SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA VIVIENDA · Memoria SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA VIVIENDA PFC presentado para optar al título de Ingeniero Técnico Industrial especialidad

Memoria

SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA

VIVIENDA

PFC presentado para optar al título de Ingeniero Técnico Industrial especialidad ELECTRÓNICA

INDUSTRIAL por Iván Ruiz Lorca

Barcelona, 12 de Enero de 2011

Tutor proyecto: Manuel Manzanares Brotons Departamento de Ingeniería Electrónica (DEEL)

Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)

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ÍNDICE MEMORIA

Índice memoria …………………………………………………………………………………………… 1

Capítulo 1: Objeto del proyecto …………………………………………… 7

1.1. Diseño de una casa domótica ………………………………………………… 7

1.2. Realización de varios módulos …………………………………………………………………………… 8

1.3. Sistema de visualización y control ……………………………………… 8

Capítulo 2: Motivación y justificación …………………………………… 9

2.1. Pasado, presente y futuro de las viviendas domóticas …………… 9

2.2. ¿Por qué es importante la aplicación de las viviendas domóticas? 10

Capítulo 3: Especificaciones básicas ……………………………………… 11

3.1. Control de temperatura …………………………………………………………… 11

3.1.1. Calefacción por suelo radiante ………………………………………………… 11

3.1.2. Características del suelo radiante …………………………………………… 12

3.1.3. Fuentes de calor del suelo radiante ………………………………………… 12

3.1.4. Ventajas del suelo radiante ……………………………………………………… 13

3.1.5. Inconvenientes del suelo radiante ………………………………………… 15

3.1.6. Composición del suelo radiante ……………………………………………… 15

3.1.7. Calefacción por suelo radiante en la vivienda ……………………… 16

3.1.8. Distribución sensores en la vivienda ………………………………………… 17

3.2. Sistema de protección por ausencia (SPA) ……………………………… 18

3.2.1. Configuración SPA …………………………………………………………………… 18

3.2.2. Funcionamiento SPA ……………………………………………………………… 21

3.2.3. Distribución de elementos en la vivienda ……………………………… 21

3.3. Control de ventanas y puertas ………………………………………………… 22

3.3.1. Funcionamiento del control de ventanas y puertas ………………… 23

3.3.2. Distribución sensores en la vivienda ……………………………………… 23

3.4. Control de luz ……………………………………………………………………… 24

3.4.1. Funcionamiento de control de luz ……………………………………… 25


3.5. Sistema de simulación de presencia (SSP) …………………………… 26

3.5.1. Funcionamiento SSP …………………………………………………………… 26


Capítulo 4: Hardware …………………………………………………………… 29

4.1. Diagrama general ……………………………………………………………………… 29


4.3. Sistema de protección por ausencia (SPA) ……………………………… 30

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4.4. Control de ventanas y puertas ………………………………………………… 31

4.5. Control de luz ……………………………………………………………………… 32

4.6. Sistema de simulación de presencia (SSP) ……………………………… 33

Capítulo 5: Simulaciones ……………………………………………………… 35

5.1. Programas utilizados ……………………….……………………………………… 35


5.2.1. Sensor de temperatura …………………………………………………………………. 38

5.2.2. Visualización ……………………………………………………………………………………. 39

5.2.3. Elección de estación ………………………………………………………………………… 40

5.2.4. Sistema de calefacción ………………………………………………………………… 41

5.2.5. Sistema de ventilación ………………………………………………………………… 43

5.3. Control de luz …………………………………………………..……………………… 45

5.3.1. Detección paso por cero ………………………………………………………………… 47

5.3.2. Sensor de luminosidad …………………………………………………………….. 49

5.3.3. Sistema control de disparo ………………………………………………………. 50

5.4. Sistemas SSP, SPA, control de luz, control puertas y ventanas 53

5.4.1. Entorno de visualización …………………………………………………..…… 55

5.4.2. Control de luz …………………………………………………..…………………… 56

5.4.3. Control de puertas y ventanas ……………………………………………… 60

5.4.4. Sistema de simulación por presencia (SSP) ………………………… 63

5.4.5. Sistema de protección por ausencia (SPA) ……………………. 66

Capítulo 6: Sistema de visualización ……………………………………………… 69

6.1. Programa utilizado: Visual Basic 6.0 ………………………………. 69

6.2. Control de temperatura ……………………………………………………. 69

6.2.1. Visualización de temperatura actual y de consignas …………. 70

6.2.2. Control de acceso para cambio de consignas ……………………… 70

6.2.3. Cambio de contraseñas …………………………………………………..…… 71

6.2.4. Cambio de consignas …………………………………………………..…… 72

6.2.5. Historial …………………………………………………..…………………………. 73

6.3. Control de luz …………………………………………………..………………. 74

6.4. Sistemas SSP, SPA, control de luz, control puertas y ventanas 76

Capítulo 7: Cálculos y justificaciones ………………………………………….. 77

7.1. Control de temperatura ……………………………………………………. 77

7.1.1. LM35DZ …………………………………………………..…………………………… 77

7.1.2. Resistencias de protección …………………………………………………..… 78

7.1.3. MOC3021 …………………………………………………..…………………………… 78

7.1.4. Circuito de calefacción …………………………………………………..…….. 79

7.1.5. Circuito de ventilación …………………………………………………..…… 79

7.2. Control de luz …………………………………………………..……………… 80

7.2.1. UA741CN ……………………………………………………………………………… 80

7.2.2. Pulso de disparo …………………………………………………………………… 81

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7.3. Control vivienda …………………………………………………..……………. 81

7.3.1. Multiplexor SN74151 …………………………………………………..………… 81

7.3.2. Control de luz automático …………………………………………………..… 82

Capítulo 8: Normativa ….……………………………………………………… 83

8.1. CENELEC …………………….…………………………………………………………… 83

8.1.1. Comité técnico 205 …………………………………………………………………… 83

8.1.2. Normas publicadas ………….……………………………………………………… 83

8.2. CEN ………………………….……………………………………………………………… 84

8.2.1. Comité técnico 247 …………………………………………………………………… 84

8.2.2. Normas publicadas ………….……………………………………………………… 84

8.3. ISO/IEC ………………….……………………………………………………………… 84

8.3.1. Subcomité 25 ……….…………………………………………………………………… 84

8.3.2. Normas publicadas ………….…………………………………..…………………… 84

Capítulo 9: Bibliografía ………………………………………………………… 85

9.1. Bibliografía de consulta …………………………………………………………… 85

9.1.1. Páginas web ……………………………………………………………………………… 85

9.1.2. Libros ………………………………………………………………………………………… 86

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RESUMEN

El proyecto que a continuación se presenta se basa en la elaboración de un sistema para gestionar y optimizar varios elementos de una vivienda, convirtiéndola en una casa domótica.

A lo largo de ésta memoria veremos cómo hemos controlado y creado sistemas de control de temperatura, luz, puertas y ventanas, sistemas de prevención inteligentes, antirrobo, etc. En éste proyecto hemos querido demostrar el gran abanico de posibilidades que nos da un elemento, a priori sencillo, como es un PIC dentro de un entorno real con diversas variables a controlar, tanto analógicas como digitales.

A su vez, nos adentraremos en el envío y recepción de datos entre el PIC y el PC, para que un usuario cualquiera pueda conocer el estado de todos los elementos de la vivienda con una vista rápida a un monitor de control.

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CAPÍTULO 1:

OBJETO DEL

PROYECTO

Nuestro proyecto va a basarse en la realización tanto teórica como práctica de una vivienda domotizada controlada por un microprocesador el cual efectuará las tareas deseadas por el usuario.

La estructura del trabajo constará básicamente de tres partes:

• Diseño de una casa domótica • Realización de varios módulos • Sistema de visualización y control

1.1. Diseño de una casa domótica Este es el punto principal del proyecto, en el cual se efectuará el diseño e implementación de la gestión y el control de una vivienda. Nuestra tarea será la de realizar toda la instalación electrónica de una vivienda unifamiliar real, para conseguir el bienestar del usuario y a la vez crear un producto energéticamente rentable. Los puntos más importantes de la instalación a efectuar serán:

• Control de la iluminación interior y exterior de la vivienda. • Regulación automática de la iluminación artificial en función de la luz

natural. • Control de la temperatura del hogar. • Control de accesos a la vivienda (puertas y ventanas). • Detector de presencia exterior e interior.

Iván Ruiz Lorca

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• Sistema de simulador de presencia. • Sistema de alarmas de seguridad (incendio, gas, intrusión).

1.2. Realización de varios módulos Para nuestro proyecto hemos creído conveniente montar unos módulos independientes, los cuales nos permiten ver lo que hemos diseñado, tenemos básicamente dos módulos, que más adelante hablaremos de ellos en detalle, pero son el módulo de control de temperatura y el módulo de control de luz.

También hemos diseñado un módulo que nos representara varios sistemas de control y seguridad en la casa, como comentaremos más adelante, este módulo es capaz de controlar el acceso a la vivienda mediante puertas o ventas, detectara presencias ajenas en el exterior de la casa y además tendremos un sistema de protección por ausencia.

Por razones de espacio y montaje no se utilizarán todos los sensores y actuadores que se describirán en la memoria general del proyecto. En su lugar haremos uso de led’s e interruptores para simular los distintos estados que nos podamos encontrar en la realidad en nuestra vivienda.

1.3. Sistema de visualización y control Cada uno de los módulos dispondrá de un sistema de visualización y control a través del puerto RS-232 del ordenador, dicho sistema será el encargado de mostrarnos a través de un PC todos los estados de las posibles variables que tengamos en nuestra casa, además también en este sistema podremos controlar las variables elegidas para poder realizar un mejor control sobre todos los elementos domóticos de nuestra casa. Por ejemplo, en el módulo de temperatura podremos cambiar los valores de consigna de temperaturas, o en el módulo de control de luz podremos actuar directamente sobre la bombilla para modificar la luz artificial de nuestra casa.

