I|NSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR EN

I|NSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR EN INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

“IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE DOMÓTICA PARA EL

CONTROL DE TEMPERATURA E ILUMINACIÓN DE UN HOGAR”

PROYECTO TERMINAL

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTAN

López Franco Juan Pablo

Morales Martínez Jaime Eduardo

ASESORES

Ing. Arturo Pérez Martínez

Ing. Hugo Jorge Macías Palacios

MÉXICO, C.D.M.X. FEBRERO 2017

III

Agradecimientos

Al Instituto Politécnico Nacional, por abrirme las puertas, darme la oportunidad de

aprender para ejercer una profesión y dejarme ser Politécnico.

A la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica unidad Zacatenco, por la

preparación académica y humana que me brindaron estos 5 años, a las experiencias y

conocimientos adquiridos dentro de sus edificios, por la oportunidad de conocer muchas

personas las cuales llevare por siempre en mi memoria.

A mis profesores M. en C. Daniel Barajas, M. en C. Juan Pablo Posadas Duran,

Licenciado en Física y Matemáticas Abraham Gómez Avalos, Ing. Lucas Ramírez

Chávez, al Profesor Sariñana, M. en C. Ugalde Miranda (†), Ing. Alejandro Lugo Silva,

Rene Cruz Santiago, M. en C. Juan Martin Raya Baena, Ing. Hugo Jorge Macías Palacios,

M. en C. Juan Manuel Cobilt Catana, Dr. Julio Pérez Delgado, Ing. Juanita Nancy

Mondragón Medina, M. en C. Ernesto Rojas Lima, Dr. Víctor Flores Gracia por sus

lecciones, trabajo duro, por su paciencia en mi aprendizaje y al Ing. Arturo Pérez Martínez

por guiarnos en la realización de este proyecto; a todo el personal que forma parte del

programa académico Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica.

A mis padres Pablo López Paramo y Juana Franco Ramírez por brindarme todo lo que

necesite para concluir esta etapa de mi vida, por sus enseñanzas, dedicación y esfuerzo

en inculcarme la educación y valores que me hacen ser la persona que soy hoy en día,

sin ustedes no hubiera podido llegar hasta donde estoy.

A mi hermana María Guadalupe López Franco por tu apoyo incondicional por la ayuda y

consejos que me brindaste a lo largo de estos años.

A mis amigos Rubén Mejía, Guaso, Marco, Ricardo, Juan, Valgañon, Silverio, Josué,

Luis, Jesús, Gonzalo, Rebeca, Gerardo, Sandy, Alberto, Mario, Andrea, Delfino y Adair

por confiar en mí y por su ayuda; a Jaime por ayudarme en este proyecto.

Dedicatorias

A mis abuelos Bartolo Franco y Felipa Ramírez les dedico este trabajo fruto de mi

esfuerzo y quiero que sepan que uno de sus descendientes es ingeniero.

Juan Pablo López Franco

IV

Agradecimiento

Agradezco a mi Hermano Oscar Manuel Morales Martínez, quien fomento en mi la

mentalidad y la idea de esforzarme, que me mostro que ninguna meta es inalcanzable y

enseñarme que aun el reto más difícil siempre es fácil de resolver viéndolo desde el

ángulo adecuado, por darme los valores que fomentaron mi camino y seguirán en mí por

el resto de mi vida por guiarme en el camino correcto y permitirme ser la persona que soy

hoy en día.

A María López Galindez, quien me brindó la oportunidad de continuar adelante con mis

estudios, en el momento que ya no contaba con nadie más, dándome su confianza en el

momento en que más la necesite.

A Yesica Bautista Bautista, por haber estado conmigo estos 10 Años apoyándome en los

momentos más difíciles, cuando uno flaquea permitiéndome reencontrar la manera de

seguir, dándome su apoyo, comprensión y fuerza, escuchándome y aconsejándome, por

continuar fomentando en mi los valores que me dejo mi Hermano y guiarme en el camino

correcto.

A Araceli Martínez López mi Madre y Jaime Morales Cabrera mi Padre, por mostrarme

día a día la necesidad y los beneficios de terminar una carrera, lo necesario e

indispensable de concluir mis estudios, por mostrarme el lado bueno y divertido de la vida

y las grandes cosas que se pueden llegar a hacer.

A Oliveria Bautista Bautista, por mostrarme la unión y calidez de una familia y permitirme

ser parte de ella.

A mis profesores Ing. Julio Pérez Delgado e Ing. Hugo Jorge Macías Palacios por dejar

una huella en mi formación académica y mostrarme la excelencia a la cual se puede llegar

con la dedicación adecuada, por compartir sus conocimientos a futuras generaciones sin

esperar nada a cambio más que el simple hecho de enseñar.

Dedicatorias

A mi Hermano Oscar Manuel Morales Martínez para mostrarle que puede confiar en mí

y contar con que cuidare a nuestra hermana Areli Dariana Martínez Martínez.

Jaime Eduardo Morales Martínez

V

ÍNDICE

Agradecimientos y dedicatorias III

Índice de figuras VII

Índice de tablas XI

Objetivo General XII

Objetivos Particulares XII

Justificación XIII

Capítulo I (Marco de Referencias) 1

1.1 Introducción 2

1.2 Sistemas Existentes 4

1.2.1 Hometek 4

1.2.2 Smar Things 5

1.2.3 INSTEON 6

1.2.4 Z-Wave 7

1.3 Tarjeta Controladora 8

1.3.1 Hardware 8

1.3.2 Descripción de los componentes de la Tarjeta Arduino UNO

10

1.3.3 Justificación del uso de la Tarjeta Arduino UNO 13

1.4 Iluminación de Espacios Interiores 13

1.4.1 Deslumbramiento 14

1.4.2 Lámparas y luminarias 15

1.4.3 Métodos de alumbrado 17

1.5 Ventanas y Persianas 19

1.5.1 Filtrar la luz Natural 20

1.5.2 Los elementos de oscurecimiento 21

1.6 Cortinas Inteligentes en Domótica 21

1.7 Suelo Radiante Térmico 23

1.7.1 E-ficiencia Domestica 24

1.7.2 REHAU 25

1.7.3 Solemnx 26

1.8 Elementos Incorporados 27

1.8.1 Sensores 27

1.8.2 Actuadores 29

Capítulo II (Planeación del Proyecto) 32

2.1 Diseño del sistema controlador de iluminación 33

2.2 Conexión del Circuito de Iluminación 42

2.3 Comunicación HC-05 45

VI

2.3.1 Programa para el control de Iluminación 45

2.3.2 Programación en Android 48

2.4 Etapa de Potencia 50

2.4.1 PWM 50

2.4.2 Resolución del PWM 52

2.4.3 Circuito de Encendido de los LED´s 55

2.5 Sistema de Persianas y Regulación de la Iluminación 58

2.5.1 Control de los Motores a Pasos de la Persiana 62

2.5.2 Tipos de Motores Paso a Paso 64

2.5.2.1 Motores Paso a Paso Unipolares 64

2.5.2.2 Motores Paso a Paso Bipolares 66

2.5.2.3 Programación de los Motores para la Persiana 67

2.6 Diseño del Sistema controlador de Temperatura 70

2.6.1 Generador del Ancho de Pulso 82

2.6.2 Etapa de Potencia 87

2.6.2.1 Formas de Onda de los Triac´s 87

2.6.3 Control de Fase 89

Capítulo III (Realización del proyecto) 90

3.1 Realización de la Tarjeta Controladora 91

3.2 Circuito Controlador de Intensidad de Iluminación 93

3.3 Control de potencia para los motores a pasos 96

3.4 Placas del Circuito de control de Potencia 108

3.5 Sistemas de Control Manual, Semiautomáticos y Automáticos

110

3.5.1 Manual 110

3.5.2 Semiautomático 110

3.5.3 Control Automático 111

3.5.4 Señales Analógicas 111

3.5.5 Señales Digitales 112

3.5.6 Multiplexores 113

3.5.7 Circuitos de Control Manual 113

3.5.8 Control manual sin presentarse la falla en el microcontrolador

121

3.5.9 Multiplexor para selección de señal de temperatura e Iluminación

122

Capítulo IV (Montaje) 129

4.1 Diseño de la Maqueta 130

4.2 Elementos a considerar durante la Aplicación de los componentes

135

VII

4.2.1 Puntos a Considerar en la implementación de las Persianas

135

4.2.2 Programación 138

4.2.3 Programa completo de la aplicación Android 140

4.2.4 Consideración para el movimiento del toldo 142

Capítulo V (Conclusiones)

144

Conclusión 145

Referencias (Bibliográficas) 146

Bibliografía 147

Bibliografía de Imagen 149

Glosario 151

Inversión estimada del Proyecto 158

Estimado de la Inversión de los componentes para el Proyecto de Domótica

159

Costo de producción y mano de obra. 163

Anexo de los Componentes (Hoja de Especificaciones) 164

Posibles mejoras en un futuro 174

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Dispositivos de domótica 3

Figura 1.2.1. Central de smarthings 5

Figura 1.2.2. Diagrama explicativo del protocolo Insteon 6

Figura 1.2.3. Nexia bridge (z-ware) 7

Figura 1.3.1. Tarjeta Arduino UNO vista frontal y al reveso 9

Figura 1.3.2. Elementos de la paca Arduino UNO 10

Figura 1.4. Separación de zonas mediante luz 14

Figura 1.4.1 Fatiga visual causada por exceso o ausencia de luz 15

Figura 1.4.2. Alumbrado general 17

Figura 1.4.3. Alumbrado general localizado 18

Figura 1.4.4. Alumbrado localizado 18

Figura 1.5. Modelos de las primeras ventanas modelo de ventana actual 19

Figura 1.5.1. El efecto de un alero según la inclinación de radiación solar 21

Figura 1.6.2.1. Persianas Inteligentes 22

Figura 1.6.2.2. Sombreado Inteligente 22

Figura 1.6.2.3. Interfaz de Aplicación LOXONE 23

Figura 1.7. Suelo Termico 23

VIII

Figura 1.7.1. Norma UNE 1264 Suelo Termico 2015 y Calefacción de E- ficiencia

24

Figura 1.7.2. Suelo radiante de REHAU 26

Figura 1.7.3. Regulación de suelo térmico Solemx 26

Figura 1.8.1. Fotorresistencia 27

Figura 1.8.2. Termistor 28

Figura 1.8.3. Motor a pasos 29

Figura 2.1.1. Sistema de control de iluminación 33

Figura 2.1.2. Controlador PID de iluminación 34

Figura 2.1.3. Esquema simplificado del controlador PID de iluminación 35

Figura 2.1.4. Diagrama eléctrico del controlador PID de iluminación 36

Figura 2.1.5. Amplificador de error 37

Figura 2.1.6. Controlador proporcional 37

Figura 2.1.7. Controlador integrativo 38

Figura 2.1.8. Controlador derivativo 39

Figura 2.1.9. Amplificador promediador 41

Figura 2.2.1. Proceso del sistema de iluminación 42

Figura 2.2.2. Señal de entrada y salida del micro-procesador 43

Figura 2.2.3. Configuración de un circuito demodulador 44

Figura 2.2.4. Señal PWM convertida a voltaje directo 44

Figura 2.3. Módulo HC-05 45

Figura 2.3.1. Diseño de la interfaz para el usuario 49

Figura 2.3.2. Programación de la interfaz para el usuario 49

Figura 2.4.1 Ciclo de trabajo al 25% 51

Figura 2.4.2. Ciclo de trabajo al 50% 51

Figura 2.4.3. Ciclo de trabajo al 75% 52

Figura 2.4.4 Transistor PNP y NPN 52

Figura 2.4.5. Corriente que circulan por el transistor 53

Figura 2.4.6. Par Darlington 54

Figura 2.4.7. Circuito de control de potencia de los LED´s 55

Figura 2.4.8. Resultados de simulación 57

Figura 2.5.1. Diagrama de Sistema de Control de Persianas 58

Figura 2.5.2. Circuito seguidor de Sol 58

Figura 2.5.3. Polarización de un Amplificador Operacional con Fuente Simple 59

Figura 2.5.4 Diseño de Interfaz para Controlar el Toldo 61

Figura 2.5.5. Programación de la Interfaz para controlar el Toldo 61

Figura 2.5.6. Motores a Pasos 62

Figura 2.5.7. Boninas de un Motor a Pasos 63

IX

Figura 2.5.2.1. Distribuidor del Bobinado de un Motor Unipolar 64

Figura 2.5.2.2. Distribución del Bobinado para un Motor Bipolar 66

Figura 2.6.1. Sistema de Control de Temperatura 70

Figura 2.6.2. Controlador PID DL Sistema de Temperatura 71

Figura 2.6.3. Esquema Simplificado del Controlador PID de Temperatura 71

Figura 2.6.4. Diagrama Eléctrico del Controlador PID de Temperatura 72

Figura 2.6.5. Amplificador de Error 73

Figura 2.6.6. Controlador Proporcional 75

Figura 2.6.7. Controlador Integrativo 75

Figura 2.6.8. Controlador Derivativo 77

Figura 2.6.9. Amplificador Promediador 78

Figura 2.6.10. Proceso del Sistema de Temperatura 79

Figura 2.6.11. Entrada y Salida el Microprocesador 80

Figura 2.6.12. Configuración de un Demodulador 81

Figura 2.6.13. Entrada y Salida del Circuito Demodulador 81

Figura 2.6.1.1. Diagrama Eléctrico de un Generador de Onda Triangular 82

Figura 2.6.1.2. Onda Triangular 84

Figura 2.6.2.1. Diagrama de conexión de un triac 88

Figura 2.6.2.2. Ciclos de trabajo 88

Figura 2.6.3 1. Circuito de potencia de resistencia termina 89

Figura 3.1.1. Mascara de soldadura Arduino maestro 91

Figura 3.1.2. Mascara de componentes y placa terminada 92

Figura 3.2.1. Diagrama eléctrico del sistema de iluminación 93

Figura 3.2.2. Capa superior e inferior del circuito 94

Figura 3.2.3. Mascara de componentes y placa terminada 95

Figura 3.3.1. Circuito integrado L293D 96

Figura 3.3.2. Terminales del circuito integrado L293D 97

Figura 3.3.3. Diagrama de conexión del circuito integrado L293D 98

Figura 3.3.4. Conexiones micro-controlador esclavo 99

Figura 3.3.5. Diagrama del seguidor de Sol 100

Figura 3.3.6. Soldadura, mascara de componentes y placa terminada 101

Figura 3.3.7. Diseños del disipador de calor en el circuito impreso 102

Figura 3.3.8. Soldadura, componentes y placa terminada 103

Figura 3.3.9. Circuito de control de temperatura 104

Figura 3.3.10. Cara superior, inferior, mascara de componentes y placa terminada

105

Figura 3.4.1. Capa inferior, mascara de componentes y placa terminada del circuito de control de potencia

107

Figura 3.4.2. Diagrama eléctrico de un circuito comparador 108

X

Figura 3.4.3. Simulación de un circuito comparador 109

Figura 3.4.4. Generación de un PWM con un circuito comparador 109

Figura 3.5.4.1. Señal analógica 111

Figura 3.5.5.1. Señal digital 112

Figura 3.5.6.1. Multiplexor 113

Figura 3.5.7.1. Circuito integrado 74LS194 114

Figura 3.5.7.2. Circuito de recuperación del bit 115

Figura 3.5.7.3. Circuitos RC encargados de cargar la palabra bit 116

Figura 3.5.7.4. Circuito RC 116

Figura 3.5.7.5. Voltaje y corriente en un capacitor 118

Figura 3.5.7.6. Circuito de selección manual para el giro los motores 118

Figura 3.5.7.7 Diseño inferior, superior, mascara de componentes y placa terminada de giro de los motores

119

Figura 3.5.7.8. Multiplexor de dos señales de entrada y una de salida 119

Figura 3.5.7.9. Multiplexores para cada terminal de motor a pasos 120

Figura 3.5.7.10. Diseño inferior, superior, mascara de componentes y placa terminada del multiplexor

121

Figura 3.5.8.1. Diagrama de flujo para el control de los motores para el toldo 122

Figura 3.5.9.1 Diagrama de Flujo del Sistema de Control de Temperatura e Iluminación

123

Figura 3.5.9.2. Especificaciones Eléctricas del Circuito 74LS04 123

Figura 3.5.9.3. Especificaciones eléctricas del transistor 2N3905 123

Figura 3.5.9.4. Configuración Transistor PNP 124

Figura 3.5.9.5. Transistor NPN 125

Figura 3.5.9.6. Multiplexor para selección de señal automática o manual 127

Figura 3.5.9.7. Diseño de placa inferior, superior, mascara de componentes y placa terminada del multiplexor de selección automático o manual

128

Figura 4.1.1 Madera MDF 130

Figura 4.1.2. Construcciones de las Dimensiones de la casa 130

Figura 4.1.3. Diseño del techo de la Maqueta 131

Figura 4.1.4. Colocación del techo para generar el sombrado interno 131

Figura 4.1.5. Ventana para persiana del toldo 132

Figura 4.1.6. Motor para la Persiana del toldo 132

Figura 4.1.7. Suelo de la maqueta y resistencias para el sueldo 133

Figura 4.1.8. Torres para los circuitos transformadores 134

Figura 4.1.9 Tarjetas Electrónicas Utilizadas en el sistema de Domótica 134

Figura 4.1.10. Tablero de Control del Sistema Automático, Semiautomático y Manual

135

Figura 4.2.1. Disparador Smitch Trigger 136

XI

Figura 4.2.2. Diagrama Eléctrico del detector de iluminación 137

Figura 4.2.2.1 Parte de la programación para el estado nublado 138

Figura 4.2.2.2 Diseño de la placa inferior, superior, mascara de componentes y del Circuito para saber si este nublado

138

Figura 4.2.3.1. Interfaz de la aplicación Android terminada. 140

Figura 4.2.3.2. Código de la interfaz de la aplicación Android terminada. 141

Figura 4.2.3.3. Código de la interfaz de la aplicación Lectura de sensores. 142

Figura 4.2.4.1 Variables de los interruptores limitadores del movimiento del toldo

142

Figura 4.2.4.2. Condición del límite superior 143

Figura 4.2.4.3. Condición de límite Inferior 143

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.3.1. Componentes Arduino UNO 10

Tabla 1.4.1. Lámparas empleadas en iluminación existentes en el mercado

16

Tabla 2.5.2.1. Secuencia Simple de un Motor a Pasos 60

Tabla 2.5.2.2. Secuencia Normal de un Motor a Pasos 65

Tabla 2.5.2.3. Secuencia de Medio Paso de un Motor a Pasos 65

Tabla 2.5.2.4. Secuencia de un Motor a Pasos Bipolar 66

Tabla 3.3.1. Funcionamiento del circuito integrado L293D 97

Tabla 3.5.7.1. Modo de Operación del Circuito Integrado 74194 114

Tabla 5.1. Estimado del costo de los componentes para proyecto de Domótica. 159 Tabla 5.2. Costo de producción y mano de obra 163

Tabla 5.2. Horas Hombre Trabajadas 163

XII

Objetivo general

Diseñar y construir un sistema automatizado de dispositivos que controlen las

condiciones de temperatura e iluminación para comodidad de un hogar utilizando

interfaces de comunicación inalámbrica facilitando para el usuario.

Objetivos particulares

Diseñar y programar el software para el control de dispositivos basados en

microcontroladores.

Diseñar y programar un sistema comunicación inalámbrica de un dispositivo móvil

con el microcontrolador a través de la tecnología bluetooth mediante una

aplicación para dispositivos móviles.

Diseñar y construir interfaces de control.

Construir un sistema que sea eficiente para poder economizar la luz dentro del

hogar con sistema de domótica.

Proporcionar un sistema de calefacción térmico regulado desde el suelo de un

hogar por medio de un suelo radiante.

Controlar una persiana de toldo para que permita la facilidad de aprovechar la luz

solar dentro del hogar y bloquearla si es deseado desde un sistema de control

inalámbrico.

Diseñar un sistema que facilite el acceso a la propiedad por medio del dispositivo

seleccionado como en este caso el dispositivo celular.

XIII

Justificación

La mayoría de los sistemas de automatización de una vivienda normalmente están

diseñados para conmutar de un estado alto a un estado bajo o viceversa.

En un sistema de iluminación basta con un sistema en el cual basta una pequeña

ausencia de luz natural en una habitación o recinto para requerir de toda la potencia de

una luz artificial, compensando la ausencia de luz natural con potencia adicional. El

sistema de control PID nos permite seleccionar la cantidad de luz natural que se desea

en un recinto y cuando se presente una ausencia en proporción el sistema PID

compensara esa ausencia sin tener que desperdiciar potencia, es decir electricidad.

El sistema de control con PID no será utilizado solamente para el control de la iluminación,

también para los diferentes sistemas que aseguren el confort con el menor uso de energía

eléctrica, como en el caso del suelo térmico el cual nos brindara un margen de referencia

para la temperatura deseada y de igual manera permitirá la regulación por medio de un

dispositivo celular y de forma manual en el caso de extraviar, o perder la conexión con el

modulo por diversas razones.

La regulación de la luz natural se llevara a cabo por medio de un sistema de persiana de

toldo el cual nos brindara la oportunidad de poder regular la cantidad de luz que se desee

dentro del hogar asa como en el caso de desear permitir mayor acceso al hogar tanto

para reducirlo, de igual manera se busca poder permitir el movimiento desde un

dispositivo celular comunicado con bluetooth y permitirá la prioridad al usuario en

cualquier situación por la cual se pierda la conexión con nuestro dispositivo.

Aun cuando ya se ofrecen diversos componentes dentro del mundo de la domótica estas

están muy bien pensados en la comodidad del hogar, pero uno de los puntos que no han

considerado es el de lograr ofrecerlo a costos más accesibles para poder ser disfrutado

por diversas familias en sus hogares por lo cual no solo se pensara en esta tesis en el

ahorro de energía sino en lograr llevar las mismas comodidades por un costo más

accesible.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

1

CAPITULO I

MARCO DE REFERENCIA


2

1.1 INTRODUCCIÓN

Desde comienzos del siglo XX la humanidad siempre ha imaginado como sería la

comodidad del futuro y que comodidades nos ofrecería, a su vez también se han

desarrollado nuevas tecnologías con el fin de acercarnos a esa comodidad en todo tipo

de servicios uno de estos es la Domótica, servicio en el cual buscamos la realización de

diversas actividades y comodidades dentro del hogar facilitándonos tareas y

ofreciéndonos diversas formas de comodidad, gracias a los dispositivos inteligentes.

Al buscar el servicio de automatización del hogar nos referimos al concepto del control y

automatización doméstico (encendido y apagado, apertura o cierre, regulación) de

sistemas e instalaciones eléctricas o motorizadas (iluminación, climatización, persianas,

puertas, ventanas, sistemas de riego, etc) de forma remota o manual para el gusto del

cliente y/o usuario.

