vivienda cambian de color a verde indicando su apertura.
Figura 43. Control puertas y ventanas.
Figura 44. Entorno Visual vivienda puertas y ventanas.
Cabe recordar, que el sistema de control de puertas y ventanas no es un
sistema bidireccional como el de las luces, ya que en este caso no podemos
abrir ni cerrar una ventana o puerta por Visual, sino que solo visualizamos
en pantalla el estado en que se encuentra.
- 62 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
5.4.4.
Sistema de Simulación por Presencia (SSP)
Como ya hemos explicado anteriormente, éste sistema se encarga de
simular presencia dentro de la vivienda cuando se detecta algún tipo de
intrusión con los sensores de movimiento que teóricamente estarán
situados en el jardín. Cuando alguno de los sensores se activa, varias luces
de la casa se encenderán para intentar disuadir al intruso haciéndole pensar
que hay personas en la vivienda. De cara a la simulación en Proteus, hemos
substituido los sensores por interruptores simples para facilitar el manejo.
U1
13
14
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
R22
180R
D1
LED-GREEN
33
34
35
36
37
38
39
40
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
P1
1
6
2
7
3
8
4
9
PIC16F877A
VCC
SPP
SW-SPDT
ALARMA
SW-SPDT
SENSOR1
R23
180R
DCD
DSR
RXD
RTS
TXD
CTS
DTR
RI
ERROR
R24
180R
COMPIM
R25
180R
SW-SPDT
SENSOR2
R26
180R
SW-SPDT
SENSOR3
R27
180R
SW-SPDT
Figura 45. Esquema Proteus SSP.
En la figura anterior se observa como el sistema SSP consta de un
interruptor general, que puede ser activado mediante un interruptor manual
en la vivienda o pulsando “ON” en la pantalla de Visual. También tenemos el
interruptor para activar o desactivar la alarma, y los tres sensores que nos
alertarán de cualquier intrusión en la vivienda.
- 63 -
David Garcia Plaza
A continuación mostramos el entorno visual del usuario, donde podremos
activar y desactivar el SSP y visualizar que sensor es el que se ha activado.
Figura 46. Control SSP.
Ahora recrearemos una situación real de intrusión. Activaremos la
simulación y el sistema SSP, con todas las luces apagadas como si el dueño
de la vivienda hubiera salido a comprar o estuviera durmiendo, y
activaremos el sensor número dos.
U1
13
14
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RE0/AN5/RD
RC1/T1OSI/CCP2
RE1/AN6/WR
RC2/CCP1
RE2/AN7/CS
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
MCLR/Vpp/THV
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7
R22
180R
D1
LED-GREEN
33
34
35
36
37
38
39
40
15
16
17
18
23
24
25
26
19
20
21
22
27
28
29
30
PIC16F877A
VCC
SPP
SW-SPDT
ALARMA
SW-SPDT
SENSOR1
R23
180R
R24
180R
R25
180R
SW-SPDT
SENSOR2
R26
180R
SW-SPDT
SENSOR3
R27
180R
SW-SPDT
Figura 47. Ejemplo sistema SSP.
- 64 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Vemos que el indicador SSP está en “ACTIVO” al igual que la alarma y en
sensor número dos ya que así lo hemos querido y así lo muestra el
esquema del circuito en Proteus. Vemos que como hay motivos de intrusión
las luces de la cocina, de la habitación tres y del comedor se encienden para
que parezca que hay personas dentro de la casa.
Figura 48. Entorno Visual ejemplo sensores.
La línea roja de la parte izquierda de la imagen nos indica por pantalla que
la intrusión se está realizando por esa parte de la vivienda. A continuación,
y a modo de ejemplo, expondremos el caso en el cual los tres sensores
estuvieran activos y podremos ver las distintas líneas que envuelven la
casa.
Figura 49. Entorno Visual ejemplo sensores.
- 65 -
David Garcia Plaza
5.4.5.
Sistema de Protección por Ausencia (SPA)
El sistema de protección por ausencia tiene como función desconectar todos
los elementos eléctricos, en nuestro caso las luces de la vivienda. El usuario
podrá activar o desactivar este sistema de dos formas distintas y
bidireccionales, mediante un interruptor manual en la casa o un control en
la pantalla de Visual.