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CAPÍTULO 2:

MOTIVACIÓN Y

JUSTIFICACIÓN

2.1. Pasado, presente y futuro de las viviendas domóticas

La evolución marca el ritmo de la vida y las casas tampoco pueden escapar a ella. La electricidad nos ha permitido elevar el nivel de confort en nuestras casas y ha dado paso a la entrada de los electrodomésticos, máquinas capaces de realizar tareas cotidianas de forma casi autónoma, elevando nuestro nivel de confort a cotas en otro tiempo inimaginables.

Estas máquinas no existirían sin el desarrollo de una nueva evolución: la electrónica, permitiendo realizar programaciones que regulan cada proceso.

La siguiente evolución que ha llegado es la: Domótica, que se encarga de la integración y regulación de ambos sistemas (eléctricos y electrónicos), de tal manera que “la casa” es capaz de “sentir” (detectar la presencia de personas, la temperatura, el nivel de luz,…) y reaccionar por sí sola, a estos estímulos (regulando el clima, la iluminación, conectando la alarma,…), al mismo tiempo que es capaz de comunicarse e interactuar con nosotros por multitud de medios (pantalla táctil, PC, móvil,...).

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2.2. ¿Por qué es importante la aplicación de las viviendas domóticas?

A continuación se detallan las principales ventajas de la aplicación de sistemas domóticos en la vivienda.

Ventajas

• En muchos sistemas domóticos el cableado se realiza con solo un par trenzado, generando un ahorro económico y de mano de obra, además de una simplificación de proyecto.

• En otros sistemas domóticos la instalación utiliza la red eléctrica de 220V, evitando reformas físicas del recinto y posibilitando una rápida instalación. Para reformas de viviendas habitadas, estos sistemas son ideales, ya que también evitan que el hogar este en obra nuevamente.

• Controla todos los servicios, iluminación, aire acondicionado, alarmas, bombas, cámaras, etc.

• Las unidades pueden ser programadas y reprogramadas, para optimizar el manejo de energía en cualquier momento con facilidad.

• El sistema domótico es instalado y programado por un técnico de acuerdo a los requerimientos del usuario y una vez funcionando no es necesario ningún conocimiento técnico para operarlo.

• Dada la alta flexibilidad que posee el sistema, en cualquier momento podrá actualizarlo y expandirlo con costos mínimos.

• Un sistema domótico permite integrar cualquier dispositivo que no sea inteligente al sistema.

• Simplifica enormemente el diseño de una obra, que podría ser dificultosa y costosa usando el cableado y dispositivos convencionales.

• El proceso de planificación se reduce significantemente al igual que los cambios que demandan las viviendas más modernas.

Se estima que el ahorro de energía en un hogar con un sistema domótico es del 20%, con lo que a corto plazo la inversión seria recuperada.

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CAPÍTULO 3:

ESPECIFICACIONES

BÁSICAS

Éste apartado estará dedicado a argumentar los distintos diseños que realizaremos en nuestra vivienda. En ellos explicaremos la idea básica que queremos implementar y la función que desempeñará dentro de la casa, desarrollando también su utilidad y aplicación.

3.1. Control de temperatura En estos tiempos, en el que el bienestar se considera una necesidad básica, hemos creído conveniente realizar un control de temperatura de nuestra vivienda, ya que todos queremos estar en casa y estar a gusto sin pasar frio. A continuación explicaremos que método de calefacción hemos escogido y porqué.

3.1.1. Calefacción por suelo radiante

La calefacción por suelo radiante de agua consiste en la instalación de un tubo de polipropileno sobre aislamiento de alta densidad, empotrado en la capa de mortero del pavimento, ocupando toda la superficie de la estancia a calefactar y que utiliza agua como elemento transmisor del calor. El agua, previamente calentada con cualquier fuente de energía, (gas, gasóleo, bomba de calor, energía solar, etc.) cede calor al suelo y éste, a su vez, lo transmite por contacto al aire ambiente.

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Haciendo circular por los tubos agua entre 35 y 45 ºC, el suelo se mantiene entre 20 y 28 ºC y el ambiente entre 18 y 22 ºC.

El grado de confort que se consigue con este tipo de calor es ideal. Ya que se calienta agua a 40 ºC para mantener la casa a 20 ºC. En cambio, con los sistemas tradicionales de radiadores calentamos agua a 70 u 80 ºC para mantener la casa a 20 ºC. Es obvio que los saltos térmicos son mucho más altos y, de esto, resultan pérdidas de calor mayores.

3.1.2. Características del suelo radiante

El calor aportado por el Suelo Radiante es uniforme en toda la vivienda. Una importante condición para el confort humano es que, entre el punto más caliente y más frío de la casa, no haya una diferencia de temperatura superior a 5 ºC.

El calor viene del suelo y llega hasta una altura de 2 a 3m., justo donde se necesita. Como se observa en la siguiente imagen el sistema de radiadores ofrece una distribución de temperaturas que no es la idónea, ya que calienta más en la zona alta de la estancia, en cambio, el suelo radiante nos ofrece una temperatura más cálida a poca altura y va enfriando a medida que se sube de altura.

Figura 1. Distribución de calor por radiadores o por suelo radiante.

3.1.3. Fuentes de calor del suelo radiante

Convencionales

- Gasoil: El recurso energético más barato de todos. Se adapta

perfectamente al Suelo Radiante, instalado con válvula mezcladora o intercambiador de calor para conjugar la baja demanda térmica del Suelo Radiante 35 ó 45 ºC, con la óptima temperatura de trabajo de los quemadores 80 ó 90 ºC.

- Gas: La expansión del gas natural y las actuales campañas de las Compañías suministradoras para la financiación e incluso la gratuidad en las instalaciones de los depósitos (plan personalizado REPSOL, etc.), junto con el desarrollo de las calderas mixtas (Calefacción y

Sistema de gestión domótica de una vivienda

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Agua Caliente Sanitaria), hacen del gas, una solución muy atractiva para viviendas del tamaño medio. El control de llama modular, permite a la caldera trabajar directamente con el circuito del Suelo Radiante a temperaturas de 35 a 45 ºC.

- Electricidad: Continúa siendo la más limpia de las fuentes de calor, considerando el uso de la tarifa nocturna (acumulado calor en el propio suelo) se reducen los costes hasta el 53 %, convirtiéndola en la opción más interesante para viviendas de superficie reducida.

Alternativas

- Bomba de Calor: Es un equipo que "bombea" calor desde un nivel de temperatura no aprovechable (5-10 ºC) a otro superior (40-45 ºC) útil para calefacción por Suelo Radiante. La energía consumida en el bombeo es considerablemente menor que la transportada (aproximadamente 3 a 1). La bomba de calor es la selección natural cuando queremos "doble uso" para la fuente de energía (Calefacción y Aire Acondicionado).

Otras energías alternativas

- Energía solar.

- Recuperadores de chimeneas.

- Calderas de carbón y leña.

- Calor residual de procesos industriales.

- Aguas termales, etc.

3.1.4. Ventajas del suelo radiante

- Estética:

No hay aparatos de calefacción en la casa (radiadores, fan-coils...), resultando la decoración muy beneficiada.

- Saludable:

El agradable y uniforme calor de la vivienda y el suelo asegura un ambiente sano y limpio, sin acumulación del polvillo quemado, sin turbulencias de aire y sin resecar el ambiente.

- Calefacción de volúmenes con grandes alturas:

El calor se distribuye hasta 2-2,5 m. de altura (el espacio que ocupamos las personas), por lo que resulta ideal para la calefacción

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de grandes volúmenes, como vacío sobre salones, escalera y otros, ya que reduce al mínimo las pérdidas al no crear bolsas techos (típico en los otros sistemas de calefacción).

Figura 2. Distribución de calor dependiendo de la altura.

- Calefacción de piscinas:

Una ampliación poco conocida del Suelo Radiante es la climatización de piscinas, tanto del vaso comonecesario describir la agradable sensación que produce el suelo templado en torno a la piscina con los pies descalzos.

Pero sobre todo hay que señalar que con la calefacción por Suelo Radiante no se remueve el agua (no hay fentra en el vaso). Así, se reduce al mínimo la evaporación, que es la mayor fuente de pérdidas en una piscina.

- Aislamiento: El montaje del Suelo Radiante se realiza durante la construcción o rehabilitación de la vivienda. Una terminadas las instalaciones de fontanería y electricidad y lucidas las paredes.

En la instalación se aporta un aislamiento adicional al edificio que mejora notablemente los parámetros del aislamiento térmico y acústico del miseconomía reduciendo costes de mantenimiento.

- Bajo mantenimiento:

El tubo de polietileno reticulado es prácticamente indestructible, para instalaciones empotradas en hormigón, cal o yeso y tampoco es atacado por la corrosión. La dilatación térmica del tubo no perjudica al pavimento.

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de grandes volúmenes, como vacío sobre salones, escalera y otros, ya que reduce al mínimo las pérdidas al no crear bolsas techos (típico en los otros sistemas de calefacción).

Distribución de calor dependiendo de la altura.

Calefacción de piscinas:

Una ampliación poco conocida del Suelo Radiante es la climatización de piscinas, tanto del vaso como del suelo que las rodea. No es necesario describir la agradable sensación que produce el suelo templado en torno a la piscina con los pies descalzos.

Pero sobre todo hay que señalar que con la calefacción por Suelo Radiante no se remueve el agua (no hay flujo de agua caliente que entra en el vaso). Así, se reduce al mínimo la evaporación, que es la mayor fuente de pérdidas en una piscina.

El montaje del Suelo Radiante se realiza durante la construcción o rehabilitación de la vivienda. Una vez levantada la tabiquería, terminadas las instalaciones de fontanería y electricidad y lucidas las

En la instalación se aporta un aislamiento adicional al edificio que mejora notablemente los parámetros del aislamiento térmico y acústico del mismo. Esto contribuye a conseguir mayor confort y economía reduciendo costes de mantenimiento.

Bajo mantenimiento:

El tubo de polietileno reticulado es prácticamente indestructible, para instalaciones empotradas en hormigón, cal o yeso y tampoco es

or la corrosión. La dilatación térmica del tubo no perjudica

de grandes volúmenes, como vacío sobre salones, escalera y otros, ya que reduce al mínimo las pérdidas al no crear bolsas de aire en los

Distribución de calor dependiendo de la altura.