El objetivo principal del uso de la domótica es crear un confort tanto para el usuario como

para los que habiten la casa inteligente y a su vez se busca el control de energía y el

ahorro de la misma, como también un sistema que ofrezca seguridad desde una forma

remota a los dispositivos deseados o autorizados por el usuario.

Sin embargo, la realización del servicio de la Domótica tiene su parte compleja ya que

consta de la unión de diversos sistemas de automatización y control de componentes

eléctricos como de su sincronización vía remota, comunicando los avances o cambios

que se sufran durante el transcurso del día al usuario desde donde este se encuentre

buscando también su control y/o manejo desde grandes distancias, así como el sistema

lo permita.

El uso de diversos sensores o componentes para la automatización genera ya un

complejo problema tanto en la comunicación vía remota como en el control manual ya

que los sensores trabajarán a diversas frecuencias y voltajes junto con los actuadores,

los cuales ofrecerán la información del cambio al sistema remoto (el celular), siendo esto

lo difícil, sincronizar de forma correcta la información y su manejo adecuado.


3

Figura 1.1. Dispositivos de Domótica

Uno de los principales aspectos en la domótica es que no necesita ni depende de una

constante atención por el usuario permitiendo un mantenimiento menos frecuente y por

lo tanto más económico. En la actualidad existen diversas empresas que ofrecen

servicios de domótica en México como son una de estas:

Hometek:

Sin embargo, aun cuando es una empresa que ofrece el sistema de control y

automatización al hogar sus recursos o servicios son muy costosos por lo cual su alcance

es muy limitado e intentamos ofrecer un servicio menos costoso y más accesible para

toda la comunidad, ofreciendo la comodidad de controlar el sistema desde un celular y

no desde un equipo electrónico ya diseñado por la empresa.

Como se ha mostrado, existe ya en la actualidad por diversas compañías los servicios de

domótica, pero los cuales son muy costosos al momento de ser consultados por los que

deseen contratar sus servicios.Por lo cual el principal motivo de seguir con este proyecto

es crear el mismo servicio o un uso similar el cual ofrezca un confort similar al usuario y/o

cliente y que ofrezca una mayor accesibilidad a la comunidad que lo desee, ofreciendo

sistemas como:


4

Control y Regulación de luz.

Control y Manejo de persianas con movilidad

Control y automatización de un sistema de temperatura

Servicio Automatizado de puertas.

Haciendo la posibilidad de controlar estos servicios de forma remota y de forma manual

para ser accesible a todos los residentes de la casa sin importar si cuentan o no con el

dispositivo remoto a utilizar y ofreciendo así la oportunidad de controlar los mismos

sistemas o también de una forma de seguridad en caso de que el sistema remoto sufra

un percance como robo o pérdida del dispositivo.

Así como ya se ha demostrado las aplicaciones de domótica ya son ofrecidas por diversas

empresas pero aun cuando estas están muy completas en sus funciones, lo que se busca

por medio de este proyecto es realizar servicios similares y ofrecerlos en un costo más

accesible para toda familia, dando así la oportunidad de que más personas y más hogares

disfruten de las comodidades de una casa inteligente, así también lograr ofrecerla desde

la comodidad de un dispositivo como controlador o regulador de los distintos

componentes del hogar.

Ofreciendo la particularidad de permitir el control del sistema desde un celular por vía

bluetooth, permitiendo también compartir la autorización de control de un usuario a otro

que el cliente permita.

1.2 SISTEMAS EXISTENTES

En esta sección estudiaremos el caso de las nuevas empresas o el servicio que estas

ofrecen actualmente en sistemas e domótica y los nuevos desarrollos que tienen para

enlazar los servicios propuestos.

1.2.1 Hometek

Empresa dedicada a la Instalación, Integración, Desarrollo y Distribución de equipos

enfocados a la automatización, domótica y control de residencias (casas inteligentes) y

áreas comerciales (oficinas inteligentes).1

1 Véase referencia 1.


5

Ofrecen diversos servicios en casas residenciales las cuales se encuentran en costos

muy excesivos e inalcanzables para muchos de nosotros, ofreciendo un equipo

electrónico por el cual se controlan los dispositivos o diversas funciones que serán

utilizadas por el usuario, dispositivo que crea la empresa y por lo cual se consigue solo

por la misma.

1.2.2 SmarThings

La empresa SmarThings, ha diseñado una central para hub (mostrado en la figura 1.2.1)

que entiende de varios protocolos inalámbricos como ZigBee o Wifi y también tiene

conexión a un servidor de internet. Habilitando los electrodomésticos existentes para la

comunicación inalámbrica, este hub conecta a los electrodomésticos entre sí en una red

inalámbrica para formar el sistema demótico. 2

Figura 1.2.1. Central de SmarThings

Esta Central cuenta con diversas mini aplicaciones, algunas de estas es parpadear las

luces de la casa cuando llega un correo como un sistema de aviso, aun cuando esta llega

a ser considerada como una molestia para algunas personas, por lo cual la aplicación ha

sido separada en varias para que cada usuario controle y automatice lo que quiera,

también ofrece la posibilidad de diseñar aplicaciones mediante dispositivos Arduino para

abrir fronteras y crear una comunidad que comparta sus propias aplicaciones.



6

1.2.3 INSTEON

Empresa que vende sus electrodomésticos habilitados para la comunicación con su

protocolo de comunicación propio, que puede ser por Wifi o por el cableado eléctrico

(powerline comunications).

Cuenta con un sistema llamado INSTEON, división de SmartLabs, tiene otra manera de

enlazar los dispositivos que constituye el sistema inteligente.

Figura 1.2.2. Diagrama explicativo del Protocolo INSTEON

La central es el SmartLinc (Figura 1.2.2), que requiere conexión a internet mediante

Ethernet a un router, Los dispositivos deben ser configurados manualmente para ser

enlazados con la central. Además, este protocolo se comunica por medio del cableado

eléctrico de la casa (como el protocolo X10) y/o por radiofrecuencia (915 MHz). 3

Los dispositivos están preparados para actuar como repetidores para aumentar el

alcance de la red inteligente, y repiten de manera simultánea (simulcast). Todos los

dispositivos tienen su tabla de referencia, al añadirse un dispositivo a la red se deben

actualizar todos los dispositivos, no solo el SmartLinc, lo cual requiere acción por parte

del usuario para configurar y organizar la red de forma correcta, por lo cual crea

demasiada complejidad al usuario y debe poseer un conocimiento del control y

actualización de sus sistemas.

No sólo puede ser controlado por una aplicación mediante un Smartphone, sino que

también han desarrollado controladores propios como teclados o pantallas táctiles o

convertidores de protocolo de señales infrarrojas a protocolo INSTEON para poder

3 Véase referencia 3


7

controlar elementos como un controlador de televisión, permite compatibilidad con

cámaras por medio de IP, y se pueden visualizar mediante la aplicación de INSTEON.

1.2.4 Z-WAVE

Existe otro protocolo más que está orientado a la domótica el cual es Z-WAVE (Figura

1.2.3). Se utiliza normalmente en las frecuencias de los 900 MHz, ofrece más alcance y

evita interferencias más comunes en la banda de los 2.4 GHz. Los dispositivos pueden

actuar como repetidores también, constituyendo así una red inalámbrica bastante

robusta. Este protocolo se utiliza en todas las empresas que forman la Z.-WAVE Alliance

(aproximadamente 150). Las empresas de esta alianza forman sus propios

electrodomésticos, y ahora las han preparado para formar una red inalámbrica orientada

a la domótica. 4

Figura 1.2.3. Nexia Bridge (Z-Wave)

Esta es la Central Nexia Bridge que requiere una conexión por Ethernet para conectarse

al servidor. Esta centra posee dos botones (+ y -) con los cuales va agregando o

descartando nuevos dispositivos del protocolo Z-Wave a la red. En caso de añadir una

cámara, se presiona el + y un botón en la cámara con el cual se crea la sincronía de los

dispositivos a la red. Se pueden controlar todos los dispositivos por medio de una página

en Nexia Bridge.

Estas empresas aun cuando cuentan con componentes muy completos en los sistemas

de automatización del hogar, no ofrecen muchas alternativas en cuando al ahorro de

energía o un costo mínimo para una solvencia económica más accesible. La mayoría de

las empresas en el sector de la domótica se han fundado en otros países como son

Estados Unidos Norte Americanos, Europa, etc. la cantidad de empresas que han entrado



8

al territorio nacional mexicano son muy escasas y las opciones que ofrecen al mercado

aun cuando son buenas estas también son de un costo excesivo o no apto a toda tipo de

población, por lo cual se intentara realizar un sistema que a su vez piense en el ahorro

de energía eléctrica y de igual forma considere ser accesible para todo tipo de población.

1.3 Tarjeta Controladora

En el caso de la tarjeta controladora para este proyecto utilizaremos la tarjeta Arduino

UNO, gracias a su combinación de funciones que nos permite hacer un uso de hardware

y software.

1.3.1 Hardware

Arduino es considerada una tarjeta de programación de plataforma libre y tanto su uso

como su distribución puede ser utilizada en para el desarrollo de cualquier proyecto sin

requerir ninguna licencia, dando diversas opciones de placas oficiales, las creadas por la

comunidad de Arduino o las placas no oficiales que son creadas por terceros, pero con

características muy similares.

Por medio de la placa Arduino podremos realizar la programación de nuestro micro-

controlador para la realización de este proyecto, y la creación de una tarjeta controladora

para censar y activar los actuadores y otros elementos para la comunicación con el

sistema inalámbrico.

En este proyecto usaremos la tarjeta Arduino UNO (como se muestra en la Figura 1.3.1)

solo para programar los microcontroladores:


9

Figura 1.3.1. Tarjeta Arduino UNO Vista Frontal y al Reverso

El último modelo diseñado y distribuido por la comunidad Arduino. La placa tiene un

tamaño de 75x53 mm, con una unidad de procesamiento consiste en un micro controlador

ATmega328. Puede ser alimentada mediante un puerto USB o por alimentación externa

y contiene pines tanto analógicos como digitales.

Tabla 1.3.1. Componentes Arduino UNO

Micro controlador ATmega328

Voltaje Operativo 5 V

Voltaje de Entrada (Recomendado) 7-12 V

Voltaje de Entrada (Limites) 6-20 V

Pines Digitales E/S 14 (6 Proporcionan Salida PWM)

Pines de Entrada Analógica 6

Corriente Continua para Pines E/S 40 mA

Corriente Continua para pines de 3.3 v 50 mA

Memoria Flash 32 KB(ATmega328) .5KB son de

bootloader


10

Tabla 1.3.1. Componentes Arduino UNO (Continuación)

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Velocidad de reloj 16 MHz

1.3.2 Descripción de los componentes de la Tarjeta Arduino UNO

Figura 1.3.2. Elementos de la Placa Arduino UNO

En estos pines se conectarían las conexiones de los sensores y actuadores, desde los

cuales se leería la información del sensor, activador y/o actuador.5

Referencia para Pines Analógicos (AREF)

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

analogReference().



11

Pines de Tierra

Masa der circuito para Pines, la tensión de referencia 0V.

Pines Digitales de Entrada y Salida

Cuenta con 14 pines digitales que pueden ser utilizados como entrada o salida con las

funciones pinMode(), digitalWrite(), y digitalRead(). Los cuales operan a 5volts. Cada

pin proporciona o recibe como máximo 40mA y contiene una resistencia pull-up

(desconectada por defecto) de 20 – 50 KΩ.

Contiene Pines con funciones determinadas como son:

Serie: o (Rx) y 1 (Tx). Utilizados para recibir y transmitir datos serie.

o Están directamente conectados a los pines series del microcontrolador.

o Utilizando estos pines podremos conectarnos con otras placas.

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

interruptores.

PWM: 3, 5, 6, 9, 10 Y 11 proporcionan una salida de 8 bits en modo PWM.

SPI: 10 – 13. Estos pines soportan la librería de comunicación del dispositivo SPI.

LED: 13. Este pin está conectado con un LED de la placa. Cuando se le asigne un

valor HIGH (alto) se encenderá, en cambio sí lo dejamos en LOW (bajo) estará

apagado.

Conector USB

Esta placa utiliza el conector tipo B hembra, con el cual se necesita un cable tipo B macho

tipo A macho que deberá conectarse a un conector tipo A hembra (como el de un

ordenador). La placa puede ser alimentada con la tensión de 5v que proporciona el USB.

Cuando carguemos un programa a la placa desde el software de Arduino se inyectará el

código del ordenador por esta entrada.

Botón Reset

Por medio de este botón podremos reiniciar la ejecución del código del micro controlador.

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.


12

Microcontrolador ATmega328

Este microcontrolador es el elemento más importante de la placa. Es donde se instalará

y ejecutará el código del programa 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 UNO 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 el programa-

También cuenta con 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 16 MHz y 2 KB de memoria RAM.

Fuente de alimentación Externa

La placa puede ser alimentada por corriente continua suministrada por el conector Jack

de 3.5mm que podrá recibir de entre 7 y 12V.

Pin Reset

Podemos imitar el funcionamiento del botón reset suministrando un valor LOW (0V) para

reiniciar el microcontrolador.

Pin de 3.3V

Desde este puerto es posible 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

Este pin genera 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 que se recibe en la entrada cuando se usa una fuente de alimentación

externa (no toma en cuenta la conexión USB). Se puede proporcionar voltaje a la placa

a través de este pin, o en caso de que esté utilizando una fuente de alimentación externa

toma en cuenta el valor que está siendo suministrado.


13

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.

1.3.3. Justificación de uso de la Tarjeta Arduino UNO

El uso de esta tarjeta será debido a la practicidad en su funcionamiento y por la

oportunidad que brinda al programar los controladores al poder permitir colocar y retirar

después de su programación, su vigencia en el mercado y la oportunidad que brinda en

su programación amigable para todo tipo de personas aun cuando no conozcan el

lenguaje de programación.

1.4 Iluminación de espacios interiores

La apariencia de un espacio puede ser modificada por medio de la luz, sin alterar el

aspecto físico del mismo (como se muestra en la Figura 1.4). La luz encamina la mirada,

maneja la percepción y dirige la atención a los detalles. Mediante la luz se pueden

distribuir e interpretar espacios, para acentuar áreas o lograr conexiones entre el exterior

e interior. La distribución luminosa y el nivel de iluminación tienen una influencia decisiva

en la percepción de la arquitectura.

La iluminación ocupa un rol protagónico en la decoración. El correcto equilibrio entre tipo

y cantidad de luz que recibe un espacio, permite trasformar el modo en que éste se

percibe, haciendo posible realzar o atenuar la decoración e incluso intensificar el valor de

los elementos decorativos (molduras, muebles, textiles, etc.).

Con una buena planificación de la iluminación, elección de materiales (artefactos y

lámparas) y distribución, se puede cambiar el aspecto y la atmósfera de una habitación.

Por el contrario, el mal uso de la iluminación puede echar a perder una buena idea

decorativa. La base de toda iluminación es la luz. La naturaleza nos da un foco de luz

utilizable que es el sol, pero esta luz no es suficiente ya que nuestra vida social se

desarrolla también durante horas en las que, al ponerse el sol, desaparece la luz natural,

siendo necesario valernos de sistemas de luz artificial.

Durante la reforma o decoración de espacios interiores es preciso planificar con detalle

las fuentes de luz tanto natural como artificial. La iluminación artificial será un claro

protagonista a tono con el espacio y los objetos, pero durante el día se debe poder


14

aprovechar al máximo, y con la mayor cantidad de recursos posibles, las fuentes de luz

natural de que dispongamos.

Figura 1.4. Separación de zonas funcionales mediante luz.

La determinación de los niveles de iluminación adecuados para una instalación no es un

trabajo sencillo. Hay que tener en cuenta que los valores recomendados para cada tarea

y entorno son fruto de estudios sobre valoraciones subjetivas de los usuarios (comodidad

visual o rendimiento visual). El usuario estándar no existe y por tanto, una misma

instalación puede producir diferentes impresiones a distintas personas. En estas

sensaciones influirán muchos factores como los estéticos, los psicológicos, el nivel de

iluminación.6

1.4.1 Deslumbramiento

El deslumbramiento es una sensación molesta que se produce cuando la luminancia de

un objeto es mucho mayor que la de su entorno (Figura 1.4.1). Es lo que ocurre cuando

miramos directamente una bombilla o cuando vemos el reflejo del sol en el agua.

Existen dos formas de deslumbramiento, el perturbador y el molesto. El primero consiste

en la aparición de un velo luminoso que provoca una visión borrosa, sin nitidez y con poco

contraste, que desaparece al cesar su causa; un ejemplo muy claro lo tenemos cuando

conduciendo de noche se nos cruza un coche con las luces “altas”. El segundo consiste

en una sensación molesta provocada porque la luz que llega a nuestros ojos es



15

demasiado intensa produciendo fatiga visual. Esta es la principal causa de

deslumbramiento en interiores.7

Figura 1.4.1. Fatiga visual causada por exceso o ausencia de luz.

1.4.2 Lámparas y luminarias

La elección de las luminarias está condicionada por la lámpara utilizada y el entorno de

trabajo de esta. La forma y tipo de las luminarias oscilará entre las más funcionales donde

lo más importante es dirigir el haz de luz de forma eficiente como pasa en el alumbrado

industrial a las más formales donde lo que prima es la función decorativa como ocurre en

el alumbrado doméstico.

Las luminarias para lámparas incandescentes tienen su ámbito de aplicación básico en

la iluminación doméstica. Por lo tanto, predomina la estética sobre la eficiencia luminosa.

Sólo en aplicaciones comerciales o en luminarias para iluminación suplementaria se

buscará un compromiso entre ambas funciones. Son aparatos que necesitan

apantallamiento pues el filamento de estas lámparas tiene una luminancia muy elevada

y pueden producir deslumbramientos.8

7 Véase referencia 7. 8 Véase referencia 8.


16

En segundo lugar, tenemos las luminarias para lámparas fluorescentes. Se utilizan

mucho en oficinas, comercios, centros educativos, almacenes, industrias con techos

bajos, etc. por su economía y eficiencia luminosa.

Por último, tenemos las luminarias para lámparas de descarga a alta presión. Estas se

utilizan principalmente para colgar a gran altura (industrias y grandes naves con techos

altos) o en iluminación de pabellones deportivos, aunque también hay modelos para

pequeñas alturas.

Tabla 1.4.1. Lámparas empleadas en iluminación de interiores existentes en el mercado.

Ámbito de uso Tipos de lámparas más utilizados-

Domestico Incandescente.

Halógenas de baja potencia.

Fluorescentes compactas.

Industrial Alumbrado general: fluorescentes.

Alumbrado localizado: incandescentes y halógenas de baja tensión.

Comercial Incandescentes.

Halógenas.

Fluorescentes.

Grandes superficies con techos altos: mercurio a alta presión y

halogenuros metálicos.

Industrial Todos los tipos.

Luminarias situadas a baja altura (6 m): fluorescentes.

Luminarias situadas a gran altura (>6 m): lámparas de descarga a alta

presión montadas en proyectores.

Alumbrado localizado: incandescentes.

Deportivo Luminarias situadas a baja altura: fluorescentes

Luminarias situadas a gran altura: lámparas de vapor de mercurio a alta

presión, halogenuros metálicos.


17

1.4.3 Métodos de alumbrado

Los métodos de alumbrado nos indican cómo se reparte la luz en las zonas iluminadas.

Según el grado de uniformidad deseado, distinguiremos tres casos: alumbrado general,

alumbrado general localizado y alumbrado localizado.9

El alumbrado general proporciona una iluminación uniforme sobre toda el área iluminada.

Es un método de iluminación muy extendido y se usa habitualmente en oficinas, centros

de enseñanza, fábricas, comercios, etc. Se consigue distribuyendo las luminarias de

forma regular por todo el techo del local.

Figura 1.4.2. Alumbrado General.

El alumbrado general localizado proporciona una distribución no uniforme de la luz de

manera que esta se concentra sobre las áreas de trabajo (Figura 1.4.3). El resto del local,

formado principalmente por las zonas de paso se ilumina con una luz más tenue. Se

consiguen así importantes ahorros energéticos puesto que la luz se concentra allá donde

hace falta.

Claro que esto presenta algunos inconvenientes respecto al alumbrado general. En

primer lugar, si la diferencia de luminancias entre las zonas de trabajo y las de paso es

muy grande se puede producir deslumbramiento molesto. El otro inconveniente es qué



18

pasa si se cambian de sitio con frecuencia los puestos de trabajo; es evidente que si no

podemos mover las luminarias tendremos un serio problema.

Figura. 1.4.3. Alumbrado general localizado.

Empleamos el alumbrado localizado cuando necesitamos una iluminación suplementaria

cerca de la tarea visual para realizar un trabajo concreto. Un aspecto que hay que cuidar

cuando se emplean este método es que la relación entre las luminancias de la tarea visual

y el fondo no sea muy elevada pues en caso contrario se podría producir

deslumbramiento molesto.

Figura. 1.4.4. Alumbrado localizado.


19

1.5 Ventanas y Persianas

El ser humano precisa de luz para poder ver y aire para respirar. Las primeras ventanas,

no eran más que huecos en los muros o fachadas de las viviendas, sin acristalar, a fin de

dejar entrar la luz y el aire en el habitáculo, que podían ser tapadas con madera o haces

de paja.

Hoy en día, las ventanas son parte fundamental del diseño de los edificios y un desafío

para cualquier arquitecto; poder lograr, al mismo tiempo, las mejores condiciones de

habitabilidad de los diferentes recintos y además potenciar las cualidades del sitio.

Este elemento arquitectónico nació naturalmente como una perforación en los muros de

las casas, en la búsqueda del hombre por llevar la mayor cantidad de luz y aire posible

al interior de sus viviendas. Las primeras ventanas no tenían vidrio y sólo eran tapadas

con madera, paja o cualquier elemento disponible que permitiera evitar las condiciones

climáticas excesivas. El vidrio se conoce desde la época de los fenicios (entre los siglos

X y V a.C.), pero fueron los romanos quienes introducen su utilización alrededor del año

60 d.C. 10

a) b)

Figura. 1.5. a) Modelos de las primeras ventanas, b) Modelo de ventana actual.

La necesidad de resguardarnos de las inclemencias del tiempo, de la lluvia, del frío, el

calor y el ruido extremos. Igualmente necesitamos protegernos de elementos extraños,

sean fieras u otras personas que podrían entrar en la vivienda para apoderarse de



20

nuestros bienes. Las puertas y ventanas de nuestra casa cumplen pues dos funciones

primordiales:

Brindarnos suficiente luz, manteniendo aun mismo tiempo fuera la lluvia, el frío y

el ruido excesivo.

Debe servir de barrera a cualquier extraño que pudiese penetrar en nuestra

vivienda.

