domótica, instrumentación

Resumen — Este documento contiene la implementación de un sistema domótico, donde se adecuaran según las necesidad y requerimientos pedidos, diferentes tipos de sensores, los cuales, mediante una correcta adecuación y si es necesario su acondicionamiento, contribuirán positivamente para que se pueda cumplir con las especificaciones pedidas inicialmente, se utilizarán 7 tipos de sensores diferente, los cuales son, sensor capacitivo, magnético, de inclinación, escala de grises, de luz ambiente, de temperatura y sensor de vibraciones. A demás, se implementarán actuadores para 3 sensores, de tal manera que se podrá tener control sobre algunas variables físicas y necesidades importantes. Cada uno de los sensores genera una señal de la salida con respecto a una variable física o evento al que se vean sometidos, dicha señal serán tomada por el microcontrolador, en este caso el Arduino Mega, estos datos se procesarán y mediante un código se programará las función para que cada sensor se comporte de la manera correcta y deseada. Una vez procesada la señal se visualizará por medio de un menú, donde se podrá monitorizar constantemente el estado en el cual se encuentran los sensores en tiempo real mediante un una LCD, dicha visualización se hará directamente desde el Arduino uno.

Palabras claves – Circuito, acondicionamiento, sensor, domótica, , control, arduino, LCD.

Abstract - This document contains the implementation of an automated system , which will be adapted according to the needs and requirements requested , different types of sensors, which , through proper alignment and if his conditioning is necessary, contribute positively so that it can meet the specifications you ordered initially , 7 types of different sensors , which are , capacitive sensor , magnetic , tilt , grayscale , ambient light , temperature and vibration sensor are used. In other actuators for 3 sensors are implemented , so that one can be controlled on some physical variables and important needs. Each of the sensors generates a signal output over a physical variable or event which is subjected , the signal will be taken by the microcontroller , in this case the Arduino Mega , this data is processed and by a code is set the function for each sensor behaves in the correct and desired manner. Once the processed signal is displayed via a menu, where you can constantly monitor the state in which the

sensors are available in real time through an LCD , this display is made directly from the Arduino one .

Keywords - Circuit , conditioning, sensor, automation, control , arduino , LCD .

INTRODUCCIÓN

El confort y la comodidad, han sido a lo largo de la historia un deseo insaciable para el ser humano, hasta lograr adecuar en gran magnitud la tecnología en nuestros hogares.

Hablar de domótica es abarcar un sinfín número de posibilidades, donde además del confort y la comodidad, se suma la seguridad como ítem supremamente importante. Gracias al aprovechamiento y buen uso de estos avances tecnológicos se les puede facilitar en gran magnitud las tareas diarias en el hogar de las personas.

A pesar de que implementar estos tipos de sistemas en nuestros hogares puede resultar un poco costoso, en cuanto a novel económico, poder tenerlo mejorará en un gran porcentaje la calidad de vida.

Para el presente proyecto se implementará un sistema domótico, donde se utilizarán 7 tipos diferentes tipos de sensores, los cuales, pertenecen a una misma familia”DFR”, estos sensores permiten la conexión directa con el microcontrolador, lo que facilita un poco el trabajo, ya que, no será realmente necesario una etapa de acondicionamiento de señal para cada uno de los sensores. Se utilizará como microcontrolador un Arduino Mega, el cual, posee una mayor cantidad de puertos de entrada y salida que el Arduino Uno utilizado en prácticas anteriores, los puertos de este último no son suficiente para realizar todas las funciones requeridas para el proyecto.

Se implementará el control “on-off” de 3 sensores, donde se utilizarán actuadores que permitan como se mencionó anteriormente tener control sobre algunas variables físicas o eventos a los cuales puedan estar sometidos los sensores.

Panel domótico Juan Felipe CasadiegoMolina Escuela de administración y mercadotecnia del Quindío

Armenia, Quindí[email protected]

Jhon Sebastían Madrid Osorio Escuela de administración y mercadotecnia del Quindío


Jorge Iván Mejía Montaño Escuela de administración y mercadotecnia del Quindío


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MARCO TEÓRICO

Domótica

La domótica es el desarrollo de espacios inteligentes, lo que quiere decir, la integración y control centralizado (un solo control) para todos los aparatos eléctrónicos del hogar u oficia (audio, video, iluminación, temperatura, cortinas, persianas, puertas motorizadas, alarma, cámaras, riego, etc).

