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• Edgar Hernadez Meza

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INSTALACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL DE SEGURIDAD Y CONFORT EN UNA CASA HABITACIÓN UTILIZANDO EL MICROCONTROLADOR ARDUINO UNO. CARLOS IVAN MARTINEZ BENAVIDES, EDGAR HERNANDEZ MEZA, GUSTAVO SALVADOR AMADOR, JOSUE CARCAMO VELASCO, ANTONIO HERNANDEZ HERNANDEZ Huejutla de Reyes, Hidalgo, México, 7711432884 Email: meca.diseñ[email protected] RESUMEN El sistema domótico va enfocado hacia espacios tales como un hogar, tiendas, talleres etc. puesto que es una herramienta tecnológica y moderna. Pero de igual manera está pensado en tener automatizado su establecimiento para proporcionar una mayor seguridad y mejor confort en su estancia. Nos brindara un mejor control de las variables como la intensidad luminosa, encendido/apagado de la luz, el control de la puerta por medio de código, que habrá si el código es correcto y se mantenga cerrada mientras el código no sea correcto, entre otras funciones. En este proyecto utilizaremos el microcontrolador Arduino en la que nos apoyaremos con otros dispositivos para poder construir un sistema domótico simple. Arduino contiene hardware libre, basado en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñado para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares como lo será nuestro sistema domótico. PALABRAS CLAVES: Automatizar, electrónica, sensor, control, microcontrolador, sistema, domótica, costos.

INTRODUCCIÓN En la actualidad un sistema domótico no es muy común entre la sociedad pero con el avance tecnológico este tipo de sistemas será instalado en cualquier vivienda. Se sabe que un sistema domótico es utilizado para el control de casas de lujo, que tienen un costo muy elevado. La domótica es un conjunto de nuevas tecnologías aplicadas al control y la automatización inteligente en este caso de una vivienda, permitiendo una gestión eficiente del uso de la energía además de aportar seguridad, confort, y comunicación entre el usuario y el sistema. Estos sistemas deben ser capaces de recoger la información de su entorno con sensores y disponer de la lógica para actuar en consecuencia utilizando actuadores. Para trabajar con estos tipos de sistemas es muy importante conocer el capital que disponemos para invertir en el sistema y seleccionar los dispositivos que más se ajusten a nuestras necesidades. De poco nos sirve comprar un elemento con grandes prestaciones si luego no lo vamos a aprovechar.

Es importante reconocer de igual forma la parte estética, puesto que este proyecto evitaría la instalación de cableado para comunicar las placas Arduino, es decir, aprovecharíamos dispositivos que trabajasen inalámbricamente. Aunque el precio de un dispositivo inalámbrico es ligeramente superior, podremos evitar tener que comprar cables que poco a poco aumentara el coste total haciéndolo incluso más caro. OBJETIVO GENERAL Obtener con la ayuda del microcontrolador arduino y sus componentes externos (sensores, actuadores y comunicadores inalámbricos), un sistema automático domótico e innovador de seguridad aplicable en casa habitación, mediante la implementación conjunta del software LABVIEW.

OBJETIVOS ESPECIFICOS    

Construir el sistema domótico paso a paso, comenzando con el control de la luminosidad. Experimentar y buscar con que variables podemos trabajar y automatizar con el microcontrolador arduino. Documentar cada paso del proyecto para que en un futuro obtengamos un sistema domótico completo y funcional. Realizar la comunicación e interfaz del sistema domótico mediante dispositivos móviles.

DESCRIPCION DEL PROCESO En la actualidad México es uno de los países más inseguros, ocupa el quinto lugar en la lista de los países más inseguros del mundo, lo que nos preocupó a nosotros como personas y como parte de la sociedad a la cual pertenecemos y sabemos que la inseguridad no se puede acabar de la noche a la mañana, todos sabemos que esto seguirá creciendo más y más, pero lo que si podemos hacer es prevenir, así que fue por eso que elegimos en nuestro proyecto de integradora hacer un sistema domótico de seguridad.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE ARDUINO En este apartado vamos a describir los principales elementos que componen una placa Arduino y el entorno de desarrollo en el que se programa el código, es decir la parte hardware y software que actúan sobre Arduino.