Una ampliación poco conocida del Suelo Radiante es la climatización del suelo que las rodea. No es

necesario describir la agradable sensación que produce el suelo

Pero sobre todo hay que señalar que con la calefacción por Suelo lujo de agua caliente que

entra en el vaso). Así, se reduce al mínimo la evaporación, que es la

El montaje del Suelo Radiante se realiza durante la construcción o vez levantada la tabiquería,

terminadas las instalaciones de fontanería y electricidad y lucidas las

En la instalación se aporta un aislamiento adicional al edificio que mejora notablemente los parámetros del aislamiento térmico y

mo. Esto contribuye a conseguir mayor confort y

El tubo de polietileno reticulado es prácticamente indestructible, para instalaciones empotradas en hormigón, cal o yeso y tampoco es

or la corrosión. La dilatación térmica del tubo no perjudica


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- Seguro:

Todos los circuitos de Suelo Radiante empiezan y terminan en colectores colocados por encima del suelo. No hay empalmes y la alta calidad del tubo, de polietileno reticulado asegura la total ausencia de averías.

3.1.5. Inconvenientes del suelo radiante

- Obra: Cualquier reforma o trabajo que se desee realizar en el edificio y que conlleve tocar o modificar el suelo es muy problemático ya que todo el suelo está totalmente ocupado por el suelo radiante.

- Tipo de pavimento:

En una instalación de suelo radiante asociada a un pavimento de parquet el consumo aumentará aproximadamente en un 15%

- Inércia: Un inconveniente en algunos casos (en otros es una ventaja) es su larga inercia. Los tiempos de calentamiento y de enfriamiento del sistema son mucho más largos (varias horas) que en otros sistemas de calefacción de respuesta más rápida.

3.1.6. Composición del suelo radiante

Figura 3. Composición del suelo radiante.

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3.1.7. Calefacción por suelo radiante en la vivienda

A continuación se muestra el plano con la instalación de suelo radiante. Se ha hecho una distribución modular, es decir, se han distribuido los tubos del suelo radiante por habitaciones, ya que no en todas tendremos la misma temperatura, por lo que se deberá aplicar distinto potencia a cada parte, como se puede ver que en el garaje no se ha instalado dicho sistema, esto es debido a que el garaje es una estancia de paso, en la cual no se permanecerá mucho rato, por lo que no se debe climatizar la zona.

GARAJE

COCINA

LAVABO 1 HABITACIÓN 1

HABITACIÓN 2 HABITACIÓN 3

COMEDOR – SALA DE ESTAR

ESTUDIO LAVABO 2

JARDÍN

Figura 4. Distribución del suelo radiante.


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3.1.8. Distribución sensores en la vivienda

Como hemos explicado anteriormente, la casa tendrá instalado un sistema de calefacción por el método de suelo radiante, para que este sistema sea efectivo se necesita realizar un control sobre la temperatura de la casa para así poder adecuar la temperatura a deseo del consumidor. Se ha pensado realizar el sensado de temperatura con un sensor de temperatura linear, más concretamente el LM35. Dicho sensor nos ofrecerá el valor de la temperatura actual, con el cual podremos hacer el control. Para una buena climatización de la casa se instalarán 7 sensores de temperatura distribuidos por la casa, uno en cada habitación, uno por lavabo y otro en el comedor. No se ha instalado un sensor ni en la cocina ni en el pasillo, debido a que son estancias en las cuales no queremos controlar la temperatura debido al poco tiempo que pasaremos en ellas.

Figura 5. Distribución de sensores dentro de la vivienda.

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3.2. Sistema de protección por ausencia (SPA)

Como medida preventiva de posibles fallidas del sistema eléctrico en la vivienda diseñaremos un circuito de desconexión de los electrodomésticos y de las luces del hogar que podrá activarse cuando los habitantes salgan de su casa. Cabe remarcar que este sistema no efectuará una desconexión total sino que únicamente prescindirá de aquellos elementos que el usuario deseé y podrá programarse a placer según las necesidades de cada inquilino.

Llamaremos a este sistema SPA (Sistema de Protección por Ausencia). El funcionamiento de este sistema se basará en un pulsador situado cerca de la salida principal de la vivienda. El usuario podrá activar fácilmente el SPA en el momento en que vaya a abandonar la casa de modo que quede habilitado cuando ya no haya más gente dentro de la casa.

3.2.1. Configuración SPA

Como idea inicial, partiremos de la base de que querremos desconectar todas las luces y los electrodomésticos que no requieran una constante alimentación de luz cuando se abandone la vivienda. En la siguiente tabla se muestran la configuración inicial de las luces y electrodomésticos divididos en estancias y su respectiva numeración para identificarlas en el mapa que se adjuntará posteriormente:

• Conectado: Seguirá funcionando una vez se active el sistema de protección

• Desconectado: Los elementos que estén desconectados no funcionarán cuando se active el sistema de protección.

Cocina Tabla 1. Elementos de la cocina.

Número Elemento Estado

1 Microondas Desconectado 2 Horno Desconectado 3 Lavavajillas Conectado 4 Lavadora Conectado 5 Secadora Conectado 6 Nevera Conectado 7 Televisor Desconectado 8 Luz Cocina Desconectado

En la cocina hemos creído conveniente desconectar tanto el horno como el microondas ya que pueden causar algún tipo de incendio o peligro para la vivienda cuando no haya personas en la casa. Por otra parte, dejaremos activos elementos como el lavavajillas, la lavadora o la secadora por si el usuario quiere activarlos antes de salir de casa para encontrarse la colada


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hecha. Finalmente no desconectaremos elementos que necesitan estar alimentados siempre como pueden ser la nevera o el congelador.

Comedor

Tabla 2. Elementos del comedor.


9 Televisor Conectado 9 DVD Conectado 9 TDT Conectado 10 Luces Comedor Desconectado 11 Lámpara Lectura Desconectado

Un comedor se suele caracterizar por tener varios elementos de control programables como un televisor, un DVD, etc. Es por eso que los dejaremos todos conectados por si el usuario desea programar el DVD para grabar algún tipo de película o programa cuando abandona la vivienda. De igual forma, estos elementos estarán conectados a un mismo ladrón por lo que se utilizará una misma enumeración que los englobará todos.

Estudio

Tabla 3. Elementos del estudio.


12 Conexionado Ordenador Conectado 13 Lámpara Desconectado 14 Luz Estudio Desconectado

En el estudio se instalará una regleta de interruptores para conectar los diferentes elementos necesarios en todo ordenador personal (ordenador, pantalla, router, impresora/escáner, etc.).

Habitaciones

Habitación 1

Tabla 4. Elementos de la habitación 1.


15 Conexionado Ordenador Conectado 16 Lámpara Desconectado 17 Luz Habitación 1 Desconectado

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Habitación 2



18 Televisor Desconectado 19 Lámpara 1 y 2 Desconectado 20 Luz Habitación 2 Desconectado

Habitación 3



21 Conexionado Ordenador Conectado 22 Lámpara Desconectado 23 Luz Habitación 3 Desconectado

En las tres habitaciones de uso particular desconectaremos todas las luces y lámparas y dejaremos conectadas como configuración inicial los ordenadores personales de las habitaciones 1 y 3.

Lavabos

Lavabo 1

Tabla 7. Elementos del lavabo 1.


24 Luz Espejo Desconectada 25 Luz Lavabo 1 Desconectado

Lavabo 2

Tabla 8. Elementos del lavabo 2.


26 Luz Espejo Desconectada 27 Luz Lavabo 2 Desconectado


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Los lavabos dispondrán de una luz principal y otra secundaria situada encima del espejo para mejorar la iluminación en la zona facial al estar delante. Ambas luces estarán desconectadas al activar el sistema SPA.

Garaje

Tabla 9. Elementos del garaje.


28 Luz Garaje Desconectada

Tendremos una única luz que iluminará el interior del garaje.

Jardín

Tabla 10. Elementos del jardín.


29 Luces Jardín Conectadas 30 Luces Piscina Desconectado

Las luces del jardín inicialmente las dejaremos conectadas a no ser que el usuario lo modifique simplemente por el hecho de intentar simular que hay gente en la vivienda en caso de que sea de noche. Por otra parte las luces de la piscina estarán desconectadas.

3.2.2. Funcionamiento SPA

Para hacer funcionar nuestro sistema SPA situaremos en cada enchufe un dispositivo para poder desconectar ese elemento cuando activemos el sistema. La instrucción de activar el SPA, como ya hemos mencionado, vendrá dada por un pulsador que el usuario activará, esta señal de control será recibida por el PIC que procesará la información y hará desactivar los elementos que previamente el usuario habrá seleccionado en la pantalla del sistema de control y visualización. En el apartado de simulaciones se explica en detalle el funcionamiento del sistema.

3.2.3. Distribución elementos en la vivienda

A continuación se muestra el plano de la vivienda con toda la enumeración de los distintos elementos que hemos mencionado en las diferentes tablas de los apartados anteriores así como también la situación del interruptor que activara el sistema SPA. De esta forma podemos observar la situación de cada uno de ellos.

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Figura 6. Plano distribución elementos de la vivienda.

3.3. Control de ventanas y puertas Como medida preventiva para nuestra vivienda, se instalará un sistema de control de ventanas y puertas exteriores. ¿Cuántas veces ha llegado a casa y ha visto que se había dejado alguna ventana abierta? ¿Se ha olvidado de cerrar la entrada de su garaje alguna vez después de dejar su vehículo? Este sistema nos permitirá conocer el estado en que se encuentra cualquier ventana o puerta de la casa pudiendo así tener un control de la seguridad de la que gozamos en todo momento, evitando dejarnos algo abierto cuando nos dispongamos a abandonar la vivienda.


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3.3.1. Funcionamiento del control de ventanas y puertas

La función de este sistema es totalmente preventiva e informativa, ya que el usuario puede querer dejar alguna ventana abierta a propósito, por eso el diseño será ideado para que los individuos de la vivienda puedan saber que entradas tienen abiertas y cerradas pero no para abrirlas o cerrarlas automáticamente.