Un buen sistema de cerramiento exterior debe cumplir entonces dos funciones básicas:

brindarnos confort y privacidad. Adicionalmente las ventanas nos ofrecen la posibilidad

de emplearlas como un elemento decorativo de nuestra fachada o habitación dándole

personalidad a nuestra vivienda.

1.5.1 Filtrar la luz natural

La luz puede filtrarse y suavizarse mediante árboles u otros mecanismos, como celosías

o pantallas. Sin embargo, el acristalamiento traslúcido puede agudizar el

deslumbramiento directo. Aunque difunden la luz solar directa, a menudo se convierte en

fuentes de luz excesivamente brillantes. Idealmente, en verano sólo debería admitirse

una pequeña cantidad de luz solar a través de las ventanas, y una cantidad máxima en

inverno. Y en cualquier época del año, la luz debería poder difundirse por reflexión en el

techo. Si esto no es posible, deben colocarse elementos de protección previos a la

entrada de luz.

Los aleros sobre ventanas orientadas al sur pueden ser un elemento efectivo de control

estacional de la luz. Estos elementos también pueden eliminar la incidencia de luz solar

directa, reducir el deslumbramiento e incluso suavizar el contraste entre niveles de

claridad a lo largo del espacio. Si se utiliza un alero amplio, macizo y horizontal, su cara

inferior debería pintarse de blanco para reflejar la luz del suelo. Un alero de tonos claros

reduciría además el contraste de claridad con el cielo. Las lamas verticales u horizontales

pintadas de color claro son un elemento muy útil porque bloquean la luz solar directa y

reflejan la indirecta. Un panel vertical situado delante de la ventana puede bloquear la luz

solar directa y reflejar la luz difusa del cielo hacia la ventana.11



21

Figura 1.5.1. El efecto de un alero según la inclinación de radiación solar.

1.5.2 Los elementos de oscurecimiento.

Un ambiente dinámico necesita respuestas dinámicas. La variación de la iluminación

natural es especialmente pronunciada en las orientaciones este y oeste, que reciben luz

difusa durante la mitad del día y luz solar directa durante la otra mitad. Parasoles móviles,

venecianas y cortinas pueden ser la respuesta que requieren estas condiciones tan

diferentes. Para reducir la ganancia térmica, los elementos de protección interiores

deben ser muy reflectantes. Aunque la protección interior es más sencilla, la exterior es

más efectiva.

1.6 Cortinas Inteligentes

En la actualidad Existen sistemas controlados por medio de la domótica que ofrecen al

usuario la comodidad de poder controlar, regular y dirigir las persianas de su hogar a su

antojo esto desde la comodidad de su dispositivo celular, Tablet, etc.


22

Figura 1.6.1. Persianas Inteligentes.

Existen diversas empresas que brindan este servicio una de las cuales es LOXONE,

ofrece una opción de comodidad la cual la define como opción de sombreado inteligente

ofreciendo diversos movimientos de las persianas buscando la correcta acomodación de

las mismas durante el transcurso del día.

Por la mañana sube las persianas al mismo tiempo que suena la alarma del despertador

y en el transcurso del día mantiene las persianas arriba si se desea calentar las

habitaciones por medio de la luz solar, en caso de tormenta se bajan totalmente por

motivo de seguridad y por las noches se mantiene abajo con el fin de ofrecer intimidad.

Figura 1.6.2. Sombreado Inteligente

El funcionamiento que ofrece LOXONE lo hace desde una aplicación la cual es

generada por la empresa LOXONE y ofrece la comodidad de poder ser utilizada desde


23

cualquier dispositivo descargando la aplicación a su celular, Tablet o laptop dando la

comodidad Smartphone.

Figura 1.6.3. Interfaz Aplicación LOXONE

1.7 Suelo Radiante Térmico

El suelo radiante térmico es hoy en día utilizado en los sistemas de domótica ofreciendo

un sistema de calefacción el cual se encuentra en el suelo de una sala o habitación

prometiendo un sistema de calentamiento y confort para los habitantes este se encuentra

por debajo de la duela o mármol de la casa (como se muestra en la Figura 1.7), estando

totalmente oculto a la vista y como los demás sistemas es controlado y regulado al gusto

de los habitantes, esto desde cualquier dispositivo bluetooth o central como lo ofrecen

diversas compañías.

Figura 1.7 Suelo térmico


24

Este servicio es ofrecido ya por diversas empresas todas con la competencia por ser la

más eficaz en la radiación térmica, una de estas empresas es E-ficiencia Domestica.

1.7.1 E-ficiencia Domestica

Esta empresa ofrece el servicio de la radiación térmica por suelo radiante como

calefacción y refrescamiento convertido ya en una alternativa de climatización, trabajando

bajo la norma de aislamiento UNE 13163 en la cual se indican las normas bajo las que

se determinan los valores de conductividad y resistencia térmica, obligando que los

aislamientos tengan una declaración de todas sus propiedades y su certificación.12

La norma de suelo radiante es la UNE 1264, indicando los aislamientos mínimos exigidos,

dependiendo del país exigen y amplían el nivel de aislamiento requerido en el 2015 (como

se muestra en la figura 1.7.1 a).

Figura 1.7.1 a) Norma UNE 1264 Suelo térmico 2015.

La empresa E-ficiencia cumple con la norma UNE 1264 como se muestra en la figura

1.7.1 b).

12


25

Figura 1.7.1 b) Calefacción de E-ficiencia

1.7.2 REHAU

La empresa REHAU busca adaptar su implementación de suelo radiante tanto para

diversas empresas como para los espacios pequeños como viviendas, residencias y

oficinas y en las obras mayores como naves industriales, edificios públicos y plantas de

producción utilizando sus componentes en forma de calefacción y de refrescamiento de

igual manera por debajo del suelo (como se muestra en la figura 1.7.2.).13

13 Veae referencia 13.


26

Figura 1.7.2 Suelo radiante de REHAU

1.7.3 Solemx

La empresa Solemx ofrece un sistema de suelo radiante a base de tuberías PE-RT

colocadas bajo el suelo cerámico, mármol, duela, porcelana, etc. colocando placas de

aislante (poliestireno extruido), con tapetes de circuitos cerrados conectándolos a

manifolds de acero inoxidable, su fuente de calor es una caldera marca Bosch exclusiva

para este tipo de sistemas y con equipos de recirculación de agua con marca Grundfos

controlándolo por medio de termostatos digitales (como se muestra en la figura 1.7.3.)

Figura 1.7.3 Regulación de suelo térmico Solemx


27

1.8 Elementos Incorporados

Los dispositivos usados para este proyecto los podemos dividir en 2 categorías:

1.8.1 Sensores:

Es un dispositivo con la capacidad de detectar magnitudes físicas o químicas, conocidas

como variables de instrumentos y con la capacidad de transformarlas en variables

eléctricas, las variables de instrumentación pueden ser: intensidad lumínica, temperatura,

inclinación, torsión, etc.

Los sensores siempre que se encuentren activos estarán continuamente evaluando la

situación en la habitación de una forma tanto analógica como digital.

Los sensores que se encuentren en servicio dentro de la casa notificarían la actividad por

medio de un aviso de que el sensor se encuentra activo como podría ser una luz o un led

y ser capaz de enviar una notificación al usuario a su celular.

El sensor que usaremos en nuestro caso para controlar el sistema de iluminación será

apoyado por un controlador PID que es mejor conocido por su capacidad de controlar un

margen deseado y permitiéndonos efectuar una regulación cuando lo deseemos,

trabajando en conjunto con una fotorresistencia a cuál efectuara el censo de la

iluminación y enviará la medición al PID y será regulada.

Figura 1.8.1 Fotorresistencia

Componente eléctrico cuya resistencia se ve disminuida con el aumento de la intensidad

de luz incidente, esto gracias a las células de sulfuro de cadmio que le permiten variar su


28

resistencia dependiendo de la cantidad de incidencia de luz, y entre mayor sea menor es

su resistencia.

Figura 1.8.2 Termistor

Es una resistencia térmica sensible, existen dos tipos de termistores dependiendo de la

variación de la resistencia/coeficiencia de temperatura, pudiendo ser negativos (NTC) o

positivos (PTC).

Fabricados a partir de los óxidos de metales de transición (manganeso, cobalto, cobre y

níquel) los termistores NTC son semiconductores dependientes de la temperatura.

Operan en un rango -200°C a + 1000°C, un termistor NTC debe elegirse cuando es

necesario un cambio continuo de la resistencia en una amplia gama de temperaturas.

Los termistores ofrecen estabilidad mecánica, térmica y eléctrica, junto con un alto grado

de sensibilidad.

Un termistor PTC es fabricado de titanato de bario y debe elegirse cuando se requiere un cambio drástico en la resistencia a una temperatura específica o nivel de corriente, los PTC pueden ser ocupados como:

Sensor de temperatura para oscilaciones de 60°C a 180°C, suelen ser utilizados como protección de los bobinados de motores eléctricos y transformadores.

Fusible de estado sólido como protección contra el exceso de corriente oscilando entre mA a varios Amp a temperaturas de 25°C, usados a niveles de tensión continua superior a los 600 V, como en el caso de las fuentes de alimentación para diversos equipos.

Sensores de niveles de líquidos.


29

1.8.2 Actuadores:

Es un dispositivo que posee la capacidad de convertir la energía eléctrica en la activación

de un proceso con el objetivo de crear un efecto automatizado, su funcionamiento en el

sistema de domótica será el de cambiar el estado de algún sistema leído por el sensor

logrando generar un cambio deseado por el usuario.

Figura 1.8.3 Motor a Pasos

Dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en

desplazamientos angulares discretos, siendo capaz de avanzar una serie de grados

(pasos) dependiendo de sus entradas de control, puede ser gobernado por impulsos de

un sistema.

Tiene la capacidad de presentar precisión y repetición en cuanto al posicionamiento,

entre sus principales aplicaciones destacan como motor de frecuencia variable, motor de

corriente continúa sin escobillas, servomotores y motores controlados digitalmente.

Existen 3 tipos de motores paso a paso

Motor de reluctancia variable

Motor de magnetización permanente

Motor híbrido

Motor de reluctancia variable: Cuenta con un rotor multipolar de hierro y estator

devanado laminado, y rota cuando los dientes del rotor son atraídos a los dientes del

estator electromagnéticamente energizados, la inercia del rotor es pequeña y la

respuesta es muy rápida, pero con una inercia permitida de la carga es pequeña, cuando

los devanados no están energizados, su par estático es cero, normalmente su paso es

de 15°.


30

Motor de pasos de rotor de imán permanente: Permite mantener un par diferente de

cero cuando el motor no está energizado, dependiendo de su construcción se pueden

obtener pasos angulares de 7.5,11.25,15,18,45 o 90°, su ángulo de rotación es

determinado por el número de polos en el estator.

Motor de pasos híbrido: Caracterizado por tener varios dientes en el estator y en el

rotor, su motor está compuesto por un imán concéntrico magnetizado axialmente

alrededor del eje, su configuración es una mezcla de los tipos de reluctancia variable e

imán permanente, cuenta con una alta precisión y alto par, puede ser configurado para

suministrar un paso angular pequeño de 1.8°.

Motor paso a paso Unipolar: Este tipo de motor suele tener 5 o 6 cables de salida

dependiendo de su conexión interna, caracterizado por ser el más simple de controlar,

usan un cable común para la fuente de alimentación y posteriormente se colocan las otras

líneas a la tierra en un orden específico para generar cada paso, si se cuenta con 6 cables

es debido a que cada par de bobinas tiene un común separado, si se cuenta con 5 cables

es porque las 4 bobinas tienen un polo común, un motor unipolar de 6 cables puede ser

usado como un motor bipolar si se deja las líneas del común al aire.

Motor paso a paso Bipolar: Cuentan generalmente con 4 cables de salida, requieren

de un cambio de dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia

apropiada para realizar su movimiento.

Secuencia de rotación en un motor Bipolar: Como la variación de la dirección del

campo magnético creado en el estator producirá movimiento de seguimiento por parte

del rotor de imán permanente, el cual intentará alinearse con el campo magnético

inducido por las bobinas que excitan los electroimanes.

Control de las bobinas: Para el control de un motor paso a paso de tipo bipolar, se

establece el principio de “Puente H”, si se activan T1 y T4, permite la alimentación en un

sentido, si cambiamos el sentido de la alimentación activando T2 y T3, cambiaremos el

sentido de alimentación y el sentido de la corriente.

Velocidad de Rotación: La velocidad de la rotación puede ser calculada por la siguiente ecuación:

𝑓 = 60 ∗𝑓

𝑛− − − − − − − − − − − − − − − − − − − (1.1)

Donde:

f: frecuencia del tren de impulsos n: n° de polos que forman el motor


31

Se debe considerar que este cálculo sirve para los motores que son alimentados a una frecuencia máxima de 625 Hz, en caso de que la frecuencia de pulsos sea demasiado elevada el motor suele presentar diversos problemas, los más comunes son:

No realiza ningún movimiento Comienza a vibrar, pero sin llegar a girar Gira erráticamente Gira en sentido opuesto Pierde potencia


32

CAPITULO II

PLANEACIÓN DEL PROYECTO


33

2 DISEÑO

2.1 Diseño del sistema controlador de iluminación

El sistema que controla la intensidad o el nivel de luz artificial se trata de un controlador

PID (proporcional, integral y derivativo), en el cual se establece una señal de referencia

que indica el nivel de iluminación deseado en una habitación o recinto y de otra señal

proveniente de un LDR (Light Dependent Resistor). El LDR es utilizado como sensor se

niveles variantes de iluminación con respecto a la iluminación proveniente de la luz

natural, al cambiar el nivel de iluminación con respecto al nivel deseado el controlador

PID, la diferencia de las señales en conocida como señal de error y el controlador se

encarga de eliminar el error por medio de un actuador (etapa de potencia) para ajustar la

iluminación artificial para que junto con la iluminación natural se logre el nivel deseado de

iluminación en la habitación o recinto.

En ocasiones el usuario necesita un nivel de iluminación para una tarea en específico y

requiere ajustar el nivel de iluminación, el ajuste es realizado por medio de un

microprocesador accionado por bluetooth desde un dispositivo móvil para ajustar el nivel

de iluminación.

Figura. 2.1.1 Sistema de controlador de iluminación.

El PID está constituido por una etapa de acción de control proporcional, una etapa

derivativa y una etapa integral, de acuerdo con el diagrama de la figura 2.1.1.

PID Actuador Habitación

LDR


34

El controlador tiene una función de transferencia dada por:

𝑈(𝑠) = 𝐾𝑝 (1 +1

𝑇𝑖𝑠+ 𝑇𝑑𝑠) 𝐸(𝑠) − − − − − − − − − −(2.1)

Donde 𝐾𝑝es la constante de acción proporcional, 𝑇𝑖 es la constante de tiempo de la acción

integral, 𝑇𝑑es la constante de tiempo de la acción derivativa, 𝐸(𝑠) es la señal de error y

𝑈(𝑠) es la señal de control.

Figura 2.1.2. Controlador PID de iluminación.

En la figura 2.1.2, se muestra un diagrama simplificado de la implementación electrónica

utilizada, la cual consta de cuatro etapas. Por facilidad de implementación, se utilizaron

circuitos integradores y derivadores inversores, así como un sumador inversor y un

circuito de control de ganancia (acción proporcional 𝐾𝑝) inversor. Esto genera tres etapas

inversoras, y para compensar el signo, se añadió un amplificador diferencial que calcula

el error, pero con signo negativo. De esta manera, el circuito da la apariencia de tener

retroalimentación negativa, pero en realidad no es así.

1

𝑇𝑖𝑠

𝑇𝑑𝑠

𝐾𝑝

𝐸(𝑠)


35

Figura 2.1.3. Esquema simplificado del controlador PID de iluminación.

En la figura 2.1.3, se muestra el diagrama esquemático del controlador PID propuesto.

𝑈(𝑠) =𝑅12

𝑅9(1 +

1

𝑠𝑅6𝑅11𝑅12𝐶2

𝑅9𝑅12

+ 𝑠𝑅8𝑅9𝑅12𝐶1

𝑅10𝑅12) 𝑉𝐸(𝑠) − − − − − (2.2)

𝐸(𝑠) = − (𝑅3

𝑅1𝑉𝐿𝐷𝑅 −

𝑅3

𝑅2𝑉𝑅15

) − − − − − − − − − − − − − (2.3)


36

Figura 2.1.4. Diagrama eléctrico del controlador PID de iluminación.

Todo sistema de control debe empezar por generar una señal de error:

𝐸 = 𝑆𝑅 − 𝑉𝑉𝑃 − − − − − − − − − − − − − − − (2.4)

El error es igual a la señal de referencia menos el voltaje de la variable de proceso. En

este caso la señal de referencia 𝑆𝑅 = 𝑉𝑅15 y el voltaje de la variable de proceso 𝑉𝑉𝑃 = 𝑉𝐿𝐷𝑅.

𝑉𝐸 = 𝑉𝑅15− 𝑉𝐿𝐷𝑅 − − − − − − − − − − − − − −(2.5)

La ecuación que describe esta parte del diagrama es:

𝑉𝐸(𝑠) = − (𝑅3


𝑅3

𝑅2𝑉𝑅15

) − − − − − − − − − (2.6)

Se establecen un valor de resistores de valor igual para manejar solamente voltajes

quedando:

𝑉𝐸(𝑠) = −(𝑉𝐿𝐷𝑅 − 𝑉𝑅15) − − − − − − − − − − − −(2.7)


37

Figura 2.1.5. Amplificador de error.

La parte proporcional cuanta con una región de respuesta lineal a la cual se le suele

llamar banda proporcional, en donde a cambios pequeños del error alrededor del cero

causara variaciones proporcionales en la salida lo que da un control más fino.

𝐾𝑝 =𝑅7

𝑅4=

4𝐾7Ω

4𝐾7Ω= 1 − − − − − − − − − − − − − −(2.8)

Figura. 2.1.6 Controlador proporcional.

El controlador integrativo tiene una respuesta muy lenta, mientras que el controlador no

puede llevar el error a cero completamente. El controlador integrativo junto con el

controlador proporcional se obtiene una máxima eliminación del error.


38

Figura. 2.1.7 Controlador integrativo.

𝑉𝑠(𝑡) = 𝐾𝑃𝑉𝐸(𝑡) + 𝐾𝐼 ∫ 𝑉𝐸(𝑡) + 𝑉0 − − − − − − − − − − − − − −(2.9)

En el dominio de Laplace:

𝑉𝑠(𝑆) = 𝐾𝑃𝑉𝐸(𝑆) + 𝐾𝐼

𝑉𝐸(𝑆)

𝑆− − − − − − − − − − − − − − − − − (2.10)

La función de transferencia es:

𝑉𝑆(𝑆)

𝑉𝐸(𝑆)= 𝐾𝑃 + 𝐾𝐼

1

𝑆=

𝑆 +𝐾𝐼

𝐾𝑃

𝑆𝐾𝑃

= 𝐾𝑃 (𝑆 +

𝐾𝐼

𝐾𝑃

𝑆) − − − − − − − − − (2.11)

𝑉𝐼 = −1

𝐶2∫ 𝑖(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑉0 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − (2.12)

𝑖(𝑡) =𝑉𝐸(𝑡)

𝑅6− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.13)

𝑉𝐼 = −1

𝐶2𝑅6∫ 𝑉𝐸(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑉0 − − − − − − − − − − − −(2.14)


39

Donde

𝑇𝑖 =𝑅6𝑅11𝐶2

𝑅9= 1𝑠𝑒𝑔 − − − − − − − − − − − − − −(2.15)

1𝑆𝑒𝑔 =47𝐾Ω ∗ 47𝐾Ω ∗ C2

47𝐾Ω= 47𝐾Ω ∗ C2

Despejando C2 de la fórmula 2.15:

𝐶2 =1𝑆𝑒𝑔

47𝐾Ω= 22𝜇𝑓

𝐾𝐼 =1

𝐶2𝑅6=

1

22𝜇𝑓 ∗ 47𝐾Ω= 0.9671

La constante de derivación hace presente la respuesta de la acción proporcional

duplicándola, sin esperar a que el error se duplique.

Figura 2.1.8. Controlador derivativo.

𝑉𝐷(𝑡) = 𝐾𝐷

𝑑𝑉𝐸(𝑡)

𝑑𝑡− − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.16)


40


𝑉𝐷(𝑆) = 𝑆𝐾𝐷𝑉𝐸(𝑆) − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.17)


𝑉𝐷(𝑆)

𝑉𝐸(𝑆)= 𝑆𝐾𝐷 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.18)

𝑇𝑑 =𝑅8𝑅9𝐶1

𝑅10= 0.5𝑆𝑒𝑔 − − − − − − − − − − − − − − − (2.19)

Despejando de la fórmula 2.19:

0.5𝑆𝑒𝑔 =47𝐾Ω ∗ 2.2𝐾Ω ∗ 𝐶1

2.2𝐾Ω= 47𝐾Ω ∗ 𝐶1

𝐶1 =0.5𝑆𝑒𝑔

47𝐾𝛺= 10𝜇𝑓

𝑉𝐷(𝑆)

𝑉𝐸(𝑆)= −

𝑅8

𝐶1

𝑆

= −𝑆𝑅8𝐶1 − − − − − − − − − − − − − −(2.20)

𝐾𝐷 = 𝑅8𝐶1 = 47𝑘Ω ∗ 10𝜇𝑓 = 0.47



En la figura se muestra un circuito promediador de tres entradas, el cual brinda un medio

para sumar algebraicamente los tres voltajes cada uno multiplicado por un factor de

ganancia constante. En otras palabras cada suma de voltaje a la salida será multiplicada

por un factor de ganancia constante.


41

Figura. 2.1.9 Amplificador promediador.

El voltaje que se obtiene en los cambios de iluminación de las partes proporcional, integral

y derivativa son -3.5V, -8.5V y -2.5V.

𝑉𝑃𝐼𝐷 = −𝑅𝑓

𝑅(−3.5V − 8.5V − 2.5V) = −

𝑅𝑓

𝑅(−15V) − − − − − − − (2.21)

5𝑉 = −𝑅𝑓

𝑅(−15V) − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.22)

𝑅𝑓 = 𝑅12 = 1𝐾Ω

Despejando R

𝑅 = −−15𝑉 ∗ 1𝐾Ω

5= 3𝐾Ω

El valor comercial cercano es 3.3KΩ


42

2.2 Conexión del circuito de iluminación

El voltaje a la salida del PID controlara al actuador para corregir la alteración del nivel de

iluminación establecido en una habitación, pero el voltaje del PID no está directamente

conectado con el actuador o circuito de potencia, entre el circuito de potencia y el PID se

encuentra un microcontrolador ATMEGA328P el cual se programa para comportarse

como una línea y también para que el usuario controle el nivel de iluminación a su criterio.