A continuación mostraremos un ejemplo en el cual podremos observar la
casa con algunas de las luces encendidas, como se observa en la siguiente
imagen, el control SPA esta “Inactivo” por tanto el sistema general de
control funciona con normalidad y las luces están correctamente encendidas
según los interruptores manuales.
Figura 50. Entorno Visual ejemplo SPA.
Ahora bien, si activamos el control SPA, ya sea de forma manual o por
nuestro terminal de control del PC, observamos como todas las luces han
quedado apagadas, y no podrán volver a encenderse hasta que el sistema
SPA este de nuevo desactivado.
En las siguientes dos imágenes vemos que aunque los interruptores
manuales en Proteus están activos, los led’s que simulan las luces de la
vivienda, al igual que los indicadores en Visual, siguen apagadas. Esto nos
facilitará la faena a la hora de apagar todas las luces si salimos de la
- 66 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
vivienda, o incluso programar el sistema para que se active en caso de fallo
eléctrico, fuga de gas, incendio, etc.
Cabe decir, que al igual que en el caso del control de luz o del SPP, hay una
serie de jerarquías en los controles de activación del sistema, es decir, que
por ejemplo, si hemos activado manualmente el sistema SPA, no podremos
desactivarlo en nuestro entorno gráfico, y a la inversa.
Figura 51. Ejemplo SPA activado.
- 67 -
David Garcia Plaza
VCC
LUZ_COCINA
R8
180R
SW-SPDT
LUZ_GARAJE
R9
180R
SW-SPDT
R10
LUZ_HABITACION1
180R
SW-SPDT
R11
LUZ_HABITACION2
180R
SW-SPDT
R12
LUZ_HABITACION3
180R
SW-SPDT
R13
U5
5
6
Y
Y
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
A
B
C
E
74151
4
3
2
1
15
14
13
12
LUZ_ESTUDIO
180R
SW-SPDT
LUZ_COMEDOR
R14
180R
SW-SPDT
VCC
11
10
9
7
R15
R16
R17
R18
R19
R20
R21
180R
180R
180R
180R
180R
180R
180R
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
BC547
BC547
BC547
BC547
BC547
LUZ_1
LUZ_2
LUZ_3
LUZ_4
LUZ_5
COCINA
GARAJE
HAB1
HAB2
HAB3
Q7
Q6
BC547
BC547
LUZ_6
ESTUDIO
LUZ7
COMEDOR
Figura 52. Ejemplo SPA activado.
- 68 -
CAPÍTULO 6:
SISTEMA DE
VISUALIZACIÓN
6.1. Programa utilizado: Visual Basic 6.0
Para realizar el sistema de visualización y de control de los diversos
módulos hemos utilizado el programa Visual Basic 6.0, Visual Basic es un
lenguaje de programación orientada al objeto, desarrollado para Microsoft.
El lenguaje de programación es un dialecto de BASIC, con importantes
agregados. Su primera versión fue presentada en 1991, con la intención de
simplificar la programación utilizando un ambiente de desarrollo
completamente gráfico que facilitara la creación de interfaces gráficas y, en
cierta medida, también la programación misma.
Visual Basic constituye un IDE (entorno de desarrollo integrado) que ha sido
empaquetado como un programa de aplicación; es decir, consiste en un
editor de código, un depurador, un compilador, y un constructor de interfaz
gráfica o GUI.
6.2. Control de Temperatura
En el control de Temperatura lo que nos interesa es poder observar y
interactuar con la temperatura de nuestra estancia. A continuación vamos a
explicar cada uno de los Form’s creados en visual y cuál es su utilidad.
- 69 -
David Garcia Plaza
6.2.1.
Visualización de temperatura actual y de consignas
En la siguiente figura podemos observar la pantalla principal de nuestro
sistema de control y visualización de temperatura. En dicha pantalla
podemos ver el valor actual de temperatura, así como las consignas que
hemos asignado, tanto de invierno como de verano. También podemos ver
de modo visual si el sistema de calefacción o de ventilación está
funcionando o apagado. Por último, nos encontramos tres botones que nos
permiten acceder a distintas funciones, como el cambio de consignas, el
historial de temperaturas o el reseteo de las contraseñas de fabricante.
Figura 53. Sistema de control y visualización de la temperatura.
6.2.2.