El objetivo principal de la domótica, es facilitar la manipulación de todos los sistemas que hoy en día conforman una casa u oficina, también incrementar el confort, ahorrar energía y mejorar la seguridad, permitiendo el control y monitoreo de la misma tanto local como remotamente. [1]

Arduino Mega.

El Arduino Mega Arduino es una placa electronica basada en el ATmega1280 . Tiene 54 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 14 se pueden utilizar como salidas PWM ) , 16 entradas analógicas , 4 UART (hardware puertos serie ), un oscilador de cristal de 16 MHz , una conexión USB , un conector de alimentación, un header ICSP , y un botón de reinicio . Contiene todo lo necesario para apoyar el microcontrolador ; simplemente conectarlo a un ordenador con un cable USB o el poder con un adaptador de CA o la batería a CC para empezar. La Mega es compatible con la mayoría de los escudos diseñados para el Arduino Duemilanove o Diecimila . [2]

Sensor de luz ambiente DFR0026

Este sensor ayuda a detectar la densidad de la luz y reflejan la señal de tensión analógica de vuelta al controlador Arduino. Puede establecer el umbral de nivel de voltaje a trig otra unidad en el proyecto Arduino.[3]

Especificaciones: Tensión de alimentación: 3.3V a 5V Gama de iluminación : 1 Lux a 6000 Lux Tiempo Responsive : 15US Interfaz: analógico Tamaño : 22x30mm

Sensor de escala de grises DFR0022

Este módulo ayuda a detectar la densidad de la luz y reflejan la señal de tensión analógica de vuelta al controlador Arduino . Puede establecer el umbral de nivel de tensión para activar los motores , relés u otros actuadores .[4]

Especificaciones:

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Tensión de alimentación: 3.3V a 5V Interfaz: analógico Tamaño : 22x30mm

Sensor de inclinación DFR0028

El sensor de inclinación es de un interruptor de inclinación digital, como su nombre lo dice puede ser utilizado para medir inclinaciones, variación de nivel, entre otros. Podría ser utilizado como un sensor de inclinación simple.[5]

Especificaciones: Tensión de alimentación: 3.3V a 5V Interfaz: Digital Tamaño : 22x30mm

Sensor magnético DFR0033

El sensor magnético se puede utilizar en la detección de campos magnéticos, ( imán) de detección , la detección variar hasta aproximadamente 3 cm ( rango de detección y la fuerza de la magnética).[6]

Especificaciones: Voltaje: + 3.3-5V Pin Definición: 1 - Salida 2 - Potencia 3 - a Peso: 5g

Sensor tacto capacitivo DFR0030

Este pequeño sensor puede "sentir " la gente y el metal toque y la retroalimentación de un nivel de voltaje alto / bajo. Incluso aislado por un trozo de tela y papel , todavía puede sentir el tacto. Y el descenso así como el aislamiento sensitivo obtener de espesor.[7]

Especificaciones: Tensión de alimentación: 3.3V a 5V Interfaz: Digital Tamaño : 22x30mm

Sensor de vibración DFR0027

Este sensor cuenta con módulo de entrada digital interruptor de vibración y tarjetas de expansión sensor dedicados con el Arduino en combinación. Se puede detectar las señales de vibración débiles, que se puede realizar con la interacción de choque con obras pertinentes.[8]

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Especificaciones: El Tiempo : 0,1 ms Resistencia del circuito abierto: 10Mohm

Sensor de temperatura LM35- DFR0023

El sensor de temperatura se basa en el sensor de temperatura LM35 semiconductor. El sensor de temperatura LM35 se puede utilizar para detectar la temperatura del aire ambiente y ofrece una gama funcional entre 0 grados Celsius a 100 grados Celsius. La sensibilidad es 10 mV por grado Celsius . La tensión de salida es proporcional a la temperatura .[9]

Especificaciones: Basado en el sensor de temperatura LM35

semiconductor. Se puede utilizar para detectar la temperatura del

aire ambiente. Sensibilidad: 10 mV por grado Celsius. Rango de funcionamiento: de 0 grados Celsius a 100

grados Celsius.