Hardware Al ser Arduino una plataforma de hardware libre tanto su diseño como su distribución puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia. Por eso existen varios tipos de placa oficiales, las creadas por la comunidad Arduino o las no oficiales creadas por terceros pero con características similares. En la placa Arduino es donde conectaremos los sensores, actuadores y otros elementos necesarios para comunicarnos con el sistema. En el proyecto se han utilizado las placas Arduino Uno y Seeeduino que describiremos a continuación. Arduino Uno

Esto beneficiara a varios hogares y negocios que se encuentran en lugares o zonas de alto riesgo tratándose de robos, asaltos a casa entre otras cosas. Es importante mencionar de igual forma que no solo se realizara por en ámbito de la seguridad si no que será realizado de igual forma por el tema del confort y seguridad de los usuarios. Pero no todos contamos con los recursos suficientes para tener este tipo de sistema de control y tratarlo de hacer generaría mayor costo, así que utilizaremos microcontrolador ARDUINO UNO por su facilidad con programación y por qué tiene un precio muy accesible.

Es el último modelo diseñado y distribuido por la comunidad Arduino. La placa tiene un tamaño de 75x53mm. Su unidad de procesamiento consiste en un microcontrolador ATmega328. Puede ser alimentada mediante USB o alimentación externa y contiene pines tanto analógicos como digitales.

Referencia para pines analógicos (AREF)

 Interrupciones externas: 2 y 3. Estos pines pueden ser configurados para activar interrupciones.

Tensión de referencia para entradas analógicas. Se utiliza con la función

 PWM: 3, 5, 6, 9, 10 y 11. Proporcionan una salida de 8 bits en modo PWM.

analogReference().

 SPI: 10-13. Estos pines soportan la librería de comunicación de dispositivos SPI.

Pines de tierra (GND)

 LED: 13. Este pin está conectado con un led de la placa. Cuando se le asigne un valor HIGH se encenderá, en cambio si lo dejamos en LOW estará apagado.

Masa del circuito para pines, es decir es la tensión de referencia de 0V. Pines digitales de entrada y salida

Conector USB En estos pines conectaremos la patilla de dato del sensor/actuador. Desde ellos podremos leer la información del sensor o activar el actuador. Hay 14 pines digitales que pueden utilizarse como entrada o salida con las funciones pinMode, digitalWrite, y digitalRead. Operan a 5 voltios. Cada pin proporciona o recibe como máximo 40mA y disponen de una resistencia pull-up (desconectada por defecto) de 20-50 kOhmios. Ciertos pines son reservados para determinados usos:  Serie: 0(RX) y 1(TX). Utilizados para recibir (RX) y trasmitir (TX) datos serie. Están directamente conectados a los pines serie del microcontrolador. Utilizando estos pines podremos conectarnos con otras placas.

Existen varios tipos de conectores USB, en concreto esta placa utiliza el tipo B hembra. Con lo cual se necesitará un cable tipo B macho – tipo A macho (aunque se pueden utilizar otros este es el más extendido) que deberá conectarse a un conector tipo A hembra (por ejemplo a un ordenador o al cargador de un móvil). La placa se puede alimentar con la tensión de 5V que le proporciona el bus serie USB. Cuando carguemos un programa a la placa desde el software de Arduino se inyectará el código del ordenador por este bus. Botón Reset Utilizando este botón podremos reiniciar la ejecución del código del microcontrolador.

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ICSP (In Circuit Serial Programming) Es un conector utilizado en los dispositivos PIC para programarlos sin necesidad de tener que retirar el chip del circuito del que forma parte.