Control de acceso para el cambio de consignas
Para acceder al cambio de consignas es necesario introducir una contraseña
tal como podemos ver en la siguiente imagen, si no introducimos bien la
contraseña no podremos acceder al control de las temperatura de
consignas. En dicha pantalla también podremos cambiar la contraseña si lo
deseamos.
- 70 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Figura 54. Sistema de acceso al cambio de consignas.
6.2.3.
Cambio de contraseñas
En la siguiente pantalla podemos cambiar la contraseña, previamente se
nos requerirá que nos identifiquemos con la contraseña anterior para poder
así introducir la nueva contraseña.
Figura 55. Cambio de contraseñas.
- 71 -
David Garcia Plaza
6.2.4.
Cambio de consignas
En nuestra vivienda nos interesa poder cambiar los valores de consigna, por
si queremos tener una estancia más cálida o más fría, por eso tenemos la
siguiente pantalla, en la cual podremos cambiar los valores de consigna de
las estaciones principales de invierno y de verano. En la figura 57 podemos
ver como se han cambiado los valores de consigna.
Figura 56. Cambio de consignas.
Figura 57. Sistema de control y visualización de la temperatura.
- 72 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
6.2.5.
Historial
Por último, hemos añadido la opción de crear un historial de temperaturas,
para así poder realizar estudios o simplemente para poder visualizar la
temperatura que hemos tenido anteriormente. Esta opción se elige desde el
menú principal clicando en Historial.
En la pantalla Historial podemos elegir cada cuanto tiempo queremos
guardar los valores de temperatura, en el ejemplo vamos a realizar las
lecturas cada minuto. Al hacer clic en Mostrar Gráfica, se nos abrirá un
archivo Excel en el cual podremos la lista de valores capturados y observar
la gráfica de nuestras temperaturas, como podemos ver en la figura 59.
Figura 58. Historial.
35
30
25
20
15
10
5
1
8
15
22
29
36
43
50
57
64
71
78
85
92
99
0
Figura 59. Gráfica Historial.
- 73 -
David Garcia Plaza
6.3. Control de luz
En este apartado de la visualización y control, lo que vamos a poder realizar
es ver el estado de la bombilla cuando estamos en el modo automático en el
cual la bombilla se regula sola mediante la fotorresistencia del circuito,
además en este apartado también podremos ver como desde visual
podemos decidir en el modo manual, que tanto por ciento queremos
encender en la bombilla.
En la siguiente imagen podemos ver como en el modo automático,
actualmente la bombilla esta al 0% encendida, eso significa que tendremos
suficiente luz natural que no precisamos de luz artificial para iluminar
nuestra estancia.
Figura 60. Control y visualización de la luz.
En la imagen siguiente podemos ver como en el modo automático pasa lo
contrario que anteriormente, actualmente la bombilla esta al 75%
encendida, eso significa que no disponemos de suficiente luz natural para
iluminar nuestra estancia y necesitamos de luz artificial para tener una
correcta iluminación.
- 74 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
Figura 61. Control y visualización de la luz.
En las dos siguientes imagen podemos ver el modo manual, este modo no
tiene en cuenta el valor de luz actual de la estancia y somos nosotros los
que podemos elegir el porcentaje de encendido de la bombilla, esto nos
puede interesar en algunos casos, como por ejemplo, para poder ver una
película de noche y no queremos tener encendidas la luz al 100%, o quizás
también en cuando requerimos de más iluminación para realizar alguna
tarea y no nos basta con la luz natural.
Figura 62. Control y visualización de la luz.
- 75 -
David Garcia Plaza
Figura 63. Control y visualización de la luz.
6.4. Sistemas SSP, SPA,
puertas y ventanas.
control
de
luz
La parte de visualización de estos sistemas ya se ha mostrado
anteriormente en el apartado de simulaciones, para facilitar la
comprensión de este apartado
- 76 -
CAPÍTULO 7:
CÁLCULOS Y
JUSTIFICACIONES
En el siguiente capítulo vamos a justificar la elección de cada uno de los
componentes utilizados en el proyecto, nuestra justificación se basará
principalmente en los cálculos realizados, aunque alguno de los
componentes ha sido elegido sin realizar unos cálculos exhaustivos debido a
la gran variedad de mercado y a que su elección no repercutía en la
resolución del proyecto.
A continuación vamos a detallar los cálculos por módulos.
7.1. Control de Temperatura
7.1.1.