JUSTIFICACIÓN

El siguiente proyecto se realizara con el fin de afianzar conocimientos nuevos, tales como acondicionamiento de

señales y uso del sensores, además se utilizarán los conocimientos adquiridos durante el curso para implementar un sistema donde se utilicen simultáneamente diferentes tipos de sensores, utilizando prototipos anteriormente utilizados y poniendo a prueba conceptos y términos anteriores comúnmente usados en la electrónica básica.

PROCEDIMIENTO

En primer lugar, se decide diseñar un sistema tipo tablero, donde se plasmará un esquema de una vivienda cualquiera, en este esquema se ubicarán estratégicamente los sensores a utilizar, con su respectiva función y actuador según el diseño a proponer. Estos, se podrán observar mediante esquemas en alto relieve diseñados artesanalmente.

Se analiza la funcionalidad de cada uno de los sensores:

Sensor de Inclinación DFR0028

Sensor digital, arroja una señal de salida en nivel (alto o bajo) su conexión se debe realizar en un pin de pwm.

Sensor de escala de grises DRF0022

Sensor análogo, arroja una señal de salida de un rango de (0-600), detectando el color blanco un valor de 90 y

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detectando negro un valor aproximado de 500. Se debe conectar a un pin de entrada análoga.

Sensor de tacto capacitivo DFR0030

Sensor lógico, arroja una señal binaria, entrega un 1 lógico cuando se presiona el sensor y un 0 cuando este se deja de presionar. Se puede conectar a cualquier pin digital.

Sensor magnético DFR0033

Sensor digital, se activa ante la presencia de un campo mágnetico, cuando hay presencia de este el sensor arroja un 1 lógico. Se debe conectar en un pin de pwm.

Sensor de temperatura (LM35) DFR0023

Sensor análogo, permite sesar los cambios de temperatura en un ambiente determinado, arroja una señal en voltaje de 10mV por cada °C, se debe conectar a un pin de entrada análogo.

Sensor de vibración DFR0027

Sensor digital, se activa al ser sometido a una perturbación de movimiento, al ser perturbado cambia su estado y enciende un led, cuando este esta en equilibrio vuelve a su estado normal. Se debe conectar a un pin de pwm.

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Sensor de luz ambiente DFR0026

Sensor análogo, arroja una señal en el rango de (0-1023), en presencia de luz blanca (linterna) entrega un valor aproximado de 10, en la oscuridad un valor aproximado de 1020 y a luz ambiente un valor aproximado de 500. Se debe conectar a un pin de entrada análogo.

Ahora se diseña la función que ejercerá cada sensor dentro del proyecto:

Alarma

Para este actuador, se utilizarán 2 sensores, el sensor magnético y el sensor tacto capacitivo, de la siguiente manera:

El sensor magnético se instala en la puerta, cuando se detecta un campo magnético (imán ) arrojará un 1 lógico, se dará un tiempo de espera para desactivar la alarma antes de que esta se dispare, la alarma se desactivará presionando el sensor de tacto capacitivo.

Ventilador

Para este actuador se utilizará el sensor de temperatura LM35, ubicado en un sitio específico, el cual, al superar un umbral determinadoen °C por el usuario, hará que se active un motor, este tendrá acoplado a su eje una aspa que será la encargada de ventilar y estabilizar la temperatura.

Iluminación

Para este actuador, se utilizarán los sensores de luz ambiente y de escala de grises, el sesnor de luz amiente se utilizará para la iluminación interna, al atenuarse la luz del día, generará un ambiente más oscuro, se cerrarán las persianas mediante un servomotor y el sensor de escala de grises se utilizará para el control de paro de las persianas.

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Alerta sismos

Para este se utilizará el sensor de vibración , al haber una perturbación o movimiento brusco, se encenderá una alerta luminica de color rojo.

Cama

Para este actuador se utilizará el sensor de inclinación, el cual, permitirá que se guarde o se saque una cama, para ello se utilizará un servomotor.