Se describen a continuación como usuario conectado y usuario desconectado:

En modo de usuario desconectado el valor de voltaje de entrada y el valor de

voltaje de la salida son los mismos, en esta modalidad el microcontrolador actúa

como una línea.

En el modo de usuario conectado una parte el programa del microcontrolador

establece si el usuario esta desconectado el microcontrolador hace caso omiso al

valor de voltaje proveniente del PID, para que reciba en un código proveniente de

un dispositivo local conectado de manera inalámbrica para ajustar el nivel de

iluminación para una tarea en específico.

Figura.2.2.1 Proceso del sistema de iluminación.

El inconveniente en el micro-controlador es que la señal de salida no es analógica, se

trata de una señal modulada en ancho de pulso (PWM), para resolver este inconveniente

se emplea el uso de un filtro para convertir una señal modulada a un voltaje directo. La

frecuencia de la salida digital del ATMEGA328P es de 249Hz con una amplitud de 5VDC

y una corriente de 1mA.

PID Microprocesador Etapa de

potencia

Lámpara

LED


43

Figura.2.2.2 Entrada (rojo) y salida (amarillo) del microprocesador.

𝑅𝐶 = 5𝜏 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.23)

𝜏 =1

𝑓=

1

980𝐻𝑧− − − − − − − − − − − − − − − − − (2.24)

𝑅𝐶 = 51

980𝐻𝑧= 0.0051 𝑆

Proponemos el capacitor de 1µf y despejamos R

𝑅 =0.0051 𝑆

1𝜇𝑓= 5𝐾2Ω


44

Figura. 2.2.3 Configuración de Circuito demodulador.

La función analogWrite(analogOutPin, outputValue) establece un ancho de pulso con

respecto a voltaje de entrada que es el voltaje 𝑉𝑃𝐼𝐷 y a la salida un PWM como se muestra

en la figura anterior. Y con el circuito demodulador se obtiene un voltaje continuo que

servirá para controlar el actuador de una forma más fácil.

Figura. 2.2.4 Señal PWM convertida a voltaje directo.


45

2.3. Comunicación HC-05 El módulo de bluetooth HC-05 es el que ofrece una mejor relación de precio y características, ya que es un módulo Maestro-Esclavo, quiere decir que además de recibir conexiones desde una PC o Tablet, también es capaz de generar conexiones hacia otros dispositivos bluetooth. Esto nos permite, por ejemplo, conectar dos módulos de bluetooth y formar una conexión punto a punto para transmitir datos entre dos microcontroladores o dispositivos.

Figura.2.3 Módulo HC-05

La forma en que trabajara el circuito conformado por el PID, microcontrolador, modulo bluetooth y la etapa de potencia en función de que un usuario esté conectado se presenta de la siguiente manera: En el momento en que el usuario se conecta al módulo HC-05 el modulo envía una señal al microcontrolador y entra en una sentencia declarada por la función if(digitalRead(Usuario)==HIGH), dentro de la sentencia el microcontrolador guarda el último dato leído del PID y lo guarda. En cada ocasión que el usuario presiona las teclas en la interfaz se envían datos de manera inalámbrica desde el móvil hacia el microcontrolador por medio del módulo, la señal PWM crece o decrece en ancho de pulso para determinar la intensidad de la iluminación, pero no se puede conectar de manera directa, se tiene que diseñar un circuito para procesar la señal de salida por teniendo en cuenta las características electrónicas de los dispositivos programables. 2.3.1. Programa para control de iluminación, temperatura y posición de persianas:

#include <SoftwareSerial.h> int bluetoothTx=2; int bluetoothRx=3;


46

char dataFromBt; SoftwareSerial bluetooth(bluetoothTx, bluetoothRx); //Iluminación const int analogInPin = A0; const int analogOutPin = 5; int sensorValue = 0; int outputValue = 0; int Usuario=4 ; char buffer[10]; int temp, ilum; //Temperatura const int analogInPin1 = A1; const int analogOutPin1 = 6; int sensorValue1 = 0; int outputValue1 = 0; //Percianas int S2 = 13; int S1 = 12; //Estado int Estado=8; void setup() Serial.begin(9600); bluetooth.begin(38400); bluetooth.print("$"); bluetooth.print("$"); bluetooth.print("$"); delay(100); bluetooth.println("U,9600,N"); bluetooth.begin(9600); pinMode(Usuario,INPUT); pinMode(S1, OUTPUT); pinMode(S2, OUTPUT); pinMode(Estado, OUTPUT); void loop() digitalWrite(Estado, HIGH); sensorValue = analogRead(analogInPin); sensorValue1 = analogRead(analogInPin1); if(digitalRead(Usuario)==HIGH) //U S U A R I O C O N E C T A D O digitalWrite(S1, HIGH);


47

digitalWrite(S2, HIGH); if(bluetooth.available()) dataFromBt = bluetooth.read(); if (dataFromBt=='g')

//El usuario tiene el control el sistema y se le mandan los datos de temperatura e iluminación. switch(dataFromBt) ////////////////////////////////////////////////////////////////Luz case 'a': outputValue+=10; outputValue=constrain(outputValue,0,255); delay(10); break; case 'b': outputValue-=10; outputValue=constrain(outputValue,0,255); delay(10); break; ///////////////////////////////////////////////////////////////Temperatura case 'd': outputValue1+=10; outputValue1=constrain(outputValue1,0,255); delay(10); break; case 'c': outputValue1-=10; outputValue1=constrain(outputValue1,0,255); delay(10); break; ///////////////////////////////////////////////////////////////Percianas case 'e': digitalWrite(S1, LOW); digitalWrite(S2, LOW); delay(40); digitalWrite(S1, HIGH); digitalWrite(S2, LOW); break; case 'f': digitalWrite(S1, LOW); digitalWrite(S2, HIGH);


48

delay(40); digitalWrite(S1, HIGH); digitalWrite(S2, LOW); break; analogWrite(analogOutPin1, outputValue1); analogWrite(analogOutPin, outputValue); digitalWrite(S1, HIGH); digitalWrite(S2, LOW); temp=(outputValue1/1023)*40; ilum=(outputValue/1023)*100; printf(buffer;"%d","%d",temp,ilum); if (dataFromBt=='h') //El usuario no tiene el control el sistema pero se le mandan los datos de temprartura e iluminación. analogWrite(analogOutPin1, outputValue1); analogWrite(analogOutPin, outputValue); digitalWrite(S1, HIGH); digitalWrite(S2, LOW); temp=(outputValue1/1023)*40; ilum=(outputValue/1023)*100; printf(buffer;"%d","%d",temp,ilum); if(digitalRead(Usuario)==LOW) //U S U A R I O D E S C O N E C T A D O //////////////////////////////////////////////////////////////////////Luz outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255); analogWrite(analogOutPin, outputValue); //////////////////////////////////////////////////////////////////////Temperatura outputValue1 = map(sensorValue1, 0, 1023, 0, 255); analogWrite(analogOutPin1, outputValue1); ´´´´´´

2.3.2. Programación en Android

El editor de bloques de la aplicación utiliza la librería Open Blocks de Java para crear un

lenguaje visual a partir de bloques. Estas librerías están distribuidas por Massachusetts

Institute of Technology (MIT) bg333ajo su licencia libre (MIT License). El compilador que


49

traduce el lenguaje visual de los bloques para la aplicación en Android utiliza Kawa como

lenguaje de programación, distribuido como parte del sistema operativo GNU de la Free

Software Foundation.14

Figura 2.3.1 Diseño de Interfaz para el Usuario.

Figura 2.3.2 Programación de la Interfaz para el Usuario



50

2.4. Etapa de potencia

Para poder suministrar la corriente necesaria hacia la carga es necesario implementar

un dispositivo que pueda suministrar dicha corriente, este dispositivo recibe el nombre

de etapa de potencia.

Antes de explicar la etapa de potencia se expondrán algunos puntos clave.

2.4.1 PWM

La modulación de ancho de pulso (PWM, por sus siglas en inglés) de una señal es una

técnica que logra producir el efecto de una señal analógica sobre una carga, a partir de

la variación de la frecuencia y ciclo de trabajo de una señal digital. El ciclo de trabajo

describe la cantidad de tiempo que la señal está en un estado lógico alto, como un

porcentaje del tiempo total que esta toma para completar un ciclo completo. La frecuencia

determina que tan rápido se completa un ciclo (por ejemplo: 1000 Hz corresponde a 1000

ciclos en un segundo), y por consiguiente que tan rápido se cambia entre los estados

lógicos alto y bajo. Al cambiar una señal del estado alto a bajo a una tasa lo

suficientemente rápida y con un cierto ciclo de trabajo, la salida parecerá comportarse

como una señal analógica constante cuanto esta está siendo aplicada a algún dispositivo.

Señales de PWM son utilizadas comúnmente en el control de aplicaciones. Su uso

principal es el control de motores de corriente continua, aunque también pueden ser

utilizadas para controlar válvulas, bombas, sistemas hidráulicos, y algunos otros

dispositivos mecánicos. La frecuencia a la cual la señal de PWM se generará, dependerá

de la aplicación y del tiempo de respuesta del sistema que está siendo controlado. A

continuación, se muestran algunas aplicaciones y sus respectivas frecuencias:

Calentar elementos o sistemas con tiempos de respuesta lentos: 10-

100 Hz o superior.

Motores eléctricos de corriente continua: 5-10 kHz o superior.

Fuentes de poder o amplificadores de audio: 20-200 kHz o superior.

A continuación, se muestran algunos gráficos demostrando señales PWM con

diferentes ciclos de trabajo:


51

Figura 2.4.1 Ciclo de trabajo al 25%

Figura 2.4.2 Ciclo de trabajo al 50%


52

Figura 2.4.3. Ciclo de trabajo al 75%

2.4.2. Resolución del PWM

La precisión con la que se puede variar el ciclo de trabajo se conoce como la resolución

de PWM. Mientras mayor sea la resolución mayor será el rango de ajuste para el ciclo

del trabajo.

Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones de semiconductores dopados. Se

puede utilizar una pequeña corriente en la región central o base, para controlar una

corriente mayor que fluye entre las regiones extremas (emisor y colector). El dispositivo

puede ser caracterizado como un amplificador de corriente, el cual tiene muchas

aplicaciones en la amplificación y la conmutación.

Figura. 2.4.4 Transistor PNP y NPN


53

El transistor como amplificador de corriente

La corriente de colector IC más grande, es proporcional a la corriente de base IB de

acuerdo con la relación IC =βIB, o de manera más precisa es proporcional al voltaje base-

emisor VBE. La pequeña corriente de base controla la mayor corriente de colector,

logrando una amplificación de corriente.

Figura 2.4.5. Corriente que circula por el Transistor

El par Darlington

En la configuración de par Darlington se conectan los colectores de dos transistores, y el

emisor del primero excita la base del segundo. Esta configuración logra la multiplicación

de 𝑩𝒄𝒂𝟏 como se muestra en los siguientes pasos. La corriente en el emisor del primer

transistor es

𝐼𝑒1 ≅ 𝛽𝑐𝑎1𝐼𝑏1 − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.25)

Esta corriente de emisor se convierte en la corriente de base del segundo transistor,

produciendo una segunda corriente de emisor de

𝐼𝑒2 ≅ 𝛽𝑐𝑎2𝐼𝑒1 = 𝛽𝑐𝑎1𝛽𝑐𝑎2𝐼𝑏1 − − − − − − − − − − − −(2.26)


54

Por consiguiente, la ganancia de corriente efectiva del par Darlington es

𝛽𝑐𝑎 = 𝛽𝑐𝑎1𝛽𝑐𝑎2 − − − − − − − − − − − − − − − − − (2.27)

La resistencia de entrada es:

𝑅𝑒𝑛𝑡 = 𝛽𝑐𝑎1𝛽𝑐𝑎2𝑅𝐸 − − − − − − − − − − − − − − − (2.28)

Figura 2.4.6. Par Darlington


55

2.4.3 Circuito de Encendido de los LED´s

Para poder llevar a cabo el control de potencia se utilizó el PIC12F675 y el arreglo de

transistores ULN2803A, en la figura se muestra la configuración para el control de

potencia.

Figura 2.4.7 circuito control de potencia de los LED´s.

El PIC12F675 espera la señal de voltaje enviada por el control PID, esta señal varía entre

0 y 5 volts, mediante el modulo convertidor analógica digital se obtiene un ajuste de 255

niveles, lo que proporciona un amplio rango de ajuste para el controlador. La señal PWM

cuenta con un periodo de 16.6ms (equivale a una frecuencia de 60Hz en CA) este periodo

garantiza que el ojo humano no aprecie el parpadeo dando así la sensación de que

siempre están encendidos. Esta señal de PWM se envía al ULN2803A (arreglo de

transistores Darlington), que se encarga hacer la conexión atierra de cada led conectado

a canal correspondiente.


56

Código para PIC12F675

#include <12F675.h> #device ADC=8 #fuses INTRC_IO,NOWDT,NOPUT,NOPROTECT,NOCPD,NOMCLR #use delay(clock=4000000) #define GP0 PIN_A0 #define GP1 PIN_A1 #define GP2 PIN_A2 #define GP3 PIN_A3 #define GP4 PIN_A4 #define GP5 PIN_A5 void init() setup_timer_0(T0_INTERNAL|T0_DIV_32); set_tris_a( 0b11111101 ); // set GP1 output, all other inputs setup_comparator( NC_NC_NC_NC ); // disable comparators setup_adc_ports( GP0 ); // disable analog inputs setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); void main() unsigned int16 us; unsigned int16 adc; init(); while ( TRUE ) set_adc_channel(0); delay_us(10); adc=read_adc(); us=62*(adc); delay_us(us); output_high(GP1); delay_us(15950-us); output_low(GP1);


57

Figura 2.4.8 Resultados de simulación


58

2.5. Sistema de Persianas y regulación de la iluminación

El sistema que controla la posición de las persianas que regulan la cantidad entrante de

luz en una habitación se trata de un circuito seguidor de sol, el voltaje a la salida del

amplificador operacional es de 900𝑚𝑉 a 10𝑉, por lo cual, se realizó un divisor de tensión

a la salida del amplificador operacional para obtener un voltaje máximo de 5𝑉, que servirá

para lectura del microcontrolador maestro y de acuerdo a la lectura del voltaje enviara

una serie de datos a un microcontrolador esclavo encargado de generar pulsos para el

movimiento de los motores.

Figura 2.5.1. Diagrama del sistema de control de persianas.

Figura 2.5.2. Circuito seguidor de Sol.

Seguidor de Sol

Arduino

maestro

Arduino esclavo

Puentes H

Motores a paso


59

La forma en la que se alimenta el amplificador operacional con fuente simple se describe

en la siguiente figura. Las resistencias 𝑅1 y 𝑅2 forman un divisor de tención que sirven

para indicar el voltaje de referencia 𝑉𝑟𝑒𝑓.

Figura 2.5.3. Polarización de un amplificador operacional con fuente simple.

𝑉𝑟𝑒𝑓 = 12𝑉 ∗𝑅1

𝑅1 + 𝑅2− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.29)

Cuando la tensión de entrada 𝑉𝑖𝑛 sea mayor que la de referencia 𝑉𝑟𝑒𝑓 dará un número

positivo y por lo tanto la tensión de salida estará a nivel alto.

Cuando la tensión de entrada 𝑉𝑖𝑛 sea menor que la de referencia 𝑉𝑟𝑒𝑓 dará un número

negativo y por lo tanto la salida estará a nivel bajo (cercano a 0 voltios)

El valor de 𝑉𝑖𝑛 que hace que la salida del comparador conmute de 0 volts a nivel alto

viene dado por la expresión:

𝑉𝑖𝑛 = 𝑉𝑟𝑒𝑓 ∗ (1 +𝑅2

𝑅1) − − − − − − − − − − − − − − − (2.30)


60

El valor de 𝑉𝑖𝑛 que hace que la salida del comparador conmute del nivel alto al nivel bajo

viene dado por esta otra expresión:

𝑉𝑖𝑛 = 𝑉𝑟𝑒𝑓 ∗ (1 +𝑅2

𝑅1) − 𝑉𝑠𝑎𝑙 ∗

𝑅2

𝑅1− − − − − − − − − −(2.31)

Tabla 2.5.1. Lectura de voltaje y salida digital del micro-controlador maestro.

Voltaje obtenido 𝑺𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂𝟐 𝑺𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂𝟏 Descripción

𝟑 < 𝑺𝒐𝒍 ≤ 𝟓 0 0 Sube persiana

𝟐 < 𝑺𝒐𝒍 ≤ 𝟑 0 1 Ultima posición

𝟎 ≤ 𝑺𝒐𝒍 ≤ 𝟐 1 0 Baja persiana

Otro Valor 1 1 Ultima posición

Al igual que el sistema de iluminación, el sistema de persiana tendrá la prioridad de

usuario por lo cual, es necesario agregar botones a la interfaz de ANDROID del

dispositivo móvil y, por medio de los caracteres ¨c¨ y ¨d¨ el usuario decide subir o bajar la

persiana.


61

Figura 2.5.4.Diseño de la interfaz para controlar el toldo.

Figura 2.5.5. Programación de la interfaz para controlar el toldo.


62

2.5.1 Control de los motores a pasos de la persiana

Los motores paso a paso tienen un comportamiento del todo diferente al de los motores

de corriente continua. En primer lugar, no giran libremente por sí mismos. Los motores

paso a paso, como lo indica su nombre, avanzan girando por pequeños pasos. También

difieren de los motores de corriente continua en la relación entre velocidad y torque (un

parámetro que también es llamado "par motor" y "par de giro"). Los motores de corriente

continua no son buenos para ofrecer un buen torque a baja velocidad sin la ayuda de un

mecanismo de reducción. Los motores paso a paso, en cambio, trabajan de manera

opuesta: su mayor capacidad de torque se produce a baja velocidad.

Los motores paso a paso tienen una característica adicional: el torque de detención que

no existe en los motores de corriente continua. El torque de detención hace que un motor

paso a paso se mantenga firmemente en su posición cuando no está girando. Esta

característica es muy útil cuando el motor deja de moverse y, mientras está detenido, la

fuerza de carga permanece aplicada a su eje. Se elimina así la necesidad de un

mecanismo de freno.

Figura 2.5.6. Motores a paso.

Los motores paso a paso funcionan controlados por un pulso de avance, el control de un

motor paso a paso no se realiza aplicando en directo este pulso eléctrico que lo hace

avanzar. Estos motores tienen varios bobinados que, para producir el avance de ese

paso, deben ser alimentados en una adecuada secuencia. Si se invierte el orden de esta


63

secuencia, se logra que el motor gire en sentido opuesto. Si los pulsos de alimentación

no se proveen en el orden correcto, el motor no se moverá apropiadamente.

Esto significa que hacer girar un motor paso a paso no es tan simple como hacerlo con

un motor de corriente continua, al que se le entrega una corriente y listo. Se requiere un

circuito de control, que será el responsable de convertir las señales de avance de un paso

y sentido de giro en la necesaria secuencia de energización de los bobinados.

Figura 2.5.7. Bobinas de un motor a pasos.

Los motores paso a paso tienen una tensión eléctrica de trabajo. Este valor viene impreso

en su carcasa o por lo menos se especifica en su hoja de datos. Algunas veces puede

ser necesario aplicar un voltaje superior para lograr que un determinado motor cumpla

con el torque deseado, pero esto producirá un calentamiento excesivo y/o acortará la vida

útil del motor. Otra característica de un motor paso a paso es la resistencia de los

bobinados. Esta resistencia determinará la corriente que consumirá el motor, y su valor

afecta la curva de torque del motor y su velocidad máxima de operación.

Generalmente, este es el factor más importante al elegir un motor paso a paso para un

uso determinado. Este factor define la cantidad de grados que rotará el eje para cada

paso completo. Una operación de medio-paso o semi-paso (half step) del motor duplicará

la cantidad de pasos por revolución al reducir la cantidad de grados por paso. Cuando el

valor de grados por paso no está indicado en el motor, es posible contar a mano la

cantidad de pasos por vuelta, haciendo girar el motor y sintiendo por el tacto cada "diente"

magnético.


64

2.5.2. Tipos de motores a paso:

Los motores paso a paso de imán permanente se dividen a su vez en distintos tipos,

diferenciados por el tipo de bobinado. Existen entonces motores paso a paso de imán

permanente unipolares (también llamados "unifilares"), bipolares (también llamados

"bifilares").

2.5.2.1. Motores a paso unipolares:

Los motores unipolares son relativamente fáciles de controlar, gracias a que poseen

devanados duplicados. Aunque para facilitar el esquema se dibuja este devanado como

una bobina con punto medio, en realidad tienen dos bobinas en cada eje del estator, que

están unidas por extremos opuestos, de tal modo que al ser alimentada una u otra,

generan cada una un campo magnético inverso al de la otra. Nunca se energizan juntas:

por eso lo correcto es decir que tienen una doble bobina, en lugar de decir (como se hace

habitualmente) que es una bobina con punto medio.15

Figura 2.5.2.1. Distribución del bobinado de un motor unipolar.



65

Existen tres secuencias para controlar los motores paso a paso unipolares:

Simple: Es una secuencia donde se activa una bobina a la vez. Esto hace que el motor

tenga un paso más suave, pero por el contrario tenga menos torque y menos retención.

Tabla 2.5.2.1. Secuencia simple de un motor a pasos.

Paso Bobina

A

Bobina

B

Bobina

C

Bobina

D

Paso 1 1 0 0 0

Paso 2 0 1 0 0

Paso 3 0 0 1 0

Paso 4 0 0 0 1

Normal: Es la secuencia más usada y la que recomiendan los fabricantes. Con esta

secuencia el motor avanza un paso por vez y siempre hay dos bobinas activadas. Con

esto se obtiene un mayor torque y retención.

Tabla 2.5.2.2. Secuencia normal de un motor a pasos.

Paso Bobina

A

Bobina

B

Bobina

C

Bobina

D

Paso 1 1 1 0 0

Paso 2 0 1 1 0

Paso 3 0 0 1 1

Paso 4 1 0 0 1

Medio paso: Se activan primero dos bobinas y después solo una y así sucesivamente.

Esto provoca que el motor avance la mitad del paso real. Esto se traduce en un giro más

suave y preciso.


66

Tabla 2.5.2.3. Secuencia de medio paso de un motor a pasos.

Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D

Paso 1 1 0 0 0

Paso 2 1 1 0 0

Paso 3 0 1 0 0

Paso 4 0 1 1 0

Paso 5 0 0 1 0

Paso 6 0 0 1 1

Paso 7 0 0 0 1

Paso 8 1 0 0 1

2.5.2.2. Motores a paso bipolares

Los motores bipolares requieren circuitos de control y de potencia más complejos. Pero

en la actualidad esto no es problema, ya que estos circuitos se suelen implementar en un

integrado, que soluciona esta complejidad en un solo componente. Como mucho se

deben agregar algunos componentes de potencia, como transistores y diodos para las

contracorrientes, aunque esto no es necesario en motores pequeños y medianos.16

Figura 2.5.2.2. Distribución del bobinado de un motor bipolar.