LM35DZ
El LM35DZ es un sensor de temperatura, al elección de este componente se
debe a que es uno de los más utilizados en el mercado, también es un
sensor ya línealizado por lo que no hay que montar un circuito externo para
línealizarlo.
Además, para nuestro proyecto su rango de temperatura nos es suficiente
para realizar nuestras mediciones. Ya que su rango de medición va desde
los 0ºC a 100ºC.
También uno de los puntos a destacar es como hemos dicho su
línealización, que nos entrega 10mV/Cº, esto nos lleva a decir que en
nuestra vivienda que seguramente no superará los 35ºC o como mucho
40ºC, tendremos como máximo 400mV y 10mA en la salida, una tensión
que como veremos más adelante soporta perfectamente el PIC16F877A.
- 77 -
David Garcia Plaza
7.1.2.
Resistencias de protección
La resistencias R9 y R10 de 220Ω son resistencias limitadoras de corriente
para los led’s, son resistencias que se utilizan para proteger al led de sobre
intensidades que puedan venir del PIC. Es muy difícil que el PIC tenga una
sobre intensidad, pero poniendo estas dos resistencias nos aseguramos de
proteger a los led’s.
(1)
(2)
Una vez tenemos esto, calculamos la potencia que debe disipar la
resistencia.
(3)
Pr = Potencia que disipa la resistencia
Vr = Caída de tensión de la resistencia
Ir = Intensidad de la resistencia
(4)
Esto significa que con una R de 1/4W ya podemos disipar la potencia.
7.1.3.
MOC3021
El MOC3021 es un optoacoplador con la sida de triac, anteriormente ya
hemos explicado su funcionamiento por lo que ahora explicaremos el
porqué hemos elegido este modelo y no otro. La elección se a basado
principalmente en la tensión que permitía la salida, como hemos visto
anteriormente aquí conectaremos un sistema de resistencias en serie que
irán conectadas a la red para hacer una simulación de calefacción, por lo
que nuestro triac en la salida tiene que soportar la tensión de red y este
optoacoplador puede conducir hasta 400V de alterna, además también
soporta 1A de corriente que en ningún caso superamos, a continuación
explicaremos el circuito de resistencias y veremos que no se supera 1A.
Por último decir, que la parte que recibe del PIC, ya se ha limitado la
corriente por lo que no superaremos la corriente máxima soportada por el
optoacoplador que es de 60mA ni la tensión máxima que es de 3V.
- 78 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
7.1.4.
Circuito de calefacción
Figura 64. Circuito de calefacción.
Como vemos en la figura anterior para realizar la calefacción se han
utilizado 3 resistencias de 3k3Ω y de 4W, para simular un sistema de
calefacción, para realizar la elección de estos componentes hemos tenido
que realizar un primer cálculo para limitar el rango de valores de
resistencias sin llegar a producir un cortocircuito y quemarlas, después de
varios ensayos elegimos las resistencias de 3k3Ω ya que eran resistencias
que no se calentaban muy rápido y así podíamos hacer crecer la
temperatura poco a poco sin llegar a quemar las resistencias. A
continuación se muestran los cálculos.
(5)
Por lo que la potencia que disipara cada resistencia es,
(6)
Obtenemos una potencia de 1,78W que en ningún caso superan los 4W
máximos de potencia de disipación de la resistencia, por lo que hará que las
resistencias se calienten pero nunca se destruyan.
7.1.5.
Circuito de ventilación
Anteriormente ya se ha explicado la resistencia R10, por lo que en este caso
nos basaremos en la elección del transistor NPN, poco hay que decir de esta
elección, el transistor BC547 es uno de los más comunes en el mercado y
uno de los de más bajo precio, cuando recibe el impulso del PIC el transistor
trabaja en su zona de saturación comportándose como un interruptor
- 79 -
David Garcia Plaza
cerrado y dejando así pasar la corriente necesaria para que el ventilado
funcione. En ningún caso superamos las tensiones máximas del transistor
debido a que ya vienen limitadas por la resistencia R10 y por la resistencia
interna del ventilador que lleva según fabricante.
Figura 65. Circuito de ventilación.
7.2. Control de Luz
7.2.1.