Desde aquí podremos suministrar 3.3V a los dispositivos que lo necesiten con una corriente máxima de 50mA. Es generada gracias al chip FTDI integrado en la placa. Pin de 5V

Microcontrolador ATmega328 El microcontrolador es el elemento más importante de la placa. Es donde se instalará y ejecutará el código que se haya diseñado. Ha sido creado por la compañía Atmel, tiene un voltaje operativo de 5V, aunque se recomienda como entrada de 7-12V con un límite de 20V. Contiene 14 pines digitales de entrada y salida, 6 pines analógicos que están conectados directamente a los pines de la placa Arduino comentados anteriormente. Dispone de 32KB de memoria flash (de los cuales 512 bytes son utilizados por el bootloader). En la memoria flash se instalará el programa a ejecutar. El bootloader será el encargado de preparar el microcontrolador para que pueda ejecutar nuestro programa. También tiene una memoria EEPROM de 1KB que puede ser leída o escrita con la librería EEPROM. En la parte de procesamiento dispone de un reloj de 16Mhz y 2KB de memoria RAM.

Este pin saca una tensión de 5v del regulador de la placa. El regulador es necesario puesto que puede ser alimentada con distintos voltajes. Pin de Vin Es el voltaje de entrada cuando se usa una fuente de alimentación externa (no tiene en cuenta la conexión USB). Se puede proporcionar voltaje a la placa a través de este pin, o en caso de que se esté utilizando una fuente de alimentación externa tomar el valor que está siendo suministrado. Pines analógicos Esta placa contiene 6 pines de entrada analógicos. Los elementos que se conecten aquí suelen tener mayor precisión que los digitales pero su uso requiere de una lógica levemente mayor

Fuente de alimentación externa Módulo LED La placa puede ser alimentada también mediante corriente continua suministrada por el conector jack de 3.5mm que podrá recibir entre 7 y 12V. Pin de Reset Podemos imitar el funcionamiento del botón reset suministrando un valor LOW(0V) para reiniciar el microcontrolador.

Pin de 3.3V

La función de este dispositivo es avisar mediante un diodo emisor de luz la ocurrencia de un evento que puede requerir su atención. Pueden utilizarse de forma digital (encendido/apagado) o de forma analógica si se quiere variar la intensidad de la luz.

dotándolos de control eficiente y de fácil

DOMÓTICA

manejo

Un panel de control doméstico, capaz de controlar la iluminación, termostato, seguridad, cerraduras y entretenimiento doméstico.



Un típico panel de conexiones doméstico.



Control vía Internet



Gestión Multimedia y del ocio

Se llama domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto cerrado. El término domótica viene de la unión de las palabras domus (que significa casa en latín) y tica (de automática, palabra en griego, ‘que funciona por sí sola’).

Integración del portero al teléfono, o del videoportero al televisor

electrónicos 

Generación de macros y programas de forma sencilla para el usuario y automatización.

Seguridad Consiste en una red de seguridad encargada de

Confort

proteger tanto los bienes patrimoniales, como la

El confort conlleva todas las actuaciones que se puedan llevar a cabo que mejoren el confort en una vivienda. Dichas actuaciones pueden ser de

seguridad personal y la vida. 

Alarmas de intrusión (antiintrusión): Se utilizan para detectar o prevenir la

carácter tanto pasivo, como activo o mixtas.

presencia de personas extrañas en una Iluminación: 

Apagado general de todas las luces de la

vivienda o edificio. 

vivienda 



Detección de un posible intruso (Detectores volumétricos o perimetrales).

Automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz.



Cierre de persianas puntual y seguro.

Regulación de la iluminación según el



Simulacion de presencia.

nivel de luminosidad ambiente Detectores y alarmas de detección de incendios 

Automatización de todos los distintos

(detector de calor, detector de humo), detector de

sistemas/ instalaciones / equipos

gas (fugas de gas, para cocinas no eléctricas), escapes de agua einundación, concentración

3.- Se añade un PWM Write Pin en la programación, con esta podemos manejar la intensidad luminosa de los leds que se conecten a las entradas del microcontrolador arduino uno.

de monóxido de carbono en garajes cuando se usan vehículos de combustión.  A

Acceso a cámaras IP.

modo

de

ejemplo,

un detector

de

humo colocado en una cocina eléctrica, podría apagarla, cortando la electricidad que va a la misma, cuando se detecte un incendio. Control de intensidad luminosa

Programación en el software labVIEW

4.- Se implementa un control PWM, y manipulamos en que entrada queremos manejar el control de la intensidad. En este caso será la entrada digital 3 de arduino uno.