67

Secuencia para controlar motores paso a paso Bipolares

Un motor paso a paso bipolar necesita invertir la corriente que circula por sus bobinas

en una secuencia determinada para provocar el movimiento del eje.

Tabla 2.5.2.4. Secuencia de un motor a pasos bipolar.

Paso Bobina

1A

Bobina

1B

Bobina

2A

Bobina

2B

Paso 1 1 0 1 0

Paso 2 1 0 0 1

Paso 3 0 1 0 1

Paso 4 0 1 1 0

2.5.3. Programación de los motores para el toldo

Se requiere de un microcontrolador esclavo para que genere la secuencia de pasos para

un motor a pasos unipolar.

int falla = 5; int prioridad = 6; int habilita = 9; int motorPin1 = 10; int motorPin2 = 11; int motorPin3 = 12; int motorPin4 = 13; int usuario=4; int S1;//2 int S2;//3 int nublado; int paso= 0; const int analogInPin0 = A0; //nublado int sensorValue0 = 0; const int analogInPin1 = A1; //dirección int sensorValue1 = 0; const int analogInPin2 = A2; //posición int sensorValue2 = 2;

if(digitalRead(usuario)==LOW) //U S U A R I O D E S C O N E C T A D O sensorValue0=analogRead(analogInPin0); //nublado if(sensorValue0>510) nublado=1; if(sensorValue0<=510) nublado=0; sensorValue1=analogRead(analogInPin1); //dirección


68

void setup() pinMode(motorPin1, OUTPUT); pinMode(motorPin2, OUTPUT); pinMode(motorPin3, OUTPUT); pinMode(motorPin4, OUTPUT); pinMode(falla, OUTPUT); pinMode(habilita, OUTPUT); pinMode(S1, INPUT); pinMode(S2, INPUT); pinMode(usuario,INPUT); digitalWrite(falla, HIGH); void loop() if(prioridad==0) digitalWrite(falla, HIGH); if(prioridad==1) digitalWrite(falla, LOW); if(digitalRead(usuario)==HIGH) //U S U A R I O C O N E C T A D O S1 = digitalRead(2); S2 = digitalRead(3); if(S1==0 && S2==0) digitalWrite(habilita, HIGH); delay(100); paso=paso+1; if(paso==1) digitalWrite(motorPin1, HIGH); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); if(paso==2) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, HIGH); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW);

sensorValue2=analogRead(analogInPin2); //posición if( nublado==1) digitalWrite(habilita, LOW); if(nublado==0) digitalWrite(habilita, HIGH); if(sensorValue1>613 && sensorValue2<130 ) digitalWrite(habilita, HIGH); delay(100); paso=paso+1; if(paso==1) digitalWrite(motorPin1, HIGH); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); if(paso==2) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, HIGH); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); if(paso==3) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, HIGH); digitalWrite(motorPin4, LOW); if(paso==4) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW);


69

if(paso==3) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, HIGH); digitalWrite(motorPin4, LOW); if(paso==4) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, HIGH); paso=0; digitalWrite(habilita, LOW); delay(100); if(S1==0 && S2==1) digitalWrite(habilita, HIGH); delay(100); paso=paso+1; if(paso==4) digitalWrite(motorPin1, HIGH); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); paso=0; if(paso==3) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, HIGH); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); if(paso==2) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, HIGH); digitalWrite(motorPin4, LOW);

digitalWrite(motorPin4, HIGH); paso=0; digitalWrite(habilita, LOW); delay(100); if(sensorValue1<=613 && sensorValue1>409) digitalWrite(habilita, LOW); delay(100); if(sensorValue1<=409 && sensorValue2>20) digitalWrite(habilita, HIGH); delay(100); paso=paso+1; if(paso==4) digitalWrite(motorPin1, HIGH); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); paso=0; if(paso==3) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, HIGH); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, LOW); if(paso==2) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, HIGH); digitalWrite(motorPin4, LOW); if(paso==1) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW);


70

if(paso==1) digitalWrite(motorPin1, LOW); digitalWrite(motorPin2, LOW); digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, HIGH); digitalWrite(habilita, LOW); delay(100); if(S1==1 && S2==0) digitalWrite(habilita, LOW); if(S1==1 && S2==1) digitalWrite(habilita, LOW);

digitalWrite(motorPin3, LOW); digitalWrite(motorPin4, HIGH); digitalWrite(habilita, LOW); delay(100); //End Loop

2.6 Diseño del sistema controlador de temperatura

El sistema que controla la intensidad o el nivel de luz artificial se trata de un controlador

PID (proporcional, integral y derivativo), en el cual se establece una señal de referencia

que indica el nivel de iluminación deseado en una habitación o recinto y de otra señal

proveniente de un termistor. El termistor es utilizado como sensor se niveles variantes de

temperatura con respecto a una temperatura específica, al cambiar el nivel de la

diferencia de las señales en conocida como señal de error y el controlador se encarga de

eliminar el error por medio de un actuador (etapa de potencia) para ajustar la temperatura

a un nivel deseado.


71

Figura 2.6.1 Sistema de control de temperatura.

El PID está constituido por una etapa de acción de control proporcional, una etapa

derivativa y una etapa integral, de acuerdo con el diagrama de la Figura 2.6.2.

El controlador tiene una función de transferencia dada por:

𝑈(𝑠) = 𝐾𝑝 (1 +1

𝑇𝑖𝑠+ 𝑇𝑑𝑠) 𝐸(𝑠) − − − − − − − − − − − − − −(2.32)

Donde 𝐾𝑝es la constante de acción proporcional, 𝑇𝑖 es la constante de tiempo de la acción

integral, 𝑇𝑑es la constante de tiempo de la acción derivativa, 𝐸(𝑠) es la señal de error y

𝑈(𝑠) es la señal de control.

Figura 2.6.2. Controlador PID del sistema de temperatura.

PID Actuador Habitación

Termistor

1

𝑇𝑖𝑠

𝑇𝑑𝑠

𝐾𝑝

𝐸(𝑠)


72

En la Figura 2.6.3 se muestra un diagrama simplificado de la implementación electrónica

utilizada, la cual consta de cuatro etapas. Por facilidad de implementación, se utilizaron

circuitos integradores y derivadores inversores, así como un sumador inversor y un

circuito de control de ganancia (acción proporcional 𝐾𝑝) inversor. Esto genera tres etapas

inversoras, y para compensar el signo, se añadió un amplificador diferencial que calcula

el error, pero con signo negativo. De esta manera, el circuito da la apariencia de tener

retroalimentación negativa, pero en realidad no es así.

Figura 2.6.3. Esquema simplificado del controlador PID de temperatura.

En la Figura 2.6.4, se muestra el diagrama esquemático del controlador PID propuesto.

𝑈(𝑠) =𝑅12

𝑅9(1 +

1

𝑠𝑅6𝑅11𝑅12𝐶2

𝑅9𝑅12

+ 𝑠𝑅8𝑅9𝑅12𝐶1

𝑅10𝑅12) 𝑉𝐸(𝑠) − − − − − − − − − − − − − −(2.33)

𝐸(𝑠) = − (𝑅3


𝑅3

𝑅2𝑉𝑅15

) − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.34)


73

Figura 2.6.4. Diagrama eléctrico del controlador PID de temperatura.

Todo sistema de control debe empezar por generar una señal de error:

𝐸 = 𝑆𝑅 − 𝑉𝑉𝑃 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.35)

El error es igual a la señal de referencia menos el voltaje de la variable de proceso. En

este caso la señal de referencia 𝑆𝑅 = 𝑉𝑅15 y el voltaje de la variable del proceso 𝑉𝑉𝑃 = 𝑉𝑇𝐸𝑅.


74

𝑉𝐸 = 𝑉𝑅3− 𝑉𝑇𝐸𝑅 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − (2.36)

La ecuación que describe esta parte del diagrama es:

𝑉𝐸(𝑠) = − (𝑅4

𝑅1

𝑉𝑇𝐸𝑅 −𝑅4

𝑅2

𝑉𝑅15) − − − − − − − − − − − − − − − −(2.37)

Se establecen un valor de resistores de valor igual para manejar solamente voltajes

quedando:

𝑉𝐸(𝑠) = −(𝑉𝑇𝐸𝑅 − 𝑉𝑅3) − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.38)

Figura 2.6.5. Amplificador de error.

La parte proporcional cuanta con una región de respuesta lineal a la cual se le suele

llamar banda proporcional, en donde a cambios pequeños del error alrededor del cero

causara variaciones proporcionales en la salida lo que da un control más fino.


75

𝐾𝑝 =𝑅6

𝑅5=

47𝐾Ω

10𝐾Ω= 4.7 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − (2.39)

Figura 2.6.6. Controlador proporcional.

El controlador integrativo tiene una respuesta muy lenta, mientras que el controlador no

puede llevar el error a cero completamente. El controlador integrativo junto con el

controlador proporcional se obtiene una máxima eliminación del error.

Figura 2.6.7. Controlador integrativo.

𝑉𝑠(𝑡) = 𝐾𝑃𝑉𝐸(𝑡) + 𝐾𝐼 ∫ 𝑉𝐸(𝑡) + 𝑉0 − − − − − − − − − − − − − − − (2.40)


76


𝑉𝑠(𝑆) = 𝐾𝑃𝑉𝐸(𝑆) + 𝐾𝐼

𝑉𝐸(𝑆)

𝑆− − − − − − − − − − − − − −(2.41)


𝑉𝑆(𝑆)

𝑉𝐸(𝑆)= 𝐾𝑃 + 𝐾𝐼

1

𝑆=

𝑆 +𝐾𝐼

𝐾𝑃

𝑆𝐾𝑃

= 𝐾𝑃 (𝑆 +

𝐾𝐼

𝐾𝑃

𝑆) − − − − − −(2.42)

𝑉𝐼 = −1

𝐶1∫ 𝑖(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑉0 − − − − − − − − − − − − − − − −(2.43)

𝑖(𝑡) =𝑉𝐸(𝑡)

𝑅7− − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.44)

𝑉𝐼 = −1

𝐶1𝑅7∫ 𝑉𝐸(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑉0 − − − − − − − − − − − − − − − (2.45)

Donde

𝑇𝑖 =𝑅7𝑅11𝐶2

𝑅9− − − − − − − − − − − − − − − −(2.46)

Se sustituyen valores en la ecuación 2.46.

47𝐾Ω ∗ 100𝐾Ω ∗ 1𝜇𝑓

3𝐾3Ω= 1.4 𝑆𝑒𝑔

𝐾𝐼 =1

𝐶1𝑅7=

1

1𝜇𝑓 ∗ 47𝐾Ω= 0.4526




77

Figura 2.6.8. Controlador derivativo.

𝑉𝐷(𝑡) = 𝐾𝐷

𝑑𝑉𝐸(𝑡)

𝑑𝑡− − − − − − − − − − − − − − − − − (2.47)

En el dominio de Laplace la ecuación 2.47 es:

𝑉𝐷(𝑆) = 𝑆𝐾𝐷𝑉𝐸(𝑆)


𝑉𝐷(𝑆)

𝑉𝐸(𝑆)= 𝑆𝐾𝐷 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − (2.48)

𝑇𝑑 =𝑅8𝑅9𝐶2

𝑅11= 0.5𝑆𝑒𝑔 − − − − − − − − − − − − − − − (2.49)

Sustituyendo valores en la ecuación 2.49:

47𝐾Ω ∗ 3𝐾3Ω ∗ 1𝜇𝑓

3𝐾3𝐾Ω= 47 𝑚𝑆𝑒𝑔


78

Sustituyendo valores y despejando la ecuación 2.48:

𝑉𝐷(𝑆)

𝑉𝐸(𝑆)= −

𝑅8

𝐶1

𝑆

= −𝑆𝑅8𝐶1

𝐾𝐷 = 𝑅8𝐶1 = 47𝑘Ω ∗ 10𝜇𝑓 = 0.47



En la figura se muestra un circuito promediador de tres entradas, el cual brinda un medio

para sumar algebraicamente los tres voltajes cada uno multiplicado por un factor de

ganancia constante. En otras palabras, cada suma de voltaje a la salida será multiplicada

por un factor de ganancia constante.

Figura 2.6.9. Amplificador promediador.

El voltaje que se obtiene en los cambios de iluminación de las partes proporcional, integral

y derivativa son -3.5V, -8.5V y -2.5V.

𝑉𝑃𝐼𝐷 = −𝑅𝑓

𝑅(−3.5V − 10V − 0V) = −

𝑅𝑓

𝑅(−13V) − − − − − − − −(2.50)


79

Desarrollando la ecuación 2.50:

5𝑉 = −𝑅𝑓

𝑅(−13V)

𝑅𝑓 = 𝑅12 = 1𝐾 2Ω

Despejando R

𝑅 = −−13.5𝑉 ∗ 1𝐾3Ω

5= 3𝐾 2Ω

El valor comercial cercano es 3K 3Ω

Conexión del circuito de temperatura

Figura 2.6.10. Proceso del sistema de temperatura.

El inconveniente en los microcontroladores es que la señal de salida no es analógica, se

trata de una señal modulada en ancho de pulso (PWM), para resolver este inconveniente

se emplea el uso de un demodulador para convertir una señal modulada a un voltaje

directo. La frecuencia de la salida digital del microprocesador ATMEGA328P es de 980

Hz con una amplitud de 5V.

PID Microcontrolador Etapa de

potencia

Resistencia

térmica


80

Figura 2.6.11. Entrada (rojo) y salida (amarillo) del microprocesador.

𝑅𝐶 = 5𝜏 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.51)

𝜏 =1

𝑓=

1

980𝐻𝑧− − − − − − − − − − − − − − − − − (2.52)

𝑅𝐶 = 51

980𝐻𝑧= 0.0051 𝑆

Proponemos el capacitor de 1µf y despejamos R

𝑅 =0.0051 𝑆

1𝜇𝑓= 5𝐾 2Ω


81

Figura 2.6.12. Configuración de un demodulador.

La función analogWrite(analogOutPin, outputValue) establece un ancho de pulso con

respecto a voltaje de entrada que es el voltaje 𝑉𝑃𝐼𝐷 y a la salida un PWM como se muestra

en la figura anterior. Y con el circuito demodulador se obtiene un voltaje continuo que

servirá para controlar el actuador de una forma más fácil.

Figura 2.6.13. Entrada (rojo) y salida (amarillo) del circuito demodulador.


82

El circuito demodulador servirá para establecer un ancho de pulso que controlará la

potencia de la resistencia térmica para calentar un determinado espacio.

2.6.1 Generador del ancho de pulso

La integral de una onda cuadrada es una onda triangular. Aplicando este principio, es

posible construir un generador de onda triangular.

El generador de onda triangular está formado por un generador de onda cuadrada

conectada en cascada con un circuito integrador. El circuito está compuesto de dos

amplificadores operacionales: el primero trabaja como un comparador con histéresis

externa (disparador Schmitt) y el otro compone el circuito integrador.

El disparador Schmitt creará una onda cuadrada, que se introducirá al circuito integrador,

creando éste una onda triangular a su salida. Por lo tanto, se pueden conseguir las dos

señales descritas del mismo circuito (cuadrada y triangular). Estas señales estarán en

fase una con otra, pero, dadas las características del circuito integrador, cuando la señal

cuadrada sea positiva, la triangular será negativa, y viceversa.

Observar que también sería posible conseguir una señal en diente de sierra, modificando

un poco este circuito. En este circuito, la segunda entrada no-inversora está conectada a

tierra, pero si se conecta un potenciómetro dando lugar a una tensión en esa entrada, se

conseguiría una salida en diente de sierra en vez de triangular.

Figura 2.6.1.1. Diagrama eléctrico de un generador de onda triangular.


83

Para el análisis de este circuito se supondrá que los amplificadores operacionales son

ideales.

Para que ocurra el cambio de pendiente en el circuito integrador, se considera:

|𝑉0| > 𝑉𝑆 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − (2.53)

𝑉𝑅 − 𝑉0

𝑅1=

𝑉𝑆𝐴𝐿 − 𝑉𝑅

𝑅2− − − − − − − − − − − − − − − − − (2.54)

Despejando 𝑉𝑅 de la ecuación 2.54:

𝑉𝑅 = ±𝑅2 ∗ 𝑉0

𝑅1 + 𝑅2+

𝑉𝑆𝐴𝐿 ∗ 𝑅1

𝑅2 + 𝑅2− − − − − − − − − − − − − (2.55)

Cuando 𝑉 = 𝑉𝑅 , el comparador cambia de estado. En este punto, ocurre el valor

máximo de la onda triangular de salida, 𝑉𝑆𝐴𝐿 = 𝑉𝑀𝐴𝑋.Despejando 𝑉𝑆𝐴𝐿 en la ecuación

2.55 para esta condición, se obtiene:

𝑉𝑀𝐴𝑋 = 𝑉𝑅 ∗𝑅1 + 𝑅2

𝑅1+ 𝑉0 ∗

𝑅2

𝑅1− − − − − − − − − − − (2.56)

Sustituyendo valores se obtiene:

𝑉𝑀𝐴𝑋 = 6𝑉 ∗1𝐾2Ω + 820Ω

820Ω+ 0𝑉 ∗

820Ω

1𝐾2Ω= 10.1𝑉


84

El valor mínimo ocurre cuando 𝑉 = 𝑉𝑅 a 𝑉𝑆𝐴𝐿 = 𝑉𝑚𝑖𝑛.. Despejando 𝑉𝑆𝐴𝐿 en la

ecuación 2.55 para esta condición, se obtiene:

𝑉𝑀𝐼𝑁 = 𝑉𝑅 ∗𝑅1 + 𝑅2

𝑅1− 𝑉0 ∗

𝑅2

𝑅1

𝑉𝑀𝐼𝑁 = 6𝑉 ∗1𝐾2Ω + 820Ω

820Ω− 12𝑉 ∗

820Ω

1𝐾2Ω= 1.9𝑉

En la siguiente figura se muestran las formas de onda 𝑉0 y 𝑉𝑆𝐴𝐿 donde se señalan los

valores notables 𝑉𝑀𝐴𝑋, 𝑉𝑀𝐼𝑁 , 𝑉𝑃𝑃, 𝑇1 y 𝑇2:

Figura 2.6.1.2. Onda triangular.

.


85

VS hace que los tiempos de carga y descarga del condensador sean desiguales a 𝑇1 ≠

𝑇2.

El voltaje 𝑉𝑃𝑃 ascendente a través del condensador viene dado por:

𝑉𝑃𝑃 = 𝑉𝑀𝐴𝑋 − 𝑉𝑀𝐼𝑁 − − − − − − − − − − − − − − − (2.57)

𝑉𝑃𝑃 =𝐼𝐶 ∗ 𝑇1

𝐶− − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.58)

Sustituyendo las ecuaciones de 𝑉𝑃𝑃 en la ecuación anterior, se obtiene:

𝑉𝑀𝐴𝑋 − 𝑉𝑀𝐼𝑁 =

𝑉𝑆 + 𝑉0

𝑅∗ 𝑇1

𝐶− − − − − − − − − − − −(2.59)

Despejando 𝑇1 de la ecuación 2.59:

𝑇1 =𝑅 ∗ (𝑉𝑀𝐴𝑋 − 𝑉𝑀𝐼𝑁) ∗ 𝐶

𝑉𝑆 + 𝑉0− − − − − − − − − − − −(2.60)

El voltaje 𝑉𝑃𝑃 descendente a través del condensador viene dado por:

𝑉𝑃𝑃 =𝐼𝐶 ∗ 𝑇2

𝐶− − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.61)

Sustituyendo las ecuaciones en la ecuación 2.60, se obtiene:

𝑉𝑀𝐴𝑋 − 𝑉𝑀𝐼𝑁 =

𝑉𝑆 − 𝑉0

𝑅∗ 𝑇2

𝐶− − − − − − − − − − − (2.62)


86

Despejando𝑇2:

𝑇2 =𝑅 ∗ (𝑉𝑀𝐴𝑋 − 𝑉𝑀𝐼𝑁) ∗ 𝐶

𝑉𝑆 − 𝑉0− − − − − − − − − − − − − − − (2.63)

El periodo de la señal de salida será:

𝑇 = 𝑇1 + 𝑇2 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.64)

𝑇 =𝑅 ∗ (𝑉𝑀𝐴𝑋 − 𝑉𝑀𝐼𝑁) ∗ 𝐶

𝑉𝑆 + 𝑉0+

𝑅 ∗ (𝑉𝑀𝐴𝑋 − 𝑉𝑀𝐼𝑁) ∗ 𝐶

𝑉𝑆 − 𝑉0− − − − − (2.65)

Sustituyendo valores en la 2.65 y desarrollando el periodo de este circuito será:

𝑇 =𝑅 ∗ (10.1𝑉 − 1.9𝑉) ∗ 0.1𝜇𝐹

12𝑉 + 6𝑉+

𝑅 ∗ (10.1𝑉 − 1.9𝑉) ∗ 0.1𝜇𝐹

12𝑉 − 6𝑉

𝑇 =𝑅 ∗ (8.2𝑉) ∗ 0.1𝜇𝐹

18𝑉+

𝑅 ∗ (8.2𝑉) ∗ 0.1𝜇𝐹

6𝑉

𝑇 = (𝑅 ∗ 45.5555𝑛𝐹) + (𝑅 ∗ 136.6666𝑛𝐹)

𝑇 = 𝑅 ∗ 182.2221𝑛𝐹

𝑅 =16.6666𝑚𝑆𝑒𝑔

182.2221𝑛𝐹= 91𝐾Ω

Se utilizará un potenciómetro de 100𝐾Ω para seleccionar el valor exacto de la resistencia


87

2.6.2 Etapa de potencia Cuando surge la necesidad de variar una tensión alterna, con el objetivo de entregar

mayor o menor potencia en una carga particular, es donde aparecen los controles de

potencia monofásicos, con los cuales se logra recortar partes de la onda senoidal,

variando la potencia entregada a la carga. Las técnicas convencionales empleadas, son

por control de fase, estas generan armónicas cercanas a la armónica fundamental, lo cual

hace que los filtros utilizados para eliminarlas sean complejos y poco económicos.

El funcionamiento básico de la modulación por ancho de pulso, una serie de pulsos cuyo

ancho es controlado por la variable de control. Es decir, que, si la variable de control se

mantiene constante o varía muy poco, entonces el ancho de los pulsos se mantendrá

constante o variará muy poco respectivamente. Si hacemos que el ancho de pulso no

varíe linealmente con la variable de control, de modo que el ancho de los pulsos puede

ser diferentes unos de otros. Existen distintos métodos para variar el ancho de los pulsos.

El más común y el que incentiva esta ponencia es la modulación senoidal del ancho de

pulso (PWM).