UA741CN
Como vemos figura que se muestra a continuación, hemos utilizado el
UA741CN que es un amplificador operacional para propósito general, que es
uno de los amplificadores operacionales más utilizados en el mundo de la
electrónica, entre una de sus características destaca la del voltaje
diferencial de entrada que es de ±30V y la tensión de entrada de ±15V, que
en ningún caso superamos ya que a través del transformado introducimos
una onda senoidal de 12V eficaces.
Figura 66. Pulso de sincronismo.
- 80 -
Sistema de gestión domótica de una vivienda
7.2.2.
Pulso de disparo
Anteriormente ya hemos comentado la elección del MOC3021, por lo que en
este caso no vamos a profundizar, ya que ha sido explicado con más detalle
anteriormente, solo comentar que soporta la tensión de red que
necesitamos para encender la bombilla.
El otro componente principal es el BT136-600, triac capaz de soportar la
tensión de red que necesitaremos para la bombilla, el motivo de haber
código el BT136-600 y no el BT-500 o de gamas más baja es el hecho de la
no disponibilidad en tienda, la terminación en 600 significa que soportara
picos de 600V en sus terminales, por lo que podemos estar tranquilos ya
que no superaremos esos picos de tensión.
Figura 67. Pulso de disparo.
7.3. Control vivienda
7.3.1.
Multiplexor SN74151
El multiplexor que hemos escogido es el 74151 ya que se adapta
perfectamente ya que su tensión de alimentación es de 5V que es la que
utilizamos para el PIC y los distintos led’s que incorpora el circuito. Por otra
parte las corrientes de salida que suministra el PIC son del orden de µA y
éste modelo soporta intensidades de entrada de hasta 1mA en las entradas
de control por tanto no tendremos ningún problema ya que existe margen
suficiente para sobre intensidades.
- 81 -
David Garcia Plaza
U3
4
3
2
1
15
14
13
12
11
10
9
7
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
Y
Y
5
6
A
B
C
E
74151
Figura 68. Pulso de disparo.
Por otra parte, el nivel “alto” de tensión en la salida es de 3,4 V, este valor
es suficientemente grande como para que en detectemos un “1” lógico en la
entrada de nuestro PIC.
7.3.2.
Control de luz automático
Para controlar con el PIC el encendido y apagado de los led’s, utilizaremos
un transistor BC547. Este transistor, que ya lo hemos utilizado en otro
módulo, tiene como función saturarse cuando el PIC envié un “1” lógico y
cerrar el circuito para encender el led. Como ya hemos comentado
anteriormente, y según la hoja de características que podemos encontrar en
los anexos, la corriente IB que le llega al transistor des del PIC es muy
pequeña y como ya hemos explicado anteriormente, es muy difícil que el
PIC sufra una sobretensión en sus puertos de salida.
Figura 69. Pulso de disparo.
Por otra parte, la resistencia de 180Ω colocada en entre la alimentación y el
transistor tiene como función limitar la corriente que llegará por el colector
del transistor hasta el led.
- 82 -
CAPÍTULO 8:
NORMATIVA
En la actualidad se están desarrollando trabajos de normalización
relacionados con la domótica tanto en organismos europeos (CENELEC;
CEN) como en organismos internacionales (ISO/IEC).
A continuación se resumen estos trabajos.
8.1. CENELEC
8.1.1. Comité Técnico 205
El Comité Técnico 205 “Sistemas electrónicos para viviendas y edificios”, se
encarga de preparar normas para todos los aspectos de sistemas
electrónicos domésticos y en edificios en relación a la sociedad de la
información.
En más detalle, preparar normas para asegurar la integración de un
espectro amplio de aplicaciones y aspectos de control y gestión de otras
aplicaciones en y entorno a viviendas y edificios, incluyendo las pasarelas
residenciales a diferentes medios de transmisión y redes públicas, teniendo
en cuenta todo lo relativo a EMC y seguridad eléctrica y funcional.
TC 205 no preparará normas de producto sino los requisitos de actuación
necesarios y los interfaces de hardware y software necesarios. Las normas
deberán especificar ensayos de conformidad.
8.1.2. Normas publicadas
La estructura normativa del TC 205 se basa en dos series de normas, la EN
50491, que especifica los requisitos generales comunes para todos los
sistemas domóticos, y la EN 50090, que especifica los requisitos para el
protocolo Konnex, dicho protocolo trata comunicaciones estándar,
- 83 -
David Garcia Plaza
multimedio y abierto, Normalizado en Europa cuyo ámbito actuación se
reduce a viviendas y, en menor medida, edificios.