Luego, se diseña el circuito correspondiente para la elaboración de las tarjetas que se requieren para realizar las conexiones pertinentes tanto de las alimentaciones de los sensores como de la LCD.

Esquemático conexiones.

Board conexiones

LCD esquemático.

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LCD Board.

Con estos diseños se busca una mejor presentación en el presente proyecto, dejando atrás la utilización de protoboard, además estas tarjetas podrán ser utilizadas posteriormente en proyectos futuros.

Luego de tener estas tarjetas, se pasa a diseñar la maqueta, la cual, será simple, po que su base será un triángulo, en el cual, se implementará un sencillo mecanismo de visagra, para crear un tipo de “cajón”, donde se podrán ocultar las tarjetas electrónicas y el exceso de cableria para que el proyecto sea mejor esteticamente.

Después, se pasa a realizar el codigo en el sketch del Arduino, el cual, será el encargado de realizar la función para cada uno de los sensores según la señal recibida por ellos, ya sea por un cambio en una variable fisica o por cual quier otro fenomeno al que estos se vean sometidos.

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Debido a que son diferentes tipos de sensores, se deben manejar varias señales, por lo que le código se puede volver extenso para diseñar la función correspondiente para cada sensor, es por ello que se realiza el código en algoritmo basado en funciones.

Por último, y luego de tener todo diseñado y plenamente construido, se pasa a ensamblar completamente la maqueta, tanto las tarjetas electrónica, es visualizador LCD, los sensores y sus respectivos actuadores.

FUNCIONAMIENTO

Cada uno de los sensores implementados en este proyecto funciona simultáneamente, de esta manera, se pueden evidenciar en tiempo real. Los sensores envían señales constantemente al arduino según el tipo de sensor y el cambio en la variable física o evento al cual son sometidos.

El estado de cada uno de los sensores se puede visualizar mediante un menú programado previamente para una LCD.

Cuando la temperatura excede los 30°C se enciende el ventilador y este se queda anclado hasta que la temperatura sea menor de 26°C.

El sensor magnético está ubicado en la puerta, mientras esta esté cerrada la alarma va estar desactivada, al abrirla se activará la alarma. Para que la alarma no se active, se debe hacer contacto con el sensor tacto capacitivo mientras la puerta se encuentre abierta.

Cuando el sensor de inclinación se encuentra a nivel, la cama estará arriba o guardada, cuando hay un cambio en este sensor, la cama se bajará y estará dispuesta para la utilización.

Cuando el sensor de luz día se ve afectado por un cambio en la luminosidad del ambiente, se activa un servomotor que se encarga de bajar las persianas, de lo contrario el servomotor se activará en sentido contrario y subirá las persianas.

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CONCLUSIONES

El control en sistemas “on-off” abre una gran ventana a lo que es el control, tanto de sistemas a pequeña escala como a grande y más aún a control de procesos a nivel industrial, aprendimos la importancia de implementar la correcta implementación de un sensor para que este funcione de la manera correcta y entregue resultados satisfactorios.

La domótica ofrece confort, comodidad, seguridad y ante todo una posibilidad de tener una mejor calidad de vida.

Se aplicaron conocimientos adquiridos previamente, haciendo óptimo el trabajo y sobre todo entregando un resultado satisfactorio.

Se comprende el grado de dificultad que comprende utilizar diferente tipos de sensores simultáneamente.

REFERENCIAS

[1] http://www.control4col.com/domotica

[2]http://arduino.cc/en/pmwiki.php?n=Main/ArduinoBoardMega

[3]http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=DFRobot_Ambient_Light_Sensor_SKU%3ADFR0026

[4]http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Analog_Grayscale_Sensor_V2_SKU:DFR0022

[5]http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Digital_Tilt_Sensor_SKU:DFR0028

[6]http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=Digital_magnetic_sensor_%28SKU%3A_DFR0033%29

[7]http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=DFRobot_Capacitive_Touch_Sensor_SKU%3ADFR0030

[8]http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=DFRobot_Digital_Vibration_Sensor_(SKU:DFR0027)

[9]http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=DFRobot_LM35_Linear_Temperature_Sensor_(SKU:DFR0023)

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domótica, instrumentación

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