En el diagrama de bloques, la conexión para controlar la intensidad luminosa de LED’s es la siguiente. 1.- Se añaden una entrada y una salida arduino, como se ven en las imágenes. Entrada (Init) salida (Close) 5.- Se coloca un control para este proyecto que se ha mencionado constantemente un Duty Cycle de 0 a 255 bits. Esta funcionara como un potenciómetro para regular el voltaje pero en esta ocasión será virtual.

6.- Se conectan las ramificaciones de información para este programa quedando de esta forma.

2.- Se crea un ciclo while loop para que el programa se esté ejecutando constantemente

7.- Para el panel frontal de programación será de esta forma.

8.-

cargamos

la

librería

para

hacer

la

9.- Cargamos la programación al microcontrolador arduino uno.

interface

LabVIEW

con

arduino

RESULTADOS AGRADECIMIENTOS En base a las investigaciones realizadas, como principal problema encontrado fue la gran demanda que existe hoy en día de equipos que mejoren la seguridad en hogares u otras instalaciones, tales dispositivos están conformados para realizar tareas específicas como encender o apagar las luces, abrir o cerrar una puerta, una ventana e incluso las persianas de las mismas. La población cada vez pretende modernizarse mas por ello proponemos este sistema y esperamos que prolongue el u de la tecnología y nos proporcione seguridad y confort en los lugares donde sea instalado tal sistema.

Agradecemos al profesor MC.CESAR CHAVEZ OLIVARES que nos proporciona la ayuda suficiente para centrar nuestra atenciuon en este proyecto asi mismo nos proporciono las bases para comenzar con la ejecución del mismo.

REFERENCIAS Comunicación serie entre Arduinos:

CONCLUSIONES Con el desarrollo de este sistema domótico tendremos la oportunidad de trabajar con componentes electrónicos programables como lo son el microcontrolador ARDUINO, el cual nos brindara las bases necesarias para aprender ampliamente acerca del mundo de la programación, a su vez nos ayudara a conocer la forma de trabajar con sus componentes externos, los cuales permitirán tener mayor confort a la hora de utilizar dicho sistema. Es importante reconocer que los componentes externos con los cuales trabajaremos necesitan de una programación de alto grado en el software LABVIEW. Este proyecto será realizado paso a paso con el fin de desarrollar cada parte del sistema eficazmente, nos referimos a que los componentes externos del microcontrolador ARDUINO anteriormente mencionados en el desarrollo serán programados y probados uno a uno, con la finalidad de que al final el proyecto pueda ser instalado con todos los componentes en un lugar determinado, de tal forma de que se cumplan nuestras expectativas. En un sentido más amplio el sistema domótico brindara seguridad y confort a los usuarios en el espacio en el cual nos sea permitido instalar nuestro proyecto. Para finalizar, es importante mencionar que estamos satisfechos con el proyecto en cuestión, ya que gracias a este sistema obtendremos conocimientos y habilidades que nos ayudaran a desenvolvernos en el ámbito laboral en un futuro.

http://www.youtube.com/watch?v=FiDaNkuwgQM Página oficial de Arduino: http://www.arduino.cc/ Información sobre sensores: http://www.ladyada.net/learn/sensors/index.html Mecatrónica, control y automatización, Fernando Reyes Cortes, Jaime Cid Monjaraz, Emilio Vargas Soto. Alfaomega grupo editor. Sensores y acondicionadores de señal. 1ra. Edición. Ramo Pallos Areny. Edit. Alfaomega marcombo. Maquinas eléctricas Tercera edición. Stephen

J. Chapman.

Editorial Mc Graw Hill. Equipo de Mecatrónica Área Automatización grupo “B” tercer cuatrimestre. meca.diseñ[email protected]