El programa diseñado enviará al microcontrolador el estado abierto o cerrado de las distintas ventanas y puertas gracias al los distintos sensores que se colocarán en ellas. Posteriormente se podrá observar en un entorno de visualización de una forma dinámica y rápida el estado en que se encuentran.


En la siguiente tabla hemos enumerado los catorce elementos que querremos controlar para que nos sea más fácil referirnos a cualquiera de ellos a posteriori.

Tabla 11. Ventanas y puertas de la vivienda.

Número Nombre Tipo

1 Ventana Garaje Ventana 2 Puerta Garaje Puerta 3 Puerta Calle Garaje Puerta 4 Ventana Cocina Ventana 5 Ventana Habitación 2 Ventana 6 Ventana Habitación 3 Ventana 7 Ventana Estudio Ventana 8 Ventana Lavabo 1 Ventana 9 Ventana Lavabo 2 Ventana 10 Ventana Comedor Ventana 11 Puerta Principal Puerta 12 Puerta Principal Calle Puerta 13 Puerta Jardín 1 Puerta 14 Puerta Jardín 2 Puerta

A continuación podremos observar un plano de la vivienda dónde se puede ver las distintas ventanas y puertas exteriores de toda la casa descritas en la anterior tabla.

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Figura 7. Plano distribución ventanas y puertas.

3.4. Control de luz Uno de los factores más importantes que debemos controlar en la vivienda es la luz, dicho control lo que realizará es regular la intensidad de la luz en cada estancia de la vivienda, permitiéndonos así una perfecta iluminación conforme a la condiciones de luz en el espacio y por lo tanto un ahorro energético.


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3.4.1. Funcionamiento de control de luz

El control de luz se llevará a cabo en las habitaciones y en la sala de estar ya que es aquí donde pasaremos más horas, ya que en el garaje, cocina y lavabos son estancias de paso las cuales no es necesario regular su luminosidad. Otra cosa que cabe destacar es que en la habitación 1 no es efectuará el control, debido a que al ser una habitación sin ventanas, siempre tendrá la misma luminosidad, ya sea de día o de noche, por lo que siempre nos interesará tener la misma luminosidad. El principal objetivo de esta regulación es el ahorro energético, ya que regulará la luz conforme las condiciones ambientales, ya por ejemplo en un día luminoso nos encenderá la luz a un nivel mínimo evitando así encender la luz por completo y así ahorrar energía.


A continuación se muestra el plano de nuestra vivienda con sus respectivos sensores de luminosidad en las estancias indicadas.

Figura 8. Plano distribución de sensores de luz.

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3.5. Sistema de simulación de presencia (SSP)

El sistema de simulación de presencia o SSP es un sistema de seguridad ideado para intentar ahuyentar posibles intrusiones no deseadas en la vivienda. Este sistema parte de la base que un intruso que desee entrar en la casa puede verse desconcertado al ver que hay actividad y movimiento dentro de la vivienda, factor que puede hacerle retroceder y abandonar el intento de intrusión.

3.5.1. Funcionamiento SSP

Así pues, el sistema SSP simulará que la vivienda está ocupada cuando uno o varios sensores de presencia situados en el jardín y cerca de las ventanas y puertas exteriores se activen. Para causar ese efecto, cuando el PIC detecte actividad en alguno de los mencionados sensores, mandará una señal que hará activar unas luces destinadas a disuadir al intruso haciéndole pensar que alguien ha encendido esas luces manualmente. A su vez, el sistema enviará una alarma a la pantalla de control alertando que ha habido una intrusión. También, de manera opcional, el usuario podrá conectar una alarma sonora que alertará a los habitantes de la vivienda por si estos se encuentran durmiendo y también por si quieren ahuyentar al intruso con dicho sonido.

Las luces a activar estarán situadas en el porche y entrada de la vivienda, así como también una luz en el interior de la vivienda para que el intruso crea que hay gente. Estas luces se apagaran de manera automática una vez haya pasado cierto tiempo desde que ninguno los sensores no detecte ningún tipo de presencia o de forma manual con un pulsador o directamente des del sistema de control y visualización, que el usuario podrá activar cuando lo crea oportuno.


A continuación se muestra el plano de la casa con una situación aproximada de los sensores de presencia que irán distribuidos por el jardín y en las cercanías de las ventanas y las puertas de la vivienda. Por otro lado también se indica la posición de las luces de disuasión del sistema SSP a la vez que también figuran los interruptores de puesta en funcionamiento del sistema y el interruptor de activación de la alarma sonora. Estos dos interruptores como observaremos se encuentran en la entrada principal y serán fácilmente accesibles al usuario en el momento que se quiera abandonar la casa.


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Figura 9. Plano distribución sensores y luces SSP.

Resumiendo, el sistema de simulación de presencia nos va a ofrecer, a diferencia de las alarmas convencionales que serán totalmente compatibles, una forma de evitar y disuadir al intruso mediante la simulación de presencia y movilidad dentro de la vivienda.

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CAPÍTULO 4:

HARDWARE

4.1. Diagrama general

En el siguiente diagrama podemos observar las partes diferenciadas del proyecto.

Figura 10. Diagrama general.

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4.2. Control de Temperatura El control de temperatura se realizará con un sensor de temperatura lineal, a través del PIC se realizará el control, el cual nos encenderá la calefacción por suelo radial dependiendo de la temperatura actual de cada estancia. Además de esto se podrá visualizar mediante un LCD la temperatura actual en cada sensor de la casa, así como también tenerlas presentes en el sistema de visualización y control para poder saber el estado de climatización de la vivienda. Con dicho sistema también podrá controlarse la temperatura de control y si deseamos enfriar o calentar la casa.

Figura 11. Diagrama control de temperatura.

4.3. Sistema de protección por ausencia (SPA)

El sistema de seguridad para electrodomésticos y luces de la casa que llamaremos Sistema de Protección por Ausencia (SPA), consiste en un sistema diseñado para activarlo fácilmente con un pulsador situado cerca de la puerta principal cuando el usuario se disponga a abandonar la vivienda. Su función es desconectar los distintos electrodomésticos y luces para que en caso de algún tipo de fallo eléctrico no estén activos si el usuario no está en casa.

4.4. Control de ventanas y puertasEl control de ventanas y puertas estará formado por varios sensores distribuidos por las diferentes ventanas y puertas exteriores de la vivienda. Estos sensores tendrán como función indicarnos el estado abierto o cerrado de las aperturas exteriores de la cestado.

Se utilizará también como en todos los diseños el PIC 16F877A que gestionará las lecturas de los sensores. Para finalizar, se utilizarán led’s de color rojo y verde para indicar el estado abierto y cerrado Cabe decir que en la implementación real del sistema domótico estos elementos serán eliminados ya que los resultados de las lecturas se podrán observar de una manera mucho más gráfica en el sistema de visualización y control.


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Figura 12. Diagrama SPA.

Control de ventanas y puertas El control de ventanas y puertas estará formado por varios sensores distribuidos por las diferentes ventanas y puertas exteriores de la vivienda. Estos sensores tendrán como función indicarnos el estado abierto o cerrado de las aperturas exteriores de la casa para posteriormente poder conocer su

Se utilizará también como en todos los diseños el PIC 16F877A que gestionará las lecturas de los sensores. Para finalizar, se utilizarán led’s de color rojo y verde para indicar el estado abierto y cerrado respectivamente. Cabe decir que en la implementación real del sistema domótico estos elementos serán eliminados ya que los resultados de las lecturas se podrán observar de una manera mucho más gráfica en el sistema de visualización y


El control de ventanas y puertas estará formado por varios sensores distribuidos por las diferentes ventanas y puertas exteriores de la vivienda. Estos sensores tendrán como función indicarnos el estado abierto o cerrado

asa para posteriormente poder conocer su

Se utilizará también como en todos los diseños el PIC 16F877A que gestionará las lecturas de los sensores. Para finalizar, se utilizarán led’s de

respectivamente. Cabe decir que en la implementación real del sistema domótico estos elementos serán eliminados ya que los resultados de las lecturas se podrán observar de una manera mucho más gráfica en el sistema de visualización y

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Figura 13.

4.5. Control de luzPara realizar el control de luz, utilizaremos sensores de luminosidad para cada estancia de la casa donde se desea realizar dicho control. Mediante el PIC se hará un control de la luminosidad de cada en que el usuario pulse el interruptor de ésta, momento en el cual se encenderá la luz de la habitación con una cierta regulación, ideal y adecuada según la luz natural que se disponga. Además, el usuario podrá regular manualmente lasistema de regulación automática para disponer del máximo rendimiento de la bombilla.

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Figura 13. Diagrama control de ventanas y puertas.

Control de luz Para realizar el control de luz, utilizaremos sensores de luminosidad para cada estancia de la casa donde se desea realizar dicho control. Mediante el PIC se hará un control de la luminosidad de cada estancia en el momento en que el usuario pulse el interruptor de ésta, momento en el cual se encenderá la luz de la habitación con una cierta regulación, ideal y adecuada según la luz natural que se disponga. Además, el usuario podrá regular manualmente la intensidad de la luz así como desconectar el sistema de regulación automática para disponer del máximo rendimiento de

Diagrama control de ventanas y puertas.

Para realizar el control de luz, utilizaremos sensores de luminosidad para cada estancia de la casa donde se desea realizar dicho control. Mediante el

estancia en el momento en que el usuario pulse el interruptor de ésta, momento en el cual se encenderá la luz de la habitación con una cierta regulación, ideal y adecuada según la luz natural que se disponga. Además, el usuario podrá

intensidad de la luz así como desconectar el sistema de regulación automática para disponer del máximo rendimiento de

Figura 14.

4.6. Sistema de simulación de presencia (SSP)

El Sistema de Simulación de Presencia (SSPseguridad contra intrusos el cual dispondrá de una serie de sensores de presencia situados en el exterior de la vivienda (jardín, puertas y ventanas exteriores, etc.) y que simulará mediante luces presencia dentro de la vivienda en caso de que se detecte alguna intrusión. Este sistema dispondrá, a parte de los sensores de presencia, un sistema de alarma sonora que el usuario podrá activar o desactivar independientemente del SSP. También instalaremos un led para avisar al usuario spresencia en el exterior mediante una señal luminosa.