8.2. CEN
8.2.1. Comité Técnico 247
El Comité Técnico 247 “Automatización de Edificios, Controles y Gestión de
Edificios”, se encarga de la normalización de automatización de edificios,
controles y gestión de edificios y servicios para edificios residenciales y no
residenciales.
Estas normas incluyen definiciones, requisitos, funciones y métodos de
ensayo de los productos de automatización de edificios y sistemas para
control automático de instalaciones de servicios en edificios.
Las medidas de integración primarias incluyen interfaces de aplicación,
sistemas y servicios para asegurar una gestión técnica de edificios eficiente
en cooperación con la gestión comercial y de infraestructuras del edificio.
Se excluyen de su campo de aplicación las áreas de automatización de
edificios bajo la responsabilidad de otros comités de CEN/CENELEC.
8.2.2. Normas publicadas
La estructura normativa del TC 247 se basa en dos series de normas, la EN
14908, que trata sobre la comunicación abierta de datos para
automatización, control y gestión de edificios, y la EN 13321, que especifica
la comunicación de datos en automatización de edificios, los controles y la
construcción de sistemas de gestión.
8.3. ISO/IEC
8.3.1. Subcomité 25
El Subcomité 25 “interconexión en la tecnología de la información” es el
responsable de la interconexión en la tecnología de la información. Dentro
de su campo de aplicación está la normalización de sistemas
microprocesadores, así como de interfaces, protocolos y medios de
interconexión asociados para equipos de tecnología de la información,
generalmente para entornos comerciales y residenciales. Se excluye el
desarrollo de normas para redes de telecomunicaciones e interfaces a redes
de comunicación.
8.3.2. Normas publicadas
La estructura normativa del subcomité 25 trabaja las normativas: ISO/IEC
15045, ISO/IEC 14762, ISO/IEC 15067 y ISO/IEC 14543. Todas estas
normativas tratan los sistemas electrónicos en casas domóticas.
- 84 -
CAPÍTULO 9:
BIBLIOGRAFÍA
9.1. Bibliografía de consulta
9.1.1.
Páginas web
http://revista.consumer.es/web/es/20060201/economia_domestica/
http://www.ceilhit.com/
http://www.anecyc.com/
http://www.intael.net/obras.html
http://www.intael.net/pdf/CATALOGO%20FENIX.pdf
http://www.esak.es/?gclid=CIKF4JCD954CFZ1h4wodzDTMJA
http://www.x-robotics.com/sensores.htm#LM35
http://www.electro-tech-online.com/attachments/micro-controllers/27456d1237645692lm35-pic16f877a-adc.jpg
http://foro.elhacker.net/electronica/introduccion_a_la_programacion_de_pics_en_lenguaje_c
_ccs-t174021.0.html
http://www.ucontrol.com.ar/forosmf/programacion-en-c/medidor-de-4-temperaturas-conlm35-y-lcd-2x16/?wap2
http://www.ucontrol.com.ar/forosmf/programacion-en-asm/medidor-de-temperatura-con-ellm35-con-decimos/
http://todopic.mforos.com/46840/4390762-convertir-asm-en-c/
http://www.idesaelectronic.com/instalacion.aspx
- 85 -
David Garcia Plaza
http://www.taringa.net/posts/downloads/1088351/Dise%C3%B1o-de-interioresProgramas_.html
http://www.eurocable.es/esp/productos/ca_sist_reversible.php?h=2
http://fuetgo.wordpress.com/2007/09/19/microsoft-office-visio-2007-professional-espanol/
http://todopic.mforos.com/58527/3049293-efecto-noche-dia-para-belenes/
http://www.scribd.com/doc/22558303/Compilador-C-CCS-e-Simulador-Proteus-paraMicrocontroladores-Pic
9.1.2.
Libros
Garcia Breijo, Eduardo. Compilador C CCS e Simulador Proteus para Microcontroladores Pic.
Alfaomega, 2008.
Lile, Henri. Tiristores y triacs. Marcombo S.A., 2004.
Tavernier, Christian. MicroControladores PIC. Paraninfo, 1997.
Lehmann, Stefan. MicroControladores PIC: prácticas de programación. Marcombo S.A., 2008.
- 86 -