El término del ciclo de trabajo describe la proporción de tiempo 'ENCENDIDO' en el

intervalo regular o "período" de tiempo, un ciclo de trabajo bajo corresponde a la energía

baja, porque el poder está apagado durante la mayor parte del tiempo. El ciclo de trabajo

se expresa en porcentaje, 100% es la carga completa de trabajo. La principal ventaja de

PWM es que la pérdida de potencia en los dispositivos de conmutación, ya es muy baja.

La modulación PWM también ser controlado por sistemas digitales para controlar el ciclo

de trabajo utilizado para transmitir información a través de un canal de comunicación. La

modulación PWM se utiliza también en eficientes reguladores de voltaje. Por el cambio

de voltaje a la carga con el ciclo de trabajo oportuno, el resultado se aproximará a una

tensión en el nivel deseado.

2.6.2.1. Formas de onda de los triac´s La relación en el circuito entre la fuente de voltaje, el triac y la carga. La corriente promedio entregada a la carga puede variarse alterando la cantidad de tiempo por ciclo que el triac permanece en el estado encendido.


88

Figura. 2.6.2.1 Diagrama de conexión de un triac.

Si permanece una parte pequeña del tiempo en el estado encendido, el flujo de corriente promedio a través de muchos ciclos será pequeño, en cambio si permanece durante una parte grande del ciclo de tiempo encendido, la corriente promedio será alta. Un triac no está limitado a 180° de conducción por ciclo. Con un arreglo adecuado del disparador, puede conducir durante el total de los 360° del ciclo.

Figura. 2.6.2.2 Ciclos de trabajo.

La conducción empieza cuando se ingresa una corriente de magnitud mínima IGT positiva o negativa por la compuerta (Pin G), una vez que el triac entra en conducción, la compuerta pierde el control y el triac permanecerá conduciendo hasta que la corriente que circula entre A1 y A2 sea menor a una corriente de mantenimiento IH, si necesitamos que el triac vuelva a conducir debemos lanzar otro pulso de corriente en el gate, aun cuando existen más formas de disparar el triac, para el propósito presente solo usaremos la que hemos mencionado.


89

2.6.3. Control de Fase

Si conectamos la fuente 𝑉𝑎𝑐directamente a la carga la potencia en la carga viene dada por:

𝑃 =𝑉𝑎𝑐

2

𝑅− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(2.66)

Ahora, que pasa si permitimos que se transfiera corriente a la carga solo a partir de un cierto ángulo de disparo al cual llamaremos "α", la tensión que llega a la carga tendría la forma de la onda de color verde como muestra la siguiente figura.

El ángulo α puede tomar cualquier valor entre 0 y π radianes, la potencia promedio que recibe la carga en función del ángulo de disparo α, estará dada por la fórmula:

𝑃 =1

𝜋∫

[𝐴 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝑜 (𝛼)]2

𝑅

𝜋

𝛼

∗ 𝑑𝑥 − − − − − − − − − − − − − (2.67)

𝑃 =𝐴2

2𝜋𝑅 [𝜋 − 𝛼 +

1

2 𝑠𝑒𝑛𝑜(2𝛼)] − − − − − − − − − − − − − (2.68)

De la misma manera si queremos calcular el voltaje efectivo de la nueva onda "senoidal troceada", en función del ángulo α tenemos:

𝑉𝑟𝑚𝑠 =𝐴

√2𝜋 √[𝜋 − 𝛼 +

1

2 𝑠𝑒𝑛𝑜 (2𝛼)] − − − − − − − − − − − − − −(2.69)

Figura 2.6.3.1. Circuito de potencia de resistencia térmica.


90

CAPITULO III

REALIZACIÓN DEL PROYECTO


91

3.1 Realización de la Tarjeta Controladora

El circuito es una simplificación de la tarjeta de desarrollo Arduino UNO, es decir, no tiene

convertidor USB-SerieTTL en la placa, ni conector de 6 pines para el ISP.

Figura 3.1.1. Mascara de soldadura Arduino Maestro.


92

a) b)

Figura.3.1.2 a) Mascara de Componentes, b) Placa terminada.


93

3.2 Circuito Controlador de Intensidad de Iluminación

Figura.3.2.1 Programa eléctrico del sistema de iluminación.


94

Debido a la complejidad del circuito en una densidad, se utilizará una placa de fibra de

vidrio de doble densidad para diseñar el circuito de control de iluminación.

a) b)

Figura.3.2.2. a) Capa superior del circuito, b) Capa inferior del circuito.


95

a) b)

Figura.3.2.3 a) Mascara de componentes, b) Placa terminada.


96

3.3 Control de potencia para los motores a pasos

El integrado L293D incluye cuatro circuitos para manejar cargas de potencia media, en

especial pequeños motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente

hasta 600 mA en cada circuito y una tensión entre 4,5 V a 36 V.

Figura. 3.3.1 Circuito integrado L293D.

Las salidas tienen un diseño que permite el manejo directo de cargas inductivas tales

como relés, solenoides, motores de corriente continua y motores por pasos, ya que

incorpora internamente los diodos de protección de contracorriente para cargas

inductivas.

Las entradas son compatibles con niveles de lógica TTL. Para lograr esto, incluso cuando

se manejen motores de voltajes no compatibles con los niveles TTL, el chip tiene

terminales de alimentación separadas para la lógica (VCC1, que debe ser de 5V) y para

la alimentación de la carga (VCC2, que puede ser entre 4,5V y 36V). 17

Estos circuitos de salida se pueden habilitar en pares por medio de una señal TTL. Los

circuitos de manejo de potencia 1 y 2 se habilitan con la señal 1,2, EN y los circuitos 3 y

4 con la señal 3,4, EN.



97

Figura.3.3.2 Terminales del circuito integrado L293D.

Las entradas de habilitación permiten controlar con facilidad el circuito, lo que facilita la

regulación de velocidad de los motores por medio de una modulación de ancho de pulso.

En ese caso, las señales de habilitación en lugar de ser estáticas se controlarían por

medio de pulsos de ancho variable.

Las salidas actúan cuando su correspondiente señal de habilitación está en alto. En estas

condiciones, las salidas están activas y su nivel varía en relación con las entradas.

Cuando la señal de habilitación del par de circuitos de manejo está en bajo, las salidas

están desconectadas y en un estado de alta impedancia.

En la tabla de funcionamiento que sigue se puede observar los niveles TTL que

corresponden a cada situación de trabajo:

Tabla 3.3.1 Funcionamiento del Circuito Integrado L293D

Entradas Salida

A EN Y

H H H

L H L

X L Z


98

H= Nivel alto.

L= Nivel bajo.

X= Irrelevante.

EN= Habilitación.

Z= Alta impedancia.

Figura.3.3.3 Diagrama de conexión del Circuito Integrado L293D.


99

En la siguiente Figura 3.3.4 Mostramos el Circuito de iluminación completo para las

conexiones del microcontrolador esclavo.

Figura. 3.3.4 Conexiones microcontrolador esclavo.


100

Figura.3.3.5 Diagrama del seguidor de Sol.


101

Placa del microcontrolador esclavo:

a) b)

c)

Figura.3.3.6 a) Soldadura b) Mascara de componentes c) Placa terminada.


102

Las terminales centrales de la cápsula del chip están pensadas para proveer el contacto

térmico con un dispador que permitirá lograr la potencia máxima en el manejo del

integrado. En la Figura que siguen se observa la distribución de pines afectados a esta

disipación, el área de cobre que se deja en el circuito impreso por debajo y a los lados

del chip, y el diseño del disipador que propone el fabricante. La hoja de datos aporta una

curva que permite una variación de estos tamaños según la potencia a manejar.

Figura.3.3.7. Diseño del disipador de calor en el circuito impreso.


103

Placa de doble dencidad para el circuito de seguidor de Sol e integrados L293D.

a) b)

c) d)

Figura.3.3.8. a) Soldadura b) Componentes c) Mascara de componentes d) Placa

terminada.


104

Figura.3.3.9 Circuito de control de temperatura.


105

Diseño de placas del PID, generador de onda triangular y generador de ancho de pulso

para el sistema de Temperatura.

a)

b)


106

c)

d)

Figura.3.3.10 a) Cara superior, b) Cara inferior, c) Mascara de componentes y d) Placa

terminada.


107

Amplificador Operacional Configurado como Comparador

Las aplicaciones específicas de este y que, dentro de la experiencia práctica electrónica, se muestra de una gran utilidad. Se trata de los comparadores.

Ocurre, en multitud de ocasiones, que deseamos comparar una tensión con otra para ver cuál de las dos es mayor. Para ello se puede utilizar un circuito implementado a partir de amplificadores operacionales y que responde al nombre (claro está) de comparador.

Para utilizar como comparador un amplificador operacional sólo tenemos que colocar cierta tensión, por ejemplo, en la entrada inversora (V-) la cual realizará la función de tensión de referencia. Si, a continuación, colocamos una tensión en la entrada no inversora (V+) del mismo operacional obtendremos una señal de salida (Vs) que será función del resultado de la comparación de ambas señales.

Figura 3.4.1 Diagrama Eléctrico de un Circuito Comparador

Como resumen del comportamiento de dicho montaje podemos pensar en la siguiente lógica: - Si la tensión V+ es mayor que V- la salida Vs será de nivel alto. - Si la tensión V+ es menor que V- la salida Vs será de nivel bajo. La forma más simple de constituir un comparador con un amplificador operacional consiste en conectar el mismo sin resistencias de realimentación de forma que la entrada no inversora haga las funciones de entrada de señal a comparar, mientras que la terminal inversora se conecta a tierra lógica.

Vs


108

3.4 Placas del circuito de control de potencia

a)

b)

c)

Figura. 3.4.2 a) Cara inferior, b) Mascara de componentes y c) Placa terminada.


109

Figura 3.4.3 Simulación de un Circuito Comparador.

Señales obtenidas

Durante la revisión de la tarjeta comprobamos que si funciono satisfactoriamente que las

señales a la entrada y salida son las esperadas.

Figura 3.4.4 Generación de PWM con un Circuito Comparador.

Considerando un caso en el cual se necesite de un apoyo manual o simplemente se

desee controlar los sistemas de forma manual se consideró la realización de una prioridad


110

usuario la cual aun cuando el sistema automático este en uso si el usuario desea regular

los distintos servicios el tendrá la opción de poder hacerlo sin necesidad de esperar la

supervisión de un técnico ni la asesoría de nadie al poder regularlo de acuerdo a su

necesidad.

3.5. SISTEMAS DE CONTROL MANUAL, SEMIAUTOMATICOS Y AUTOMATICOS

3.5.1. MANUAL:

Este tipo de control se ejecuta manualmente en el mismo lugar en que está colocada la

máquina. Este control es el más sencillo y conocido y es generalmente el utilizado para

el arranque de motores pequeños a tensión nominal. Este tipo de control abunda en

talleres pequeños de metalistería y carpintería, en que se utilizan máquinas pequeñas

que pueden arrancar a plena tensión sin causar perturbaciones en las líneas de

alimentación o en la máquina. Una aplicación de este tipo de control es una máquina de

soldar del tipo motor generador.18

El control manual se caracteriza por el hecho de que el operador debe mover un

interruptor o pulsar un botón para que se efectúe cualquier cambio en las condiciones de

funcionamiento de la máquina o del equipo en cuestión.

3.5.2. SEMI-AUTOMATICO:

Los controladores que pertenecen a esta clasificación utilizan un arrancador

electromagnético y uno o más dispositivos pilotos manuales tales como pulsadores,

interruptores de maniobra. Quizás los mandos más utilizados son las combinaciones de

pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente

económica.19

La clave de la clasificación como en un sistema de control semiautomático es el hecho

de que los dispositivos pilotos son accionados manualmente y de que el arrancador del

motor es de tipo electromagnético.



111

3.5.3. CONTROL AUTOMATICO:

En algunos casos el control puede tener combinación de dispositivos manuales y

automáticos. Si el circuito contiene uno o más dispositivos automáticos, debe ser

clasificado como control automático.

Son aquellos en los que se usa un controlador que opera en lugar del operador humano,

cumpliendo idéntica función. Los sistemas de control automáticos cumplen desde

siempre la función de evitar al ser humano ciertas tareas, fundamentalmente las

repetitivas y tediosas, por medio de dispositivos mecánicos, eléctricos, o de otro tipo.20

3.5.4. Señales analógicas

La señal analógica es aquella que presenta una variación continua con el tiempo, es

decir, que a una variación suficientemente significativa del tiempo le corresponderá una

variación igualmente significativa del valor de la señal (la señal es continua). Toda señal

variable en el tiempo, por complicada que ésta sea, se representa en el ámbito de sus

valores (espectro) de frecuencia. 21

Figura. 3.5.4.1. Señal analógica.

Es preciso indicar que la señal analógica, es un sistema de comunicaciones de las

mismas características, mantiene dicho carácter y deberá ser reflejo de la generada por



112

el usuario. Esta necesaria circunstancia obliga a la utilización de canales lineales, es decir

canales de comunicación que no introduzcan deformación en la señal original.

Las señales analógicas predominan en nuestro entorno (variaciones de temperatura,

presión, velocidad, distancia, sonido etc.) y son transformadas en señales eléctricas,

mediante el adecuado transductor, para su tratamiento electrónico.

La utilización de señales analógicas en comunicaciones todavía se mantiene en la

transmisión de radio y televisión tanto privada como comercial. Los parámetros que

definen un canal de comunicaciones analógicas son el ancho de banda (diferencia entre

la máxima y la mínima frecuencia a transmitir) y su potencia media y de cresta.

3.5.5 Señales digitales

Una señal digital es aquella que presenta una variación discontinua con el tiempo y que

sólo puede tomar ciertos valores discretos. Su forma característica es ampliamente

conocida: la señal básica es una onda cuadrada (pulsos) y las representaciones se

realizan en el dominio del tiempo.22

Sus parámetros son:

Altura de pulso (nivel eléctrico)

Duración (ancho de pulso)

Frecuencia de repetición (velocidad pulsos por segundo)

Las señales digitales no se producen en el mundo físico como tales, sino que son creadas

por el hombre y tiene una técnica particular de tratamiento, la señal básica es una onda

cuadrada.

Figura. 3.5.5.1. Señal digital.



113

3.5.6. Multiplexores

Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una salida de

datos, y están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una,

de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada a la

salida que es única.23

La cantidad de líneas de control que debe de tener el multiplexor depende del número de

canales de entrada. En este caso, se utiliza la siguiente fórmula: Número de canales de

entrada es 2𝑛, donde 𝑛 es el número de líneas de selección.

Figura.3.5.6.1. Multiplexor.

3.5.7. Circuitos de control manual

Registro de Desplazamiento Universal Se trata de un circuito integrado, que dispone de

un registro de desplazamiento, que permite carga serie, carga paralela, desplazamiento

a izquierda y a derecha, mediante el uso de unas señales de control. La figura muestra

un Registro de Desplazamiento Universal de 4 bits (74194).



114

Figura.3.5.7.1. Circuito integrado 74LS194.

Cabe hacer notar que cuando se selecciona la operación de desplazamiento a la derecha

el bit que se carga (entrada: DSR) queda registrado en la posición A (salida: QA),

mientras que, si seleccionamos la operación de desplazamiento a la izquierda, el bit que

se carga (entrada: DSL) queda registrado en la posición D (salida: QD).

Tabla 3.5.7.1. Modo de operación del Circuito Integrado 74194.

Modo de operación 𝑺𝟎 𝑺𝟏

Mantener 0 0

Desplazamiento Izq. 0 1

Desplazamiento Der. 1 0

Carga paralelo 1 1


115

Figura. 3.5.7.2. Circuito de recuperación del bit.

Al energizar los circuitos que conforman los sistemas automáticos se escribiré una

palabra bit con el arreglo de interruptores S1, la palabra bit se encuentra cargada con un

circuito RC al momento de encender todo el sistema, pero no es utilizada hasta el

momento de la descompostura del sistema automático de los motores. En el momento

cuando falla el microcontrolador para el control de los motores, el microcontrolador se

apaga, esta señal de estado bajo es enviada y utilizada a un multiplexor encargado de

seleccionar la señal de pulsos del circuito manual y no del microcontrolador para dar

sentido y movimiento a los motores a pasos.

En el momento de energizar el sistema los capacitores electrolíticos comienzan a

cargarse con el voltaje suministrado, durante el tiempo de carga los capacitores actúan

como una línea, el corto circuito (régimen transitorio) genera un estado bajo y al estar

conectados a los inversores se obtiene un estado alto, en la TABLA DE MODO DE

OPREACION se indica el que se cargara la palabra bit para ser usada manualmente.


116

Figura. 3.5.7.3. Circuitos RC encargados de cargar la palabra bit.

Cuando se conecta la alimentación en un circuito RC existe un período de tiempo durante

el cual se producen variaciones en las corrientes y tensiones. A este período se lo llama

régimen transitorio. Luego de un tiempo correspondiente a 5 constantes de tiempo, el

circuito adquiere sus características definitivas, período conocido como régimen estable.

Figura.3.5.7.4. Circuito RC.

Al cerrar el circuito, en un primer momento no hay cargas en las placas del capacitor. Las

primeras cargas se ubican en las placas con facilidad por lo que la corriente es máxima


117

(el capacitor funciona como un conductor). Por la misma razón no hay diferencia de

potencial entre los bornes del capacitor (como no la hay en un conductor).

Llega un momento que el capacitor casi del todo cargado y no hay prácticamente

corriente que circule a través del mismo, comportándose como un circuito abierto. Por lo

tanto, el voltaje entre las terminales del capacitor es la de la fuente de voltaje.

Constante de tiempo:

Se debe tomar en cuenta que los resistores de pull up para los circuitos integrados TTL

empleados en este proyecto son de 10KΩ se tiene lo siguiente.

𝜏 =𝑡

𝑅𝐶− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − (3.1)

𝑡

𝑅𝐶= 1

1𝑆𝑒𝑔 = 𝑅𝐶

𝐶 =1

10𝐾Ω= 100µ𝐹

Corriente en el circuito en función del tiempo:

𝑖(𝑡) =𝑉

𝑅𝑒

−𝑡𝑅𝐶 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − (3.2)

Tensión sobre el capacitor en función del tiempo:

𝑉(𝑡) = 𝑉𝑓 (1 − 𝑒−𝑡𝑅𝐶) − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(3.3)


118

a) b)

Figura. 3.5.7.5 a) Voltaje en el capacitor, b) Corriente en el capacitor.

Figura.3.5.7.6. Circuito para la selección manual para el giro de los motores.


119

a)

b)

c) d)

Figura.3.5.7.7a) Diseño inferior, b) diseño superior, c) mascara de componentes y d)

placa terminada.

Figura.3.5.7.8. multiplexor de dos señales de entrada y una señal de salida.


120

Figura.3.5.7.9. Multiplexores para cada terminal de motor a pasos.


121

a)

b)

c) d)

Figura.3.5.7.10. a) Diseño inferior, b) diseño superior, c) mascara de componentes y d)

placa terminada.

3.5.8. Control manual sin presentarse la falla en el microcontrolador

Al estar activado el control manual muestra la opción de generar un pulso a la placa del

multiplexor en el caso de ser utilizado por el usuario, activando esta modalidad por medio

de los push botón activando por medio de bits el puente H activando los motores en la

dirección deseada, en caso de no funcionar el micro-controlador o presentar alguna falla

también permite el uso de la modalidad manual, en caso de que se encuentre el día

nublado presenta diversas opciones como deshabilitar el puente H, en caso de estar

soleado envía un pulso al multiplexor, en caso de desear corregirlo por medio del

dispositivo bluetooth permite leer bits de dirección generados por el usuario, en caso de

no responder al dispositivo bluetooth, el sistema seguirá las lecturas de las

fotorresistencias para determinar el sentido de giro de los motores a paso.


122

Figura.3.5.8.1. Diagrama de flujo para el control de los motores para lo toldo.

3.5.9. Multiplexor para selección de señal de temperatura e iluminación

La selección de las señales que se requieren los circuitos generadores de la señal con

ancho de provienen del PID, Microcontrolador y de un potenciómetro accionado por el

usuario. El diseño del multiplexor para los sistemas de iluminación y temperatura es

diferente al multiplexor de los motores a pasos, se debe tener en cuenta que se están

registrando señales analógicas cuyo valor está dentro de los 0 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠 y 5 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠.


123

Figura.3.5.9.1. Diagrama de flujo del sistema de control de temperatura e iluminación.

De acuerdo a la hoja de especificaciones del circuito integrado 74LS04 se selecciona el

transistor 2N3906 TO92 a partir de las condiciones recomendadas para que conduzca la

señal deseada a la salida del circuito.

Figura.3.5.9.2. Especificaciones eléctricas del circuito 74LS04.

Figura.3.5.9.3. Especificaciones eléctricas del transistor 2N3905.


124

Figura. 3.5.9.4 Configuración transistor PNP.

Las fuentes de tensión están conectados a un transistor PNP son como se muestra. Esta

vez, el emisor está conectado a la tensión de alimentación con la resistencia de carga,

𝑅𝐿 que limita la máxima corriente que fluye a través del dispositivo conectado a la terminal

del colector. Para hacer que la corriente de base fluya en un transistor PNP Base necesita

ser más negativo que el emisor. La tensión de base 𝑉𝐵 que es empujado negativa con

respecto al emisor y se conecta a la resistencia de base 𝑅𝐵, que a su vez se utiliza para

limitar la corriente de base.

Para obtener el valor del resistor de base

𝑅𝐵 =𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸

𝐼𝐵− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − (3.4)

𝑅𝐵 =5𝑉 − 0.95𝑉

5𝑚𝐴= 810Ω

Se debe de elegir el valor de resistor que más se ajuste a los valores del fabricante del

transistor y del circuito 74LS04.


125

𝐼𝐵 =𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅𝐵− − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(3.5)

𝐼𝐵 =5𝑉 − 0.95𝑉

680Ω= 5.95𝑚𝐴

Se selecciona la resistencia que no sobrepase los valores de corriente recomendados

por el fabricante.

𝐼𝐵 =5𝑉 − 0.95𝑉

820Ω= 4.93𝑚𝐴

Para indicar que los sistemas están funcionando se conecta un transistor NPN matricula

2N3904, para proporcionar la corriente necesaria del LED que muestran que los sistemas

están funcionando. Cabe mencionar que si el sistema está trabajando de forma

automática el brillo de los LED cambiará contantemente, de una forma manual el brillo se

mantendrá fijo hasta un ajuste por el usuario.

El colector está conectado a la tensión de alimentación a través de la resistencia de carga,

𝑅𝐿 que también actúa para limitar la corriente máxima que fluye a través del dispositivo.

El voltaje de base 𝑉𝐵 está conectado a la resistencia de base 𝑅𝐵 , que a su vez se utiliza

para limitar la corriente de base.

Figura. 3.5.9.5 Transistor NPN.


126

Se obtiene el valor de resistencia de colector.