Figura 15.


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Figura 14. Diagrama control de luz.

Sistema de simulación de presencia

Sistema de Simulación de Presencia (SSP) se basa en un sistema de seguridad contra intrusos el cual dispondrá de una serie de sensores de presencia situados en el exterior de la vivienda (jardín, puertas y ventanas exteriores, etc.) y que simulará mediante luces presencia dentro de la

en caso de que se detecte alguna intrusión. Este sistema dispondrá, a parte de los sensores de presencia, un sistema de alarma sonora que el usuario podrá activar o desactivar independientemente del SSP. También instalaremos un led para avisar al usuario si se ha detectado presencia en el exterior mediante una señal luminosa.

Figura 15. Diagrama control de luz.


Sistema de simulación de presencia

se basa en un sistema de seguridad contra intrusos el cual dispondrá de una serie de sensores de presencia situados en el exterior de la vivienda (jardín, puertas y ventanas exteriores, etc.) y que simulará mediante luces presencia dentro de la

en caso de que se detecte alguna intrusión. Este sistema dispondrá, a parte de los sensores de presencia, un sistema de alarma sonora que el usuario podrá activar o desactivar independientemente del

i se ha detectado

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CAPÍTULO 5:

SIMULACIONES

5.1. Programas utilizados Para poder simular y probar los diferentes módulos y circuitos que a continuación se van a mostrar, hemos utilizado cuatro programas básicos.

- Proteus Profesional 7 - Visual Basic 6.0 - PIC C Compiler - Virtual Serial Port

Para elaborar los circuitos utilizaremos el simulador Proteus Profesioanal 7. Hemos seleccionado este simulador porque dispone de una gran librería de componentes reales de diversos fabricantes y también dispone del modelo de PIC que utilizaremos para llevar a cabo el proyecto, el PIC16F877A. A su vez, este simulador nos da la posibilidad de cargarle al PIC el archivo “.hex” del programa que previamente habremos realizado y compilado. De esta forma podemos visualizar en el simulador Proteus la interacción de los distintos actuadores y sensores.

El programa Visual Basic 6.0 nos va a servir para plasmar en un entorno gráfico y dinámico lo que está ocurriendo en la vivienda. En el próximo capítulo se explicará en detalle este programa y su utilidad dentro del proyecto.

PIC C Compiler es el entorno de programación que hemos escogido para crear los programas que posteriormente introducimos en el PIC mediante un programador externo. Al compilar el programa creado nos genera un “.hex” que será el que usaremos para cargar en el Proteus.

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Por último, el sencillo programa Virtual Serial Port es el encargado de que podamos comunicar mediante simulación, el Proteus con el Visual Basic. Esto es posible gracias a que este programa crea un par de puertos virtuales conectados entre si, de tal manera que podemos enviar y recibir datos entre el circuito y el programa en Basic.

5.2. Control de Temperatura Para simplificar la explicación, hemos creído conveniente realizar solo la lectura de uno de los sensores de la casa, ya que se repite para un total de 7. Como ya se ha explicado en el apartado de hardware, hemos utilizado un sensor de temperatura LM35. En el siguiente circuito se muestra el control de temperatura.


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Figura 16. Circuito de control de temperatura

Visualización

Sistema de Calefacción

Sensor de Temperatura

Sistema de Ventilación Elección de

estación

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Como vemos en el circuito, hay cinco partes bien diferenciadas, la primera será la del sensor de temperatura que será la encargada de enviar al PIC la temperatura sensada, a continuación tenemos el display que nos muestra la temperatura leída en el sensor y la temperatura de consigna asignada. La siguiente partes es el interruptor de selección de estación, aquí podremos elegir en que estación nos encontramos, si en invierno o en verano. Las dos últimas partes son los sistemas de calefacción y de ventilación que serán los encargados de enfriar o calentar el recinto. A continuación vamos a detallar el funcionamiento de cada una de las partes mencionadas anteriormente para poder comprender su funcionamiento.

5.2.1. Sensor de Temperatura

Figura 17. Sensor de temperatura.

El LM35DZ es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55ºC a +150ºC. La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC, calibrado directamente en Celsius y una exactitud garantizada 0.5ºC (a +25ºC), además opera entre 4 y 30 volts de alimentación.

Taula 12. Tabla de medidas en simulación y reales.

Temperatura

(ºC)

Simulación

(mV)

Real

(mV)

15 150 151,47

16 160 161,48

17 170 171,51

18 180 181,55

19 190 191,57

20 200 201,58

21 210 211,62


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22 220 221,65

23 230 231,67

24 240 241,68

25 250 251,71

26 260 261,73

27 270 271,77

28 280 281,77

29 290 291,79

30 300 301,83

5.2.2. Visualización

Figura 18. Sensor de temperatura y visualización.

Como podemos ver nuestro display nos muestra la temperatura actual, así como la consigna de verano o de invierno que viene dada por programa o a través de la comunicación serie como explicaremos más adelante. La resistencia variable RV2, sirve para modificar el contraste de nuestra pantalla.

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5.2.3. Elección de estación

Figura 19. Interruptor de elección de estación y visualización.

Como podemos observar en la simulación cuando la entrada C0 del PIC se encuentra en nivel alto quiere decir que nos encontramos en la estación de invierno como se puede ver en el display, este control nos sirve para poder modificar la estación en la que nos encontremos para poder realizar el control de ventilación o de calefacción según sea el caso. En invierno queremos controlar el sistema de calefacción debido a que es cuando nos encontramos con las temperaturas más bajas del año y así poder realizar la climatización de la estancia, todo lo contrario pasa en el sistema de ventilación que es cuando queremos encender la ventilación para refrigerar la estancia.


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5.2.4. Sistema de calefacción

Figura 20. Sistema de calefacción activado.

Como podemos ver en la simulación a través del diodo led D2, nuestro sistema de calefacción esta activado debido a que la temperatura de consigna es de 32ºC debido a que nos encontramos en invierno y nos encontramos a una temperatura inferior, por lo que el sistema se pone en marcha a través del optoacoplador MOC3021, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un fotodiac. De este modo combinamos en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Hemos utilizado este dispositivo para aislar eléctricamente el PIC de la corriente alterna de la red.

El efecto de calefacción se produce debido a que por las resistencias, R11 – R12 – R13, hacemos pasar la corriente necesaria para que se calienten debido a que son resistencias cerámicas. La elección de las resistencias así como la corriente que circula por ella se desarrolla en el capítulo de cálculos.

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Figura 21. Sistema de calefacción desactivado.

En este caso observamos que el sistema de calefacción está apagado ya que tenemos una temperatura superior a la de consigna por lo que no hace falta calentar la estancia.


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5.2.5. Sistema de ventilación

Figura 22. Sistema de ventilación activado.

Como podemos ver en la simulación a través del diodo led D3, nuestro sistema de ventilación esta activado debido a que la temperatura de consigna es de 27ºC, debido a que nos encontramos en verano y nos encontramos a una temperatura superior, por lo que el sistema se pone en marcha a través del transistor BC547.

El efecto de ventilación se produce debido a que el transistor esta en zona de saturación por lo que se convierte en un interruptor cerrado dejando pasar corriente por el ventilador.

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Figura 23. Sistema de ventilación desactivado.

En este caso observamos que el sistema de ventilación está apagado ya que tenemos una temperatura inferior a la de consigna por lo que no hace falta refrigerar la estancia.


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5.3. Control de luz Como se ha explicado anteriormente, vamos a realizar una regulación de la luminosidad de la casa, con este motivo se han instalado unos “sensores” de luz que hemos simulado como resistencias LDR. En la casa hay un total de 4 sensores de luz, que son los que hemos creído convenientes ya que son en las estancias donde más tiempo pasaremos. Como en el caso de la temperatura solo hemos simulado un sensor con su correspondiente bombilla.

A continuación se presenta el esquema realizado, en el que podemos ver cuatro partes bien diferenciadas que definirán el funcionamiento del sistema, que son: Detección de paso por cero, sensor de luminosidad, sistema de control de disparo y comunicación serie.

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R110k

R210k

3

26

74 1 5

U1

UA741CN

+12V

-12V

D1

1N4004

R38.2k

R410k

VCC

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-/CVREF4

RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP120

RB7/PGD40

RB6/PGC 39RB5

38RB4 37

RB3/PGM 36RB2 35RB1 34

RB0/INT33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3

22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25

RC5/SDO24

RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U2

PIC16F877A

R71k

VCC

R51k

R61k

1

2

6

4

U3

MOC3021 U4BT136

R12

390R

VCC

R11

100R

Q1BC547B

R10100R

R9100R

R13

470RR1439R

C1100n

C210n

VCC

R8

10k

X1FREQ=4MHz

Q3

BC547B

Q2BC557B

R15

10k

VCC

R16

1k

R174k7

R1810k

D21N4148

R191k

VCC

162738495

J4

CONN-D9F

1

2 5

3

4

TR1

TRAN-230-12-Alterna

1 2

J3LAMPARA

12

J2

230V

12

J1

230V

F2

1A

1.0 LDR1LDR

F1

1A

Comunicación serie

Sistema control de disparo

Detección paso por cero

Sensor de luminosidad

Figura 24. Simulación con Proteus de control de luz.


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5.3.1. Detección paso por cero

Primero de todo hemos tenido que diseñar el circuito de sincronismo, ya que debemos sincronizar la señal que provine de la red con el PIC. Para eso hemos utilizado el amplificador operacional UA741 para que nos genere una señal alterna de forma cuadrada la cual nos proporciona dicha señal de sincronismo.

Figura 25. Simulación con Proteus de sincronismo.

Figura 26. Pantalla osciloscopio con sincronismo.

R110k

R210k

3

26

74 1 5

U1

UA741

+12V

-12V

D1

1N4004

R38.2k

R410k

R1(1)

A

B

C

D

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Vemos como la señal amarilla es la señal que nos proporciona la red, es decir, 230V de eficaz, y observamos que cada vez que dicha señal pasa por cero nos cambia el estado de la señal de salida, creando así un pulso de 5V de la misma frecuencia.