𝑅𝐶 =𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐶𝐸 − 𝑉𝐿𝐸𝐷

𝐼𝐶− − − − − − − − − − − − − − − −(3.6)

𝑅𝐶 =5𝑉 − 0.4𝑉 − 2.5𝑉

20𝑚𝐴= 100Ω

Para obtener el valor del resistor de base

𝑅𝐵 =𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸

𝐼𝐵− − − − − − − − − − − − − − − − − −(3.7)

𝑅𝐵 =5𝑉 − 0.95𝑉

5𝑚𝐴= 810Ω

𝐼𝐵 =𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅𝐵− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −(3.8)

𝐼𝐵 =5𝑉 − 0.95𝑉

680Ω= 5.95𝑚𝐴

Se selecciona la resistencia que no sobrepase los valores de corriente recomendados

por el fabricante.

𝐼𝐵 =5𝑉 − 0.95𝑉

820Ω= 4.93𝑚𝐴


127

Figura. 3.5.9.6 Multiplexor para selección de señal automática o manual.

Este circuito recibe 3 tipos de señales las cuales son; control por PID, control de usuario

por Bluetooth y un control manual, como se puede ver en el circuito el sistema de

iluminación es censado por foto resistencias y a base de la señal de referencia por el PID,

y por medio de los transistores PNP los cuales tienen una alimentación negativa o 0

activando su función al recibir 0.5 Amp y gracias al inversor q entrega 0.8 Amp cumple

su función haciendo que estos se activen y permitan el control adecuado del sistema,

también se puede ver que en caso de desear regular manualmente tenemos colocado un

potenciómetro que nos permite regular las intensidades de iluminación y temperatura a

lo que desee el usuario, y podemos ver la señal de entrada manual del usuario por medio

de bluetooth el cual será recibido por la señal del dispositivo móvil.

El circuito mostrado en la Figura 3.5.9.6 se muestra el comportamiento que tendrá el

sistema en la recepción de 3 tipos de controles como son:

Automático- Controlado por el sistema PID el cual regulará la intensidad de luz a

base de una referencia y dependiendo de la luz en la habitación, el controlador

ajustara el nivel de iluminación.

Manual por Bluetooth- Este sistema da la opción de controlar o varias la intensidad

de iluminación a las condiciones deseadas por el usuario desde el dispositivo móvil


128

vinculado dándole la prioridad al usuario aun cuando este activo el sistema

automático por PID.

Manual- Este sistema es pensado en el caso de que ocurra alguna falla permita al

usuario poder regular y variar la intensidad de luz, la temperatura deseada y poder

controlar las persianas de su hogar de una forma manual, dando la opción de que

por robo, extravió del dispositivo o alguna falla del sistema, el usuario siga teniendo

el control total de sus sistemas del hogar.

a)

b)

c)

Figura.3.5.9.7. a) Diseño inferior, b) Mascara de componentes y c) Placa terminada.


129

CAPITULO IV

MONTAJE


130

4.1 Diseño de la maqueta

Para poder demostrar el correcto funcionamiento de los dispositivos desarrollados para

los servicios en domótica, necesitaremos realizar una maqueta con la cual demostremos

las condiciones a las cuales pueden ser aplicados los servicios y el funcionamiento

correcto de los mismos, por lo cual nos apoyaremos en madera mdf (Figura 4.1.1), para

la construcción de una maqueta a escalas y dimensiones necesarias para la correcta

aplicación de los servicios.

Figura 4.1.1 Madera MDF

Para una correcta aplicación de los servicios realizados en domótica, control y regulación

de iluminación, manejo y control de una persiana de toldo, y en el caso de la regulación

de temperatura por medio de un piso térmico, usaremos unas dimensiones de 60 cm de

largo, 50 cm de ancho y 50 cm de alto, (Figura 4.1.2).

Figura 4.1.2. Construcción de Las Dimensiones de la casa.


131

Con una ventana a un costado para poder demostrar el funcionamiento de la persiana de

toldo al recibir luz o encontrarse en un estado con poca luz.

El Techo de la casa será cortado para cumplir con dimensiones de 60 cm por 60 cm para

lograr simular la sombra que se recibe a diario en un hogar debido a la rotación de la

tierra y la producción de sombra dentro de cualquier hogar, con un decorado con la

finalidad de simular un techo como se muestra en la mayoría de cualquier casa

tradicional, (figura 4.1.3).

Figura 4.1.3 Diseño del techo de la maqueta

La cual al colocarla sobre la casa cumplirá con la producción de sombra deseada dentro

del hogar y así poder emplear el sistema de regulación de luz y el manejo de la persiana

de toldo, (Figura 4.1.4).

Figura 4.1.4 Colocación del techo para generar sombreado interno.


132

Como se muestra en la (Figura 4.1.5), colocamos una ventana en uno de los costados

de la maqueta con la finalidad de colocar una persiana de toldo la cual será manipulada

por el circuito de la persiana.

Figura 4.1.5 Ventana para persiana de toldo

El objetivo será la colocación de la persiana de toldo regulada por el motor a pasos y la

foto resistencia como se muestra en la (Figura 4.1.6).

Figura 4.1.6 Motor para la Persiana del Toldo


133

La finalidad de la altura de esta maqueta es para poder colocar un suelo térmico regulable

el cual se colocaría dentro de la maqueta como se muestra en la (Figura 4.1.7 a y b), y

así lograr por medio de la regulación de un suelo térmico la temperatura deseada dentro

de un hogar.

a) b)

Figura 4.1.7 a) Suelo de la maqueta y b) resistencia térmica para el suelo.

Debajo de la maqueta será colocado un espacio especialmente para introducir solo las

tarjetas de los circuitos, realizados para los diversos controles de cada servicio dentro de

hogar los respectivos transformadores como se muestra en la (Figura 4.1.8).

Figura 4.1.8 Torres de los circuitos y transformadores.

Los componentes y las tarjetas diseñadas para el control de los sistemas en el proyecto

se encontrarán colocados por debajo de la maqueta con el fin de poder observar en todo


134

momento los componentes implementados para este proyecto tal y como se muestra en

la Figura 4.1.9 Tarjetas Electrónicas Utilizadas en el sistema de Domótica.

4.1.9 Figura Tarjetas Electrónicas Utilizadas en el sistema de Domótica.

También podemos observar el sistema de tablero de control el cual le permitirá al usuario

intercambiar de un modo a otro pasado así del sistema Automático al Manual y como se

muestra en a Figura 4.1.10. Tablero de Control del Sistema Automático, Semiautomático

y Manual,


135

Figura 4.1.10. Tablero de Control del Sistema Automático, Semiautomático y Manual.

4.2 Elementos a considerar durante la aplicación de los componentes

4.2.1. Puntos a considerar en la implementación de las persianas

El circuito que controla el desplazamiento de las persianas necesita de la radiación

luminosa proveniente del Sol para orientar el sentido de giro de los motores a pasos. La

problemática es cuando las fotorresistencias no encuentran la radiación luminosa del Sol,

es decir, esta nublado o es de noche, por eso se lleva a cabo un circuito que con una

fotorresistencia que detecta si se necita activas el sistema de persianas o no de acuerdo

a la cantidad de iluminación natural.

El circuito se basa en un Schmitt Trigger. El Schmitt Trigger es un tipo de comparador

con dos niveles de tensión de umbral diferentes. Siempre que la tensión de entrada alto

de alto nivel de umbral, la salida del comparador se conecta ALTO) o BAJO. La salida

permanecerá en este estado, siempre y cuando la tensión de entrada está por encima

del segundo nivel de umbral, el bajo nivel de umbral. Cuando la tensión de entrada cae

por debajo de este nivel, la salida del disparador Schmitt se conmuta.24



136

Figura. 4.2.1. Disparador Schmitt Trigger.

Cuando la entrada no inversora (+) es más alta que la entrada inversora (-), los

interruptores de salida del comparador a la alimentación positiva. Por el contrario, la

entrada no inversora (+) es más bajo que la entrada inversora (-), los interruptores de

salida a la alimentación negativa.

La entrada inversora está conectada a tierra, por lo que alguien podría esperar que el

encendido y el punto de partida sería la tierra. La función del disparador proviene de la

resistencia de realimentación 𝑅𝐹𝐵.

En lugar de una forma de onda, la entrada a la 741 viene de un divisor de tensión,

realizado por una LDR y un potenciómetro 𝑅3. Este potenciómetro finalmente ajustar la

sensibilidad del circuito.


137

Figura.4.2.2 Diagrama Eléctrico del detector de Iluminación.

El circuito tiene una histéresis que se puede ajustar cambiando R4. Esta histéresis

funciona de la siguiente manera: La salida mostrara un estado ALTO a una cantidad

específica de luz incide sobre LDR: La salida mostrara un estado BAJO cuando la

luminosidad está por debajo de esta cantidad. Cuando la cantidad de luz comienza a

aumentar de nuevo y pasa por encima de este punto específico de acurdo a la siguiente

TABLA.

Tabla.4.2.1 Voltaje dependiendo la iluminación natural.

Caso Voltaje de salida

Soleado 2Volts

Nublado 3.5Volts

Noche 4.6Volts


138

4.2.2 Programación

Se agregan una variable “nublado” y unas líneas en las sentencias al código fuente

encargado de movilizar los motores a pasos, para que las persianas se muevan

solamente durante la iluminación proveniente del Sol, nublado=0.

Figura.4.2.2.1 Parte de la programación para el estado nublado.

a)


139

b)

c)

Figura.4.2.2.2 Diseño del Circuito para saber si esta nublado.


140

4.2.3. Programa completo de la aplicación para teléfonos Android

La aplicación se vuelve una interfaz entre el usuario y el sistema electrónico (Figura

4.2.3.1). Esta interfaz puede ser desde simples interruptores una sofisticada computadora

y sensores especializados. Las interfaces pueden ser de monitoreo, de control o para

almacenar los datos dependiendo de la tarea para la cual el sistema este diseñado.

Debido a la complejidad de las tareas que realiza una interfaz es común utilizar un

sistema informático como plataforma y la mayoría de las veces tanto el hardware como

el software son sistemas hechos a medida.

Figura.4.2.3.1. Interfaz de la aplicación Android terminada.

La Interfaz de Programación de Aplicaciones o API es el conjunto de funciones y

procedimientos que ofrece cierta biblioteca para ser utilizado por otro software como una

capa de abstracción; bloque utilizados como código fuente mostrado en la Figura 4.2.3.2.

Una fuente de código basado en la especificación destinada a ser utilizada como una

interfaz de componentes de software para comunicarse entre sí. Una API puede incluir

especificaciones para las rutinas y estructuras de datos, las clases de objetos y variables.


141

Figura.4.2.3.2. Código de la interfaz de la aplicación Android terminada.

En esta parte del código formado por los bloques se establecen dos relojes, el primero

de ellos recibe la lectura a través del módulo bluetooth, siempre y cuando esté conectado.

Durante la recepción de datos la aplicación separa los caracteres por la “coma” escrita

en el código fuente del ATmega328P, y los muestra en sus lugares correspondientes. El

segundo reloj borra el dato recibido para que los valores mostrados en pantalla no se

sobrescriban.


142

Figura.4.2.3.3. Código de la interfaz de la aplicación Android, lectura de sensores.

4.2.4. Consideración para el movimiento del toldo

En la figura se encuentran las variables que corresponden a los sensores que detectan

la posición del toldo, para poner un límite de 90° en su rotación.

Figura.4.2.4.1. Variables para los interruptores limitadores del movimiento del toldo.

En el caso de que el todo presenta una rotación hacia arriba o hacia abajo sin importar

que la señal de movimiento provenga de un modo manual con pulsadores, de un modo

semiautomático con señales provenientes del móvil del usuario o de un modo

completamente automático. En el caso que el interruptor de límite superior o inferior este

presionado, enviando un “0” al microcontrolador y al circuito que genera pulsos de

dirección de los motores, este “0” indica que el toldo llego a su límite, en este caso no se

envían los pulsos de direcciones.


143

Figura.4.2.3.2. Condición de límite superior.

Figura. 4.2.3.3. Condición de límite inferior.


144

CONCLUSIÓN


145

Este proyecto está diseñado con el objetivo de llevar acabo un sistema de Domótica que

brinde la capacidad de enlazar, coordinar diferentes sensores y actuadores que permitan

al usuario controlar, manejar, regular, y gestionar el funcionamiento de los sistemas a su

comodidad por medio de una interface de control tan común como un dispositivo celular

el cual le brinda la oportunidad de regular y controlar los tres tipos de sistemas

implementados en este proyecto permitiéndole también la oportunidad de controlarlos vía

remota y vía manual de así desearlo.

Esto es posible gracias a la implementación de diversos sistemas, pero uno de ellos y

muy importante es la utilización del PIC ATMEGA32 ya que permite la programación de

los sistemas regulables de iluminación y temperatura, mediante una tarjeta previamente

diseñada donde se coloca el PIC ATMEGA32 nombrado como PIC MAESTRO y recibe

las señales provenientes del dispositivo remoto vía bluetooth permitiendo el control de

los sistemas y a su vez brinda la posibilidad de tener enlazado más de un dispositivo,

para permitir la comodidad de los usuarios.

Gracias al diseño de interfaces de control brinda la seguridad de que en dado caso que

el sistema automático o el sistema de comunicación por vía remota se vean afectados

brinde al usuario la posibilidad de seguir controlando los sistemas de forma manual.

La implementación de estos sistemas está considerada para ofrecer diversos métodos

de comodidad y seguridad, gracias al control PID (controlador Proporcional Integral

Derivativo), que brinda un margen de referencia a condiciones adecuadas para cada

sistema, pero de ser necesario tiene la capacidad de regular automáticamente sus

intensidades de iluminación, temperatura e iluminación solar, y brinda la oportunidad al

usuario de poder regular estas condiciones a su comodidad, y de igual manera está

pensada en el caso del extravío, hurto, u olvido de dispositivo controlador, permite enlazar

otro dispositivo y brindarle en control de la regulación de los sistemas, haciendo que los

usuarios de este hogar no se vean afectados de ninguna forma.


146

REFERENCIAS

BIBLIOGRAFICAS


147

Referencias

1. Empresa Hometek. Disponible en:

http://www.grupohometek.com/productos_domotica.html. [Acceso el día 10 de

noviembre del 2015].

2. Empresa Smartthings. Disponible en: https://www.smartthings.com/products/hub.

[Acceso el día 10 de noviembre del 2015].

3. Empresa INSTEON. Disponible en: http://www.insteon.mx/productos/. [Acceso el

día 12 de noviembre del 2015].

4. Empresa Z-WARE. Disponible en: http://www.z-wave.com/products. [Acceso el

día 12 de noviembre del 2015].

5. Placa Arduino. Disponible en https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno.

[Acceso el día 20 de noviembre del 2015].

6. Iluminación de espacios interiores. Disponible en

http://www.erco.com/projects/type-of-lighting/accentuation-5803/es/.

7. Víctor García Márquez, Juan Francisco Gonzáles, Joaquín Gonzáles. Eficiencia

en las instalaciones de iluminación interior y alumbrado exterior, IC editorial.

Capítulo 1 subtema 6.

8. Antonio Jesús Mendoza, Montaje de elementos y equipos de instalaciones

eléctricas de baja tensión en edificios, IC editorial. Capítulo 3.

9. Víctor García Márquez, Juan Francisco Gonzáles, Joaquín Gonzáles. Eficiencia

en las instalaciones de iluminación interior y alumbrado exterior, IC editorial.

Capítulo 1 subtema 7.

10. Historia de las ventanas y persianas. Disponible en

http://lasventanasdecasa.blogspot.mx/p/historia.html. [Acceso el día 15 de enero

del 2016].

11. Técnicas para filtrar la luz natural. Disponible en

http://www.casasrestauradas.com/estrategias-de-iluminacion-natural-ii-las-

ventanas/. [Acceso el día 20 de enero del 2016].

12. E-ficiencia Domestica. Disponible en http://e-ficiencia.com/resistencia-o-

resistencia-equivalente-en-planchas-de-suelo-radiante/. [Acceso el día 20 de

enero del 2016].

http://www.grupohometek.com/productos_domotica.html

https://www.smartthings.com/products/hub

http://www.insteon.mx/productos/

http://www.z-wave.com/products

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno

http://www.erco.com/projects/type-of-lighting/accentuation-5803/es/

http://lasventanasdecasa.blogspot.mx/p/historia.html

http://www.casasrestauradas.com/estrategias-de-iluminacion-natural-ii-las-ventanas/

http://www.casasrestauradas.com/estrategias-de-iluminacion-natural-ii-las-ventanas/

http://e-ficiencia.com/resistencia-o-resistencia-equivalente-en-planchas-de-suelo-radiante/

http://e-ficiencia.com/resistencia-o-resistencia-equivalente-en-planchas-de-suelo-radiante/


148

13. REHAU. Disponible en https://www.rehau.com/es-es/construccion/calefaccion-y-

refrescamiento. [Acceso el día 20 de enero del 2016].

14. Solemx. Disponible en

http://www.calefacciones.mx/hidronica/?gclid=CPnRnri1kssCFQktaQodBzQO2A.

[Acceso el día 20 de enero del 2016].

15. Motores a pasos Adolf Senner (1994), Principios de electrotecnia,

REVERTÉ,S.A., Barcelona, p. 228.

16. Descripción de la aplicación web Appinventor. Disponible en

http://appinventor.mit.edu/explore/about-us.html. [Acceso los días 14 de febrero,

5 de marzo y 15 de marzo del 2016].

17. Alka Kalra (2010). Architecture and programing of microcontroller.Laxmi

Publications, p. 242.

18. Definición de sistema manual. Disponible en http://alejandro-

electronicabasica.blogspot.mx/2009/09/indice-introduccion_15.html. [Acceso el

20 abril del 2016].

19. Definición de sistema semiautomático. Disponible en http://alejandro-


20 abril del 2016].

20. Definición de sistema automático. Disponible en http://alejandro-


20 abril del 2016].

21. Definición de Señal Analógica. V. Oppenheim, Alan (1998). Señales y Sistemas.

Pearson. pp. 11-12.

22. Definición de Señal digital. Proakis, John G.; Manolakis, Dimitris G. (2007-01-01).

Digital Signal Processing. Pearson Prentice Hall.

23. Tocci, Widmer (2001). Sistemas Digitales, principios y aplicaciones. Pearson

Prentice Hall, p.525.

24. Albert Paul Malvino (1991). Principios de electrónica, McGraw Hill, p. 808.

https://www.rehau.com/es-es/construccion/calefaccion-y-refrescamiento


http://www.calefacciones.mx/hidronica/?gclid=CPnRnri1kssCFQktaQodBzQO2A

http://appinventor.mit.edu/explore/about-us.html

http://alejandro-electronicabasica.blogspot.mx/2009/09/indice-introduccion_15.html







149

Imágenes

http://www.ecured.cu/index.php/Dom%C3%B3tica

http://www.grupohometek.com/somos/somos.html

http://www.erco.com/guide/designing-with-light/lighting-interior-spaces-1848/es/

http://2.bp.blogspot.com/_7mD_min4IrU/TLRrFD9ukPI/AAAAAAAAAlw/PMNoZxmeGL0/

s1600/ventana46.jpg

http://static.imujer.com/sites/default/files/styles/primera/public/hogartotal/consejos-para-

cambiar-las-ventanas-de-la-casa-2.jpg?itok=jmUcIUQv

http://www.sitiosolar.com/wp-content/uploads/2014/01/INVIERNO-HEMISFERIO-

NORTEreducida.jpg

LDR Fotorresistencia

https://www.google.com.mx/search?q=fotoresistencias&espv=2&biw=1280&bih=647&tb

m=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwixhv--

gJfMAhVGnIMKHbiaADEQ7AkIMg&dpr=1.5#imgdii=SlYd39v9YVTsIM%3A%3BSlYd39v

9YVTsIM%3A%3BVC34jodGL6oFTM%3A&imgrc=SlYd39v9YVTsIM%3A

Termistor

http://ayudaelectronica.com/que-es-un-termistor/

Sistema de Persiana de Toldo

http://salvador.maciashernandez.com/Escolares/TVyS/DriverMotorPasos/ControlMotorP

asos.html

http://robots-argentina.com.ar/MotorPP_basico.htm

http://diymakers.es/mover-motores-paso-paso-con-arduino/

http://i214.photobucket.com/albums/cc213/OptimusTronic/picaxe/image001-1.png


http://www.ecured.cu/index.php/Dom%C3%B3tica

http://www.grupohometek.com/somos/somos.html

http://www.erco.com/guide/designing-with-light/lighting-interior-spaces-1848/es/

http://2.bp.blogspot.com/_7mD_min4IrU/TLRrFD9ukPI/AAAAAAAAAlw/PMNoZxmeGL0/s1600/ventana46.jpg

http://2.bp.blogspot.com/_7mD_min4IrU/TLRrFD9ukPI/AAAAAAAAAlw/PMNoZxmeGL0/s1600/ventana46.jpg

http://static.imujer.com/sites/default/files/styles/primera/public/hogartotal/consejos-para-cambiar-las-ventanas-de-la-casa-2.jpg?itok=jmUcIUQv

http://static.imujer.com/sites/default/files/styles/primera/public/hogartotal/consejos-para-cambiar-las-ventanas-de-la-casa-2.jpg?itok=jmUcIUQv

http://www.sitiosolar.com/wp-content/uploads/2014/01/INVIERNO-HEMISFERIO-NORTEreducida.jpg

http://www.sitiosolar.com/wp-content/uploads/2014/01/INVIERNO-HEMISFERIO-NORTEreducida.jpg

https://www.google.com.mx/search?q=fotoresistencias&espv=2&biw=1280&bih=647&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwixhv--gJfMAhVGnIMKHbiaADEQ7AkIMg&dpr=1.5#imgdii=SlYd39v9YVTsIM%3A%3BSlYd39v9YVTsIM%3A%3BVC34jodGL6oFTM%3A&imgrc=SlYd39v9YVTsIM%3A




http://ayudaelectronica.com/que-es-un-termistor/

http://salvador.maciashernandez.com/Escolares/TVyS/DriverMotorPasos/ControlMotorPasos.html

http://salvador.maciashernandez.com/Escolares/TVyS/DriverMotorPasos/ControlMotorPasos.html

http://robots-argentina.com.ar/MotorPP_basico.htm

http://diymakers.es/mover-motores-paso-paso-con-arduino/




150

Suelo Radiante

http://e-ficiencia.com/wp-

content/uploads/2015/03/Instalacion_suelo_radiante_vivienda_860-D781.jpg

http://e-ficiencia.com/wp-content/uploads/2015/03/Esquema-Rehau.png



Norma vigente UNE 1264 para suelo radiante

http://catalogosaire.splitmania.com/SPLITMANIA/2014/SPLITMANIA_CALEFACCION_2

014/index.html#66/z

Imágenes de placas multiplexores de señales de temperatura e iluminación

http://www.angelfire.com/al2/Comunicaciones/Laboratorio/Image742.gif

http://www.tuelectronica.es/images/tutoriales/telecomunicaciones/digitalanalogica/analo

gica.jpg

http://www.tuelectronica.es/images/tutoriales/telecomunicaciones/digitalanalogica/digital

.jpg

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran15.gif?81223b


http://e-ficiencia.com/wp-content/uploads/2015/03/Instalacion_suelo_radiante_vivienda_860-D781.jpg

http://e-ficiencia.com/wp-content/uploads/2015/03/Instalacion_suelo_radiante_vivienda_860-D781.jpg

http://e-ficiencia.com/wp-content/uploads/2015/03/Esquema-Rehau.png



http://catalogosaire.splitmania.com/SPLITMANIA/2014/SPLITMANIA_CALEFACCION_2014/index.html#66/z

http://catalogosaire.splitmania.com/SPLITMANIA/2014/SPLITMANIA_CALEFACCION_2014/index.html#66/z

http://www.angelfire.com/al2/Comunicaciones/Laboratorio/Image742.gif

http://www.tuelectronica.es/images/tutoriales/telecomunicaciones/digitalanalogica/analogica.jpg

http://www.tuelectronica.es/images/tutoriales/telecomunicaciones/digitalanalogica/analogica.jpg

http://www.tuelectronica.es/images/tutoriales/telecomunicaciones/digitalanalogica/digital.jpg

http://www.tuelectronica.es/images/tutoriales/telecomunicaciones/digitalanalogica/digital.jpg




151

GLOSARIO


152

Actuador: Dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para

mover o “actuar” otro dispositivo mecánico.