Esta nueva señal alterna nos servirá para actuar sobre la interrupción externa del PIC, y mediante programa poder decidir qué hacer cada vez que se detecte un paso por cero, en nuestro caso actuaremos sobre el encendido o apagado de la bombilla.

Para entenderlo mejor mostramos la siguiente simulación, en la cual a través de programa creamos un pulso de corta duración cada vez que se detecta el paso por cero, dicho pulso se muestra por la salida B1.

Figura 27. Simulación con Proteus control de luz.

A

B

C

D

R110k

R210k

3

26

74 1 5

U1

UA741

+12V

-12V

D1

1N4004

R38.2k

R410k

R1(1)

VCC

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39

RB5 38RB4 37


RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21


RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U2

PIC16F877A

R51k

R61k

VCC

R8

10k


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Figura 28. Pantalla osciloscopio con sincronismo.

En la imagen anterior vemos como genera un pulso (AZUL), cada vez que la otra señal pasa por cero y por lo tanto activa la interrupción externa del PIC.

5.3.2. Sensor de luminosidad

Como la librería de Proteus no pose nuestro modelo de LDR hemos simulado su funcionamiento con una resistencia variable, la cual podemos modificar su resistencia al igual que se modificará realmente al variar la luminosidad que recibe. Este valor lo introducimos por el conversor del PIC para realizar una lectura continua del estado de luminosidad que tenemos, es aquí donde a través de programa se realiza el control de la luz, dependiendo del valor que tengamos se disparara en un cierto tiempo la salida hacia el Triac.

Tabla 13. Tabla luminosidad.

Luminosidad Valor conversor Pulso TRIAC

0% 208 No hay pulso.

25% 262 2,5ms

50% 352 5ms

75% 536 7,5ms

100% 1023 -

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En la tabla podemos observar, los porcentajes de luminosidad, siendo 0% cuando la LDR está tapada y no recibe luz, y 100% cuando la LDR recibe máxima luz natural. Como vemos al 0% no hay pulso ya que queremos que la bombilla de su máxima luz, por lo que el triac no ha de actuar, en cambio al 100% no enviaremos ningún tipo de pulso, sino que simplemente apagaremos la bombilla ya que significará que tenemos la luz adecuada.

5.3.3. Sistema control de disparo

En esta parte es donde realizamos el control de disparo de la bombilla, todo se hace a través de programa que es donde se crea el pulso para generar el disparo del MOC3021, que como se ha comentado anteriormente es un optotriac, que nos aísla las dos partes del circuito, a continuación mostraremos los 5 estados posible de la bombilla, que son al 0%, 25%, 50%, 75%, 100%.

0% de luminosidad

Vemos como no se efectúa ningún disparo, debido a que queremos que la bombilla se encienda completamente.

Figura 29. Pantalla osciloscopio a 0% de luminosidad.


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25% de luminosidad


50% de luminosidad


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75% de luminosidad


100% de luminosidad

Cuando tenemos un 100% de luminosidad no queremos que se encienda la bombilla por lo que no hay nada que mostrar ya que no se produce disparo, por lo que el triac no conduce en ningún momento y no le llega ningún tipo de señal a la bombilla.


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5.4. Sistemas SSP, SPA, control de luz y control de puertas y ventanas.

En el entorno de visualización de nuestra vivienda podremos encontrar los siguientes puntos:

- Control de luz

- Control de puertas y ventanas

- Sistema de simulación de presencia (SPP)

- Sistema de protección por ausencia (SPA)

Todos estos sistemas serán controlados y visualizados por un programa de control en Visual Basic des del cual el usuario podrá conocer el estado de cualquier elemento de la vivienda mirando la pantalla de forma rápida y eficaz.

En la imagen siguiente se puede ver todo el circuito simulado, aunque quizás no se observe con mucho detalle cada uno de sus elementos, a continuación explicaremos cada parte con detalle.

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RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37


RB0/INT 33




RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

P_PRINCIPAL

SW-SPDT

P_GARAJE

SW-SPDT

V_HABITACION2

SW-SPDT

V_HABITACION3

SW-SPDT

V_ESTUDIO

SW-SPDT

V_COMEDOR

SW-SPDT

V_GARAJE

SW-SPDT

VCC

LUZ_COMEDOR

SW-SPDT

LUZ_ESTUDIO

SW-SPDT

LUZ_HABITACION3

SW-SPDT

LUZ_HABITACION2

SW-SPDT

LUZ_HABITACION1

SW-SPDT

LUZ_GARAJE

SW-SPDT

LUZ_COCINA

SW-SPDT

LUZ_1COCINA

VCC

Q1BC547

LUZ_2GARAJE

Q2BC547

LUZ_3HAB1

Q3BC547

LUZ_4HAB2

Q4BC547

LUZ_5HAB3

Q5BC547

LUZ_6ESTUDIO

Q7BC547

LUZ7COMEDOR

X04

X13

X22

X31

X415

X514

X613

X712

A11

B10

C9

E7

Y 5

Y 6

U2

74151

X0 4

X1 3

X2 2

X3 1

X4 15

X5 14

X6 13

X7 12

A 11

B 10

C 9

E 7

Y5

Y6

U5

74151

ERROR

TXD3

RXD2

CTS8

RTS7

DSR6

DTR4

DCD1

RI9

P1

COMPIM

Q6BC547

SPP

SW-SPDT

ALARMA

SW-SPDT

SENSOR1

SW-SPDT

SENSOR2

SW-SPDT

SENSOR3

SW-SPDT

SPA

SW-SPDT

BUZON

SW-SPDT

VCC

VCC

D1LED-GREEN

R1

180R

R2

180R

R3

180R

R4

180R

R5

180R

R6

180R

R7

180R

R8

180R

R9

180R

R10

180R

R11

180R

R12

180R

R13

180R

R14

180R

VCC

R15180R

R16180R

R17180R

R18180R

R19180R

R20180R

R21180R

R22180R

R23180R

R24180R

R25180R

R26180R

R27180R

R28180R

R29180R

Control de puertas y ventanas

SPP

SPA

Control de luz


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5.4.1. Entorno de visualización

A continuación explicaremos el entorno de visualización de nuestro sistema de control, en el cual podremos, como ya hemos explicado anteriormente, visualizar y controlar los distintos elementos de la vivienda. En la siguiente imagen se muestra el entorno que el usuario podrá encontrarse.

Figura 32. Entorno Visual vivienda.

Como se puede observar, el usuario verá una imagen del plano de la vivienda donde se reflejan las distintas habitaciones, ventanas y puertas de ésta. A la derecha encontramos una columna de control y visualización de todas las luces que hemos creído convenientes controlar, así como las puertas y ventanas. También se ha añadido el control de los sistemas SPA y SPP, de tal manera que el usuario podrá activarlos manualmente con un interruptor en la vivienda, o a través de la pantalla usando la instrucción “ON”.

Seguidamente analizaremos por partes cada una de las funciones de nuestro sistema, observando de manera virtual como cambian de estado las diferentes entradas y salidas según una acción u otra. Para ello utilizaremos una conexión virtual del puerto serie que conectará el simulador Proteus con el Visual Basic.

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5.4.2. Control de Luz

Primero de todo nos centraremos en la parte del control de luz. En la siguiente figura se observa la parte del circuito realizado con Proteus, donde están situados los interruptores de control y los LED’s que hacen la función de luces de la vivienda. Cada interruptor está conectado a una entrada del multiplexor 74151, el cual va guardando continuamente los estados de los distintos interruptores.

Para poder encender y apagar los led’s mediante instrucciones del PIC, hemos colocado a cada salida un transistor que saturará cuando enviemos un “1” lógico en el puerto, cerrando así el circuito.

Figura 33. Esquema Proteus control de luz.

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37


RB0/INT 33



RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

LUZ_COMEDOR

SW-SPDT

LUZ_ESTUDIO

SW-SPDT

LUZ_HABITACION3

SW-SPDT

LUZ_HABITACION2

SW-SPDT

LUZ_HABITACION1

SW-SPDT

LUZ_GARAJE

SW-SPDT

LUZ_COCINA

SW-SPDT

LUZ_1COCINA

Q1BC547

LUZ_2GARAJE

Q2BC547

LUZ_3HAB1

Q3BC547

LUZ_4HAB2

Q4BC547

LUZ_5HAB3

Q5BC547

LUZ_6ESTUDIO

Q7BC547

LUZ7COMEDOR

X0 4

X1 3

X2 2

X3 1

X4 15

X5 14

X6 13

X7 12

A 11

B 10

C 9

E 7

Y5

Y6

U5

74151

Q6BC547

R8

180R

R9

180R

R10

180R

R11

180R

R12

180R

R13

180R

R14

180RVCC

R15180R

R16180R

R17180R

R18180R

R19180R

R20180R

R21180R


- 57 -

En la pantalla de Visual Basic vemos que inicialmente todas las luces están en gris ya que si nos fijamos en la figura del circuito todos los interruptores se encuentran apagados.

Figura 34. Control de luz.

Ahora bien, si pulsamos, por ejemplo, los interruptores de Garaje, Habitación 1 y Estudio, observaremos como las luces cambian de color.


Si pasamos ahora a observar el circuito simulado en Proteus vemos que estos tres interruptores están activos, así como los led’s correspondientes a cada departamento de la vivienda.

Iván Ruiz Lorca

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Figura 36. Esquema Proteus ejemplo control de luz.

El control de luces es bidireccional, es decir, podemos encender y apagar las luces con los interruptores manuales en la vivienda, o cómodamente des de nuestra pantalla de Visual pulsando “ON” o “OFF” según nos convenga. La única prioridad que hemos introducido es que los interruptores manuales mandaran sobre el sistema visual, es decir, podremos encender y apagar una luz que este desactivada, pero no podremos apagar una luz que tenga el interruptor activo. Aquí vemos un ejemplo encendiendo la luz de la cocina.

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL18

RD0/PSP01920


RB5 38RB4 37

RB3/PGM 36RB2

35RB1 34

RB0/INT 33

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK

25RC5/SDO 24

RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV1

U1

LUZ_COMEDOR

SW-SPDT

LUZ_ESTUDIO

SW-SPDT

LUZ_HABITACION3

SW-SPDT

LUZ_HABITACION2

SW-SPDT

LUZ_HABITACION1

SW-SPDT

LUZ_GARAJE

SW-SPDT

LUZ_COCINA

SW-SPDT

LUZ_1COCINA

VCC

Q1BC547

LUZ_2GARAJE

Q2BC547

LUZ_3HAB1

Q3BC547

LUZ_4HAB2

Q4BC547

LUZ_5HAB3

Q5BC547

LUZ_6ESTUDIO

Q7BC547

LUZ7COMEDOR

X04

X1 3

X2 2

X31

X4 15

X5 14

X613

X7 12

A11

B 10

C 9

E 7

Y5

Y6

U5

74151

Q6BC547

R8

180R

R9

180R

R10

180R

R11

180R

R12

180R

R13

180R

R14

180RVCC

R15180R

R16180R

R17180R

R18180R

R19180R

R20180R

R21180R


- 59 -


Observamos que el interruptor de la cocina no está pulsado, sin embargo, el led si está en activo ya acabamos de encender la luz mediante Visual.

Figura 38. Esquema Proteus ejemplo control de luz.

LUZ_COMEDOR

SW-SPDT

LUZ_ESTUDIO

SW-SPDT

LUZ_HABITACION3

SW-SPDT

LUZ_HABITACION2

SW-SPDT

LUZ_HABITACION1

SW-SPDT

LUZ_GARAJE

SW-SPDT

LUZ_COCINA

SW-SPDT

LUZ_1COCINA

VCC

Q1BC547

LUZ_2GARAJE

Q2BC547

LUZ_3HAB1

Q3BC547

LUZ_4HAB2

Q4BC547

LUZ_5HAB3

Q5BC547

LUZ_6ESTUDIO

Q7BC547

LUZ7COMEDOR

X0 4

X1 3

X2 2

X3 1

X4 15

X5 14

X6 13

X7 12

A 11

B 10

C 9

E 7

Y5

Y6

U5

74151

Q6BC547

R8

180R

R9

180R

R10

180R

R11

180R

R12

180R

R13

180R

R14

180RVCC

R15180R

R16180R

R17180R

R18180R

R19180R

R20180R

R21180R

Iván Ruiz Lorca

- 60 -

5.4.3. Control de puertas y ventanas

Ahora analizaremos la parte de control de ventanas y puertas. Observamos que para simular el circuito hemos utilizado interruptores para emular los sensores magnéticos de final de carrera en las puertas y ventanas de la vivienda, que nos darán los estados lógicos “1” o “0”, cuando estén abiertas y cerradas independientemente. En este caso también haremos uso del multiplexor para guardar las variables de entrada en el PIC, procedimiento que nos permite optimizar las entradas de nuestro chip.

Figura 39. Esquema Proteus control ventanas y puertas.

Si ponemos en marcha la simulación con los interruptores como la figura anterior, nos encontraremos en el caso en que todas las puertas y ventanas estarán cerradas.

Figura 40. Control puertas y ventanas.

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37


RB0/INT 33




RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

P_PRINCIPAL

SW-SPDT

P_GARAJE

SW-SPDT

V_HABITACION2

SW-SPDTV_HABITACION3

SW-SPDT

V_ESTUDIO

SW-SPDT

V_COMEDOR

SW-SPDT

V_GARAJE

SW-SPDT

VCC

X04

X13

X22

X31

X415

X514

X613

X712

A11

B10

C9

E7

Y 5

Y 6

U2

74151

R1

180R

R2

180R

R3

180R

R4

180R

R5

180R

R6

180R

R7

180R


- 61 -

A su vez, en la imagen del plano de la vivienda, las puertas y ventanas aparecen en rojo cuando están cerradas, y en verde, como veremos a continuación, cuando se abren.

Figura 41. Entorno Visual vivienda puertas y ventanas.

Ahora accionaremos en Proteus los interruptores correspondientes para abrir la puerta principal y la ventana del comedor para ver como varían los entornos de Visual.

Figura 42. Esquema Proteus control puertas y ventanas.

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RA3/AN3/VREF+5

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

P_PRINCIPAL

SW-SPDT

P_GARAJE

SW-SPDT

V_HABITACION2

SW-SPDTV_HABITACION3

SW-SPDT

V_ESTUDIO

SW-SPDT

V_COMEDOR

SW-SPDT

V_GARAJE

SW-SPDT

VCC

X04

X13

X22

X31

X415

X514

X613

X712

A11

B10

C9

E7

Y 5

Y 6

U2

74151

R1

180R

R2

180R

R3

180R

R4

180R

R5

180R

R6

180R

R7

180R

Iván Ruiz Lorca

- 62 -

Observamos que ambos estados pasan de “CERRADA” a “ABIERTA” y en el dibujo de la vivienda cambian de color a verde indicando su apertura.

Figura 43. Control puertas y ventanas.

Figura 44. Entorno Visual vivienda puertas y ventanas.

Cabe recordar, que el sistema de control de puertas y ventanas no es un sistema bidireccional como el de las luces, ya que en este caso no podemos abrir ni cerrar una ventana o puerta por Visual, sino que solo visualizamos en pantalla el estado en que se encuentra.


- 63 -

5.4.4. Sistema de Simulación por Presencia (SSP)

Como ya hemos explicado anteriormente, éste sistema se encarga de simular presencia dentro de la vivienda cuando se detecta algún tipo de intrusión con los sensores de movimiento que teóricamente estarán situados en el jardín. Cuando alguno de los sensores se activa, varias luces de la casa se encenderán para intentar disuadir al intruso haciéndole pensar que hay personas en la vivienda. De cara a la simulación en Proteus, hemos substituido los sensores por interruptores simples para facilitar el manejo.

Figura 45. Esquema Proteus SSP.

En la figura anterior se observa como el sistema SSP consta de un interruptor general, que puede ser activado mediante un interruptor manual en la vivienda o pulsando “ON” en la pantalla de Visual. También tenemos el interruptor para activar o desactivar la alarma, y los tres sensores que nos alertarán de cualquier intrusión en la vivienda.

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37


RB0/INT 33




RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

ERROR

TXD3

RXD2

CTS8

RTS7

DSR6

DTR4

DCD1

RI9

P1

COMPIM

SPP

SW-SPDT

ALARMA

SW-SPDT

SENSOR1

SW-SPDT

SENSOR2

SW-SPDT

SENSOR3

SW-SPDT

VCC

D1LED-GREEN

R22180R

R23180R

R24180R

R25180R

R26180R

R27180R

Iván Ruiz Lorca

- 64 -

A continuación mostramos el entorno visual del usuario, donde podremos activar y desactivar el SSP y visualizar que sensor es el que se ha activado.

Figura 46. Control SSP.

Ahora recrearemos una situación real de intrusión. Activaremos la simulación y el sistema SSP, con todas las luces apagadas como si el dueño de la vivienda hubiera salido a comprar o estuviera durmiendo, y activaremos el sensor número dos.

Figura 47. Ejemplo sistema SSP.

RA0/AN02

RA1/AN13


RA4/T0CKI/C1OUT6

RA5/AN4/SS/C2OUT7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP2 16

RC2/CCP1 17

RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19

RD1/PSP1 20


RB5 38RB4 37

RB3/PGM36

RB2 35RB1 34

RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5

28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21


RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA

23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877A

SPP

SW-SPDT

ALARMA

SW-SPDT

SENSOR1

SW-SPDT

SENSOR2

SW-SPDT

SENSOR3

SW-SPDT

VCC

D1LED-GREEN

R22180R

R23180R

R24180R

R25180R

R26180R

R27180R


- 65 -

Vemos que el indicador SSP está en “ACTIVO” al igual que la alarma y en sensor número dos ya que así lo hemos querido y así lo muestra el esquema del circuito en Proteus. Vemos que como hay motivos de intrusión las luces de la cocina, de la habitación tres y del comedor se encienden para que parezca que hay personas dentro de la casa.

Figura 48. Entorno Visual ejemplo sensores.

La línea roja de la parte izquierda de la imagen nos indica por pantalla que la intrusión se está realizando por esa parte de la vivienda. A continuación, y a modo de ejemplo, expondremos el caso en el cual los tres sensores estuvieran activos y podremos ver las distintas líneas que envuelven la casa.

Figura 49. Entorno Visual ejemplo sensores.

Iván Ruiz Lorca

- 66 -

5.4.5. Sistema de Protección por Ausencia (SPA)

El sistema de protección por ausencia tiene como función desconectar todos los elementos eléctricos, en nuestro caso las luces de la vivienda. El usuario podrá activar o desactivar este sistema de dos formas distintas y bidireccionales, mediante un interruptor manual en la casa o un control en la pantalla de Visual.

A continuación mostraremos un ejemplo en el cual podremos observar la casa con algunas de las luces encendidas, como se observa en la siguiente imagen, el control SPA esta “Inactivo” por tanto el sistema general de control funciona con normalidad y las luces están correctamente encendidas según los interruptores manuales.

Figura 50. Entorno Visual ejemplo SPA.

Ahora bien, si activamos el control SPA, ya sea de forma manual o por nuestro terminal de control del PC, observamos como todas las luces han quedado apagadas, y no podrán volver a encenderse hasta que el sistema SPA este de nuevo desactivado.

En las siguientes dos imágenes vemos que aunque los interruptores manuales en Proteus están activos, los led’s que simulan las luces de la vivienda, al igual que los indicadores en Visual, siguen apagadas. Esto nos facilitará la faena a la hora de apagar todas las luces si salimos de la


- 67 -

vivienda, o incluso programar el sistema para que se active en caso de fallo eléctrico, fuga de gas, incendio, etc.

Cabe decir, que al igual que en el caso del control de luz o del SPP, hay una serie de jerarquías en los controles de activación del sistema, es decir, que por ejemplo, si hemos activado manualmente el sistema SPA, no podremos desactivarlo en nuestro entorno gráfico, y a la inversa.