Alero: Parte inferior del tejado, que sobresale de la pared y sirve para desviar de ella el

agua de lluvia.

Alumbrado: A través de la palabra alumbrado podremos referir a la serie de luces o al

sistema especialmente destinado para aportarle iluminación a un espacio.

Amplificador de error: Multiplica el voltaje de entrada en un circuito electrónico para

facilitar la medición a la salida del circuito.

Amplificador operacional: Es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene

capacidad de manejo de señales eléctricas.

analogeRead(): Lee el valor de tensión en volts del pin analógico especificado (0 a 5).

analogeWrite(): Escribe un valor (entre 0 y 255) pseudo-analógico (PWM) en el pin digital

especificado.

Appinventor: Es una plataforma de Google Labs para crear aplicaciones de software para

el sistema operativo Android.

Arduino UNO: Arduino Uno es una placa electrónica basada en el microcontrolador

ATMEGA328.

ATMEGA328: es un chip microcontrolador creado por Atmel y pertenece a la serie

megaAVR.

Bobinas eléctricas: Es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al

fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.

Bluetooth: Bluetooth es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área

Personal (WPAN) que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos

mediante un enlace por radiofrecuencia de los 2,4 GHz.

Bootloader: Traducido generalmente como gestor de inicio o de arranque, o cargador de

inicio, es un programa que se encarga de dejar todo listo para que comience la ejecución

del sistema operativo.

Circuito electrónico: es una red electrónica (fuentes, interruptores y semiconductores) que

contiene al menos una trayectoria cerrada. Un circuito lineal, que consiste de fuentes,

componentes lineales (resistores, condensadores, inductores) y elementos de

distribución lineales (líneas de transmisión o cables), tiene la propiedad de la súper lineal.


153

Circuito RC: Un circuito RC es un circuito compuesto de resistencias y condensadores

alimentados por una fuente eléctrica. Un circuito RC de primer orden está compuesto de

un resistor y un condensador y es la forma más simple de un circuito RC.

Circuito integrado: s una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor,

normalmente silicio, de algunos milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que

se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está

protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica.

Circuito integrado 74LS04: Es la versión más común de este circuito integrado en

configuración de baja velocidad. LS viene del inglés “Low speed” baja velocidad y es

suficiente para la mayoría de los diseños.

Circuito integrado 74LS08: Es una compuerta lógica AND basada en tecnología TTL,

acrónimo Inglés de Transistor-Transistor Logic o "Lógica Transistor a Transistor". Esta

compuerta tiene muchas aplicaciones en la electrónica digital, dentro de las cuales

podemos encontrar decodificadores, sistemas pasa mensajes, relojes digitales, etc.

Circuito integrado 74LS32: Es una compuerta lógica OR basada en tecnología TTL,

acrónimo Inglés de Transistor-Transistor Logic o "Lógica Transistor a Transistor". Esta

compuerta tiene muchas aplicaciones en la electrónica digital, dentro de las cuales

podemos encontrar decodificadores, sistemas pasa mensajes, relojes digitales, etc.

Circuito integrado 74LS194: Se trata de un circuito integrado, que dispone de un registro

de desplazamiento, que permite carga serie, carga paralela, desplazamiento a izquierda

y a derecha, mediante el uso de unas señales de control.

Comparador eléctrico: Un comparador es un circuito electrónico, ya sea analógico o

digital, capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida en función de cuál es

mayor.

Constante derivativa: La acción derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor

absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e

integral).

Constante integrativa: El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y

eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control

integral actúa cuando hay una desviación entre la variable y el punto de consigna,

integrando esta desviación en el tiempo y sumándola a la acción proporcional.

Constante proporcional: La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de

error y la constante proporcional para lograr que el error en estado estacionario se

aproxime a cero, pero en la mayoría de los casos, estos valores solo serán óptimos en


154

una determinada porción del rango total de control, siendo distintos los valores óptimos

para cada porción del rango.

Control de fase: Lo electrónica de potencia combina la energía, la electrónica y el control,

el control se encarga del régimen permanente y de las características dinámicas de los

sistemas de lazo cerrado. La energía tiene que ver con equipo de potencia estática y

rotativa o giratoria, para la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica.

La electrónica se encarga de los dispositivos y circuitos de estado sólido requeridos el

procesamiento de la señales para cumplir con los objetivos de control deseados.

Control automático: El control automático es el mantenimiento de un valor deseado dentro

de una cantidad o condición , midiendo el valor existente , comparándolo con el valor

deseado , y utilizando la diferencia para proceder a reducirla . En consecuencia, el control

automático exige un lazo cerrado de acción y reacción que funcione sin intervención

humana.

Control manual: Existe la presencia y la intervención de una persona en la acción de

controlar y regular el comportamiento del sistema.

Control semiautomático: El control semiautomático se usa principalmente para facilitar

las maniobras de mano y control en aquellas instalaciones donde el control manual no es

posible.

Controlador electrónico: Un sistema de control es un conjunto de dispositivos encargados

de administrar, ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de

reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados. Por lo general, se

usan sistemas de control industrial en procesos de producción industriales para controlar

equipos o máquinas.

Controlador PID: Un controlador PID es un mecanismo de control por realimentación

ampliamente usado en sistemas de control industrial. Este calcula la desviación o error

entre un valor medido y un valor deseado.

Deslumbramiento visual: Pérdida momentánea de la visión producida por una luz o un

resplandor muy intensos.

digitalRead(): Lee el valor del pin digital especificado. Devuelve o HIGH o LOW.

digitalWrite():Escribe un valor HIGH o LOW en el pin digital especificado

Diodo: Dispositivo electrónico de dos electrodos por el que circula la corriente en un solo

sentido.


155

Domótica: La domótica es el conjunto de tecnologías aplicadas al control y la

automatización inteligente de la vivienda, que permite una gestión eficiente del uso de la

energía, que aporta seguridad y confort, además de comunicación entre el usuario y el

sistema.

Generador de onda cuadrada: Este circuito es conocido como Circuito Oscilador de

Relajación y es un Generador de Onda Cuadrada. En este circuito, cuando la tensión en

el condensador alcanza cada umbral, V- o V+, la fuente de carga cambia su valor de la

fuente de alimentación positiva, VDD, a la fuente de alimentación negativa, VSS, o

viceversa.

Generador de onda triangular: La integral de una onda cuadrada es una onda triangular.

Aplicando este principio, es posible construir un generador de onda triangular. El circuito

está compuesto de dos amplificadores operacionales: el primero trabaja como un

comparador con histéresis externa (disparador Schmitt) y el otro compone el circuito

integrador.

Hardware: Conjunto de elementos físicos o materiales que constituyen una computadora

o un sistema informático.

Habitáculo: Lugar limitado y cerrado que está destinado a ser habitado.

Histéresis: Se denomina histéresis a la separación entre los tramos verticales de la

gráfica.

Iluminación: se refiere al conjunto de dispositivos que se instalan para producir ciertos

efectos luminosos, tanto prácticos como decorativos.

Interruptor: Dispositivo para abrir o cerrar el paso de corriente eléctrica en un circuito.

LED: El LED es un diodo especial, que trabaja como un diodo común, pero que emite luz.

Lógica combinacional: Se denomina sistema combinacional o lógica combinacional a

todo sistema digital en el que sus salidas son función exclusiva del valor de sus entradas

en un momento dado, sin que intervengan en ningún caso estados anteriores de las

entradas o de las salidas.

Luminarias: Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexión a la red

eléctrica a las lámparas. Como esto no basta para que cumplan eficientemente su

función, es necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y

eléctricas entre otras.


156

Microcontrolador: Un microcontrolador es un circuito integrado que en su interior contiene

una unidad central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM),

puertos de entrada y salida y periféricos. Estas partes están interconectadas dentro del

microcontrolador, y en conjunto forman lo que se le conoce como microcomputadora. Se

puede decir con toda propiedad que un microcontrolador es una microcomputadora

completa encapsulada en un circuito integrado.

Motor eléctrico: El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en

energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus

bobinas.

Motor a pasos: El motor a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie

de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es

capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control.

MOC: Un MOC es un opto-acoplador. Dentro de su encapsulado tiene un led infrarrojo y

un fototransistor, la finalidad de esto es aislar el circuito de control voltaje de la carga.

Multiplexor: Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una

única salida de datos. Están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una,

y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada

seleccionada hacia dicha salida.

Optoacoplador: Un opto-acoplador, también llamado optoaislador o aislador acoplado

ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor

activado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente opto-

electrónico.

Programación: Es el proceso de diseñar, codificar, depurar y mantener el código fuente

de programas computacionales

pinMode():El método pinMode() asigna pin digital I/O especificado como entrada o salida.

Persiana: Estructura formada por láminas finas y estrechas engarzadas unas con otras,

arrollables o extensibles, que se coloca en el hueco de ventanas, balcones o puertas

exteriores, se puede bajar, subir o enrollar y sirve para regular el paso de la luz.

PWM: La modulación por ancho de pulsos (también conocida como PWM, siglas en inglés

de pulse-width modulation) de una señal o fuente de energía, es una técnica en la que se

modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal, por ejemplo), ya sea

para transmitir información a través de un canal de comunicaciones, o para controlar la

energía que se envía a una carga.


157

Sensor: Un sensor es un objeto capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,

llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las

variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: intensidad lumínica, temperatura,

distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza, torsión, humedad,

movimiento, pH, etc.

Señal alterna: Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud

y el sentido varían cíclicamente.

Señal continúa: Una señal continúa o señal en el tiempo-continuo es una señal que puede

expresarse como una función cuyo dominio se encuentra en el conjunto de los números

reales, y normalmente es el tiempo.

Sistema operativo Android: Android es un sistema operativo orientado a dispositivos

móviles, basado en una versión modificada del núcleo Linux. Inicialmente fue

desarrollado por Android Inc., una pequeña empresa, que posteriormente fue comprada

por Google; en la actualidad lo desarrollan los miembros de la Open Handset Alliance

(liderada por Google).

Suelo térmico radiante: Se denomina suelo radiante, paramento radiante o losa radiante

al sistema de calefacción que emplea uno de los paramentos de un local como emisor de

calor. El emisor puede ser cualquiera de los paramentos de los locales a calefactar (suelo,

paredes o techo), pero lo más corriente es emplear el suelo.

TRIAC: Es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con

un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De

forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la

corriente alterna.


158

INVERSIÓN ESTIMADA DEL PROYECTO


159

En las siguientes tablas se muestran los posibles costos para los componentes eléctricos

tomando en cuenta que este costo es considerado en Pesos (Moneda Nacional), pero

puede ser encontrado evaluado en dólares.

Tabla 5.1. Estimado del costo de los componentes para proyecto de Domótica.

Unidades de procesamiento

Nombre Encapsulado Precio unitario Cantidad Precio unitario total

PIC ATMEGA328P DIL28-3 $ 70 2 $ 140

Módulo HC-05 $ 120 1 $ 120

PIC 12F675P DIL8 $ 80 1 $ 80

Total: $ 340

RESISTORES

Valor Potencia Precio unitario Cantidad Precio unitario total

100Ω 5 Watts $ 1.98 1 $ 1.98

180Ω 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

330Ω 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

470Ω 250 mWatts $ 0.14 2 $ 0.28

820Ω 250 mWatts $ 0.14 9 $ 1.26

1KΩ 250 mWatts $ 0.14 5 $ 0.7

1K2Ω 250 mWatts $ 0.14 5 $ 0.7

1K5Ω 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

3K3Ω 250 mWatts $ 0.14 6 $ 0.84

4K7Ω 250 mWatts $ 0.14 3 $ 0.42

5K2Ω 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

5K7Ω 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

10KΩ 250 mWatts $ 0.14 39 $ 5.5

22KΩ 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

27KΩ 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

47KΩ 250 mWatts $ 0.14 10 $ 1.4

82KΩ 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

100KΩ 250 mWatts $ 0.14 1 $ 0.14

Total: $ 25

Potenciómetros BOURNS 3290 SERIES 𝟑 𝟖⁄ "

Valor Potencia Precio unitario Cantidad Precio unitario total

2K2Ω 500 mWatts $ 2.96 2 $ 5.92

10KΩ 500 mWatts $ 2.80 2 $ 5.6

22KΩ 500 mWatts $ 2.53 1 $ 2.53

100kΩ 500 mWatts $ 2.53 2 $ 5.06

Total: $ 19.11


160

Estimado del costo de los componentes para proyecto de Domótica (continuación).

Capacitores electrolíticos Panasonic

Valor Matricula Precio unitario Cantidad Precio unitario total

1µF ECA-1HM010B $ 1.27 2 $ 2.54

10µF ECA-1HM100B $ 1.27 4 $ 5.08

22µF ECA-1HM220I $ 1.29 1 $ 1.29

100µF ECA-1CM101B $ 1.29 1 $ 1.29

Total: $ 10.2

Capacitores cerámicos VISHAY


22pf 564R30GAQ22 $ 1.37 2 $ 2.74

100pF 564R30GAQ68 $ 1.55 10 $ 15.5

Total: $18.24

Circuitos resonadores VISHAY


16 MHz XT9S20ANA20M $ 9.82 2 $ 16.64

Total: $ 16.64

Amplificadores operacionales Texas Instruments

Matricula Encapsulado Precio unitario Cantidad Precio unitario total

LM741CN/NOBP DIL8 $ 7.33 15 $ 109.95

TL082CM/NOBP DIL8 $ 11.18 2 $ 22.36

Total: $132.31

Tecnología TTL Texas Instruments

Matricula Encapsulado Precio unitario Cantidad Precio unitario total

SN74HC14N DIP-14 $ 12.6 3 $ 37.8

SN74HC08N DIP-14 $ 10.8 2 $ 21.6

SN74HC32N DIP-14 $ 10.8 2 $ 21.6

SN74LS194AN DIP-14 $ 37.62 1 $ 37.62

L293DNE DIP-16 $ 84.6 2 $ 169.2

Total: $ 287.82

Temporizador FAIRCHILD

Matricula Encapsulado Precio unitario

Cantidad Precio unitario total

LM555CN DIP-5 $ 10 1 $ 10

Total: $ 10

Fusibles MULTICOP

Valor Fusión Precio unitario


MCF03C-10 Amp Rápida $ 10 1 $ 10

Porta fusible $ 10 1 $ 10

Total: $20


161


Tornillería

Tipo Métrica Media Precio unitario Cantidad Precio unitario total

Tornillo 𝟏 𝟏𝟏𝟔⁄ ” Milimétrica 1“ $ 0.5 28 $ 14

Tuerca 𝟏 𝟏𝟏𝟔⁄ ” Milimétrica $ 0.5 60 $ 30

Standoffs Milimétrica 2” $ 3 19 $ 57

Total: $101

Semiconductores

Matricula Fabricante Encapsulado

Precio unitario


2N3904 FAIRCHILD TO-92 $ 5.18 1 $ 5.18

2N3906 FAIRCHILD TO-92 $ 6.12 8 $ 48.96

ULN2803A ST ST DIL-18 $ 31.14 1 $ 31.14

MOC3030-M FAIRCHILD DIL-6 $ 16 1 $ 16

MAC12DG ON SEMICONDUCTOR TO-220AB $ 11 1 $ 11

Total: $ 112.28

Optoelectrónica

Color Fabricante Dimensión Precio unitario


Rojo LEDIL 3mm $ 4 1 $ 4

Blanco LEDIL 3mm $ 4 1 $ 4

Azul LEDIL 5mm $ 6 1 $ 6

Rojo LEDIL 5mm $ 3 1 $ 3

Verde LEDIL 5mm $ 4 1 $ 4

Total: $ 21

Molex

Terminales Paso Precio unitario Cantidad Precio unitario total

2 100 $ 4 26 $ 104

3 100 $ 4 2 $ 8

4 100 $ 5 7 $ 35

5 100 $ 6 6 $ 36

6 100 $ 7 2 $ 14

2 150 $ 7 2 $ 14

Total: $ 211


162


Cable CONDUMEX

Color Calibre AWG Precio por metro

Cantidad de metros

Precio unitario total

Verde 24 $ 3 1 $ 3

Rojo 24 $ 3 2 $ 6

Negro 24 $ 3 6 $ 18

Azul 24 $ 3 2 $ 6

Naranja 24 $ 3 2 $ 6

Gris 24 $ 3 4 $ 12

Café 18 $ 6 3 $ 18

Total: $ 69

Interruptores

Tipo Precio unitario Cantidad Precio unitario total

Pulsador $ 5 7 $ 35

De limite $ 7 2 $ 14

Dip-switch $ 14 1 $ 14

Total: $ 63

Sensores

Tipo Fabricante Precio unitario Cantidad

Precio unitario total

LDR 10KΩ RS $ 10 4 $ 40

TERMISTOR 10KΩ EPCOS $ 15 1 $ 15

Total: $ 55

Actuadores

Tipo Precio unitario Cantidad Precio unitario total

Motores PM55L048 $ 50 2 $ 100

Tira de LED’s 12 VDC $ 50 1 $ 50

Resistencia térmica 15Ω $ 25 1 $ 25

Inversión Total de materiales

Total: $ 175

$1 686.60


163

Tabla 5.2. Costo de producción y mano de obra.

Actividades Total

Ajuste de

maquinas

Procesa-

miento

Material Ingeniería Ensamble

Mantenimiento - $20.00 $50.00 - - $70.00

Energía - $200.00 - - $50.00 $250.00

Materiales $150.00 - $1686.60 - $150.00 $1986.60

Personal $100.00 $752.00 $300.00 $950.00 $200.00 $2302.00

Tiempo 10 horas 250 horas 100 horas 150 horas 90 horas 600 horas

Totales $250.00 $972.00 $2036.60 $950.00 $400.00 $4608.60

Tabla 5.3. Horas Hombre Trabajadas

Investigación

Adquisición de

Componentes

Aplicación de Sistema

Totales por

Sistema

Sistema de Iluminación

40 hrs Lun–Vier = 8hrs

30 hrs Lun-Vier =6 hrs

120 hrs Lun-Vier = 8 hrs

190 hrs

Sistema de Temperatura

60 hrs Lun–Vier = 8 hrs

30 hrs Lun–Vier = 6 hrs


170 hrs

Sistema de Persiana



40 hrs Lun-Vier = 8hrs

90 hrs

Días Laborando

15 Días 15 Días 30 Días 60 Días


164

ANEXO

HOJAS DE ESPECIFICACIONES


165

Hoja de Especificaión de Fotoresistencia


166


167


168


169

Hoja de Especificaión de Termistor (Sensor de temperatura)


170


171


172


173

Hoja de Especificaión de Motor Paso a Paso Bipolar


174

POSIBLES MEJORAS

EN UN FUTURO


175

Se entiende que en la actualidad existen diversos sistemas en Domótica que pueden y

logran superar las propuestas del proyecto, pero aun con esto vemos y sabemos que la

sociedad exige día con día la modernización de la tecnología y aun cuando nuestro

sistema está considerado para la seguridad del usuario y que aun en un extravío, robo o

pérdida de dispositivo controlador, ofrecemos una propuesta de permitir al usuario

continuar disfrutando de la comodidad de poder regular los sistemas en su hogar sin

necesidad de esperar día con día la llegada de un técnico o especialista.

Este sistema ofrece diversas oportunidades de mejora ya que cada día a tecnología

avanza complaciendo una nueva necesidad y una mejora en la comodidad de diversos

servicios por lo cual sabemos que el sistema de suelo térmico ofrecerá diversas

oportunidades en la regulación de temperatura como pueden ser regulación por gas,

agua, electricidad y aire acondicionado la oportunidad de beneficiarse en cuanto al

aprovechamiento de luz natural y en la reducción de costo por necesidad de luz interior.

El sistema de iluminación de igual manera siempre es pensado en la mejora de

iluminación de habitaciones y buscan ofrecer una luz incandescente amigable al medio

ambiente por lo cual la oportunidad de mejora en el sistema de iluminación ofrecerá

bastantes propuestas en su mejora con el pasar del tiempo.

De igual manera los sistemas de persianas por toldo se ven un tanto limitados en cuanto

a la incidencia y el aprovechamiento de la luz natural por lo cual las persianas de tabletas

o retractiles ofrecen mejor oportunidad de aprovechamiento en la incidencia de luz natural

ofreciendo al usuario la oportunidad de beneficiarse en cuanto al aprovechamiento de luz

natural y en la reducción de costo por necesidad de luz interior. Por lo cual el Sistema de

Domótica siempre ofrecera ventanas de aprovechamiento y mejoras continuas siendo

esta una de las grandes oportunidades en un futuro ya que aun tiene mucho que ofrecer

en todo tipo de ambitos y ofrece la ventaja de estar en cosntante cambio y actualización

por lo cual es una gran oportunidad de innovación y tecnologica.

La necesidad de reducir los circuitos eléctricos a uno mucho más sencillo y pequeño. Un

circuito integrado (CI), también conocido como chip, microchip, es una estructura de

pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos

milímetros cuadrados de superficie sobre la que se fabrican circuitos y que está protegida

dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores

metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito

impreso. Un circuito integrado está formado por elementos interconectados. Esos

elementos son diodos, transistores, resistencias y condensadores, cada uno de los

cuáles tiene una función en el circuito.

Documents

I|NSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR EN