Figura 51. Ejemplo SPA activado.

Iván Ruiz Lorca

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Figura 52. Ejemplo SPA activado.

LUZ_COMEDOR

SW-SPDT

LUZ_ESTUDIO

SW-SPDT

LUZ_HABITACION3

SW-SPDT

LUZ_HABITACION2

SW-SPDT

LUZ_HABITACION1

SW-SPDT

LUZ_GARAJE

SW-SPDT

LUZ_COCINA

SW-SPDT

LUZ_1COCINA

VCC

Q1BC547

LUZ_2GARAJE

Q2BC547

LUZ_3HAB1

Q3BC547

LUZ_4HAB2

Q4BC547

LUZ_5HAB3

Q5BC547

LUZ_6ESTUDIO

Q7BC547

LUZ7COMEDOR

X0 4

X1 3

X2 2

X3 1

X4 15

X5 14

X6 13

X7 12

A 11

B 10

C 9

E 7

Y5

Y6

U5

74151

Q6BC547

R8

180R

R9

180R

R10

180R

R11

180R

R12

180R

R13

180R

R14

180R

VCC

R15180R

R16180R

R17180R

R18180R

R19180R

R20180R

R21180R

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CAPÍTULO 6:

SISTEMA DE

VISUALIZACIÓN

6.1. Programa utilizado: Visual Basic 6.0 Para realizar el sistema de visualización y de control de los diversos módulos hemos utilizado el programa Visual Basic 6.0, Visual Basic es un lenguaje de programación orientada al objeto, desarrollado para Microsoft. El lenguaje de programación es un dialecto de BASIC, con importantes agregados. Su primera versión fue presentada en 1991, con la intención de simplificar la programación utilizando un ambiente de desarrollo completamente gráfico que facilitara la creación de interfaces gráficas y, en cierta medida, también la programación misma.

Visual Basic constituye un IDE (entorno de desarrollo integrado) que ha sido empaquetado como un programa de aplicación; es decir, consiste en un editor de código, un depurador, un compilador, y un constructor de interfaz gráfica o GUI.

6.2. Control de Temperatura En el control de Temperatura lo que nos interesa es poder observar y interactuar con la temperatura de nuestra estancia. A continuación vamos a explicar cada uno de los Form’s creados en visual y cuál es su utilidad.

Iván Ruiz Lorca

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6.2.1. Visualización de temperatura actual y de consignas

En la siguiente figura podemos observar la pantalla principal de nuestro sistema de control y visualización de temperatura. En dicha pantalla podemos ver el valor actual de temperatura, así como las consignas que hemos asignado, tanto de invierno como de verano. También podemos ver de modo visual si el sistema de calefacción o de ventilación está funcionando o apagado. Por último, nos encontramos tres botones que nos permiten acceder a distintas funciones, como el cambio de consignas, el historial de temperaturas o el reseteo de las contraseñas de fabricante.

Figura 53. Sistema de control y visualización de la temperatura.

6.2.2. Control de acceso para el cambio de consignas

Para acceder al cambio de consignas es necesario introducir una contraseña tal como podemos ver en la siguiente imagen, si no introducimos bien la contraseña no podremos acceder al control de las temperatura de consignas. En dicha pantalla también podremos cambiar la contraseña si lo deseamos.


- 71 -

Figura 54. Sistema de acceso al cambio de consignas.

6.2.3. Cambio de contraseñas

En la siguiente pantalla podemos cambiar la contraseña, previamente se nos requerirá que nos identifiquemos con la contraseña anterior para poder así introducir la nueva contraseña.

Figura 55. Cambio de contraseñas.

Iván Ruiz Lorca

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6.2.4. Cambio de consignas

En nuestra vivienda nos interesa poder cambiar los valores de consigna, por si queremos tener una estancia más cálida o más fría, por eso tenemos la siguiente pantalla, en la cual podremos cambiar los valores de consigna de las estaciones principales de invierno y de verano. En la figura 57 podemos ver como se han cambiado los valores de consigna.

Figura 56. Cambio de consignas.

Figura 57. Sistema de control y visualización de la temperatura.


- 73 -

6.2.5. Historial

Por último, hemos añadido la opción de crear un historial de temperaturas, para así poder realizar estudios o simplemente para poder visualizar la temperatura que hemos tenido anteriormente. Esta opción se elige desde el menú principal clicando en Historial.

En la pantalla Historial podemos elegir cada cuanto tiempo queremos guardar los valores de temperatura, en el ejemplo vamos a realizar las lecturas cada minuto. Al hacer clic en Mostrar Gráfica, se nos abrirá un archivo Excel en el cual podremos la lista de valores capturados y observar la gráfica de nuestras temperaturas, como podemos ver en la figura 59.

Figura 58. Historial.

Figura 59. Gráfica Historial.

0

5

10

15

20

25

30

35

1 8

15

22

29

36

43

50

57

64

71

78

85

92

99

Iván Ruiz Lorca

- 74 -

6.3. Control de luz

En este apartado de la visualización y control, lo que vamos a poder realizar es ver el estado de la bombilla cuando estamos en el modo automático en el cual la bombilla se regula sola mediante la fotorresistencia del circuito, además en este apartado también podremos ver como desde visual podemos decidir en el modo manual, que tanto por ciento queremos encender en la bombilla.

En la siguiente imagen podemos ver como en el modo automático, actualmente la bombilla esta al 0% encendida, eso significa que tendremos suficiente luz natural que no precisamos de luz artificial para iluminar nuestra estancia.

Figura 60. Control y visualización de la luz.

En la imagen siguiente podemos ver como en el modo automático pasa lo contrario que anteriormente, actualmente la bombilla esta al 75% encendida, eso significa que no disponemos de suficiente luz natural para iluminar nuestra estancia y necesitamos de luz artificial para tener una correcta iluminación.


- 75 -


En las dos siguientes imagen podemos ver el modo manual, este modo no tiene en cuenta el valor de luz actual de la estancia y somos nosotros los que podemos elegir el porcentaje de encendido de la bombilla, esto nos puede interesar en algunos casos, como por ejemplo, para poder ver una película de noche y no queremos tener encendidas la luz al 100%, o quizás también en cuando requerimos de más iluminación para realizar alguna tarea y no nos basta con la luz natural.


Iván Ruiz Lorca

- 76 -


6.4. Sistemas SSP, SPA, control de luz puertas y ventanas.

La parte de visualización de estos sistemas ya se ha mostrado anteriormente en el apartado de simulaciones, para facilitar la comprensión de este apartado

- 77 -

CAPÍTULO 7:

CÁLCULOS Y

JUSTIFICACIONES

En el siguiente capítulo vamos a justificar la elección de cada uno de los componentes utilizados en el proyecto, nuestra justificación se basará principalmente en los cálculos realizados, aunque alguno de los componentes ha sido elegido sin realizar unos cálculos exhaustivos debido a la gran variedad de mercado y a que su elección no repercutía en la resolución del proyecto. A continuación vamos a detallar los cálculos por módulos.

7.1. Control de Temperatura

7.1.1. LM35DZ

El LM35DZ es un sensor de temperatura, al elección de este componente se debe a que es uno de los más utilizados en el mercado, también es un sensor ya línealizado por lo que no hay que montar un circuito externo para línealizarlo.

Además, para nuestro proyecto su rango de temperatura nos es suficiente para realizar nuestras mediciones. Ya que su rango de medición va desde los 0ºC a 100ºC.

También uno de los puntos a destacar es como hemos dicho su línealización, que nos entrega 10mV/Cº, esto nos lleva a decir que en nuestra vivienda que seguramente no superará los 35ºC o como mucho 40ºC, tendremos como máximo 400mV y 10mA en la salida, una tensión que como veremos más adelante soporta perfectamente el PIC16F877A.

Iván Ruiz Lorca

- 78 -

7.1.2. Resistencias de protección

La resistencias R9 y R10 de 220Ω son resistencias limitadoras de corriente para los led’s, son resistencias que se utilizan para proteger al led de sobre intensidades que puedan venir del PIC. Es muy difícil que el PIC tenga una sobre intensidad, pero poniendo estas dos resistencias nos aseguramos de proteger a los led’s.

(1)

10

Ω (2)

300Ω

Una vez tenemos esto, calculamos la potencia que debe disipar la resistencia.

(3)

Pr = Potencia que disipa la resistencia Vr = Caída de tensión de la resistencia Ir = Intensidad de la resistencia

3 10 0,03 (4)

Esto significa que con una R de 1/4W ya podemos disipar la potencia.

7.1.3. MOC3021

El MOC3021 es un optoacoplador con la sida de triac, anteriormente ya hemos explicado su funcionamiento por lo que ahora explicaremos el porqué hemos elegido este modelo y no otro. La elección se a basado principalmente en la tensión que permitía la salida, como hemos visto anteriormente aquí conectaremos un sistema de resistencias en serie que irán conectadas a la red para hacer una simulación de calefacción, por lo que nuestro triac en la salida tiene que soportar la tensión de red y este optoacoplador puede conducir hasta 400V de alterna, además también soporta 1A de corriente que en ningún caso superamos, a continuación explicaremos el circuito de resistencias y veremos que no se supera 1A.

Por último decir, que la parte que recibe del PIC, ya se ha limitado la corriente por lo que no superaremos la corriente máxima soportada por el optoacoplador que es de 60mA ni la tensión máxima que es de 3V.


- 79 -

7.1.4. Circuito de calefacción

Figura 64. Circuito de calefacción.

Como vemos en la figura anterior para realizar la calefacción se han utilizado 3 resistencias de 3k3Ω y de 4W, para simular un sistema de calefacción, para realizar la elección de estos componentes hemos tenido que realizar un primer cálculo para limitar el rango de valores de resistencias sin llegar a producir un cortocircuito y quemarlas, después de varios ensayos elegimos las resistencias de 3k3Ω ya que eran resistencias que no se calentaban muy rápido y así podíamos hacer crecer la temperatura poco a poco sin llegar a quemar las resistencias. A continuación se muestran los cálculos.

Ω Ω Ω 23,23 (5)

Por lo que la potencia que disipara cada resistencia es,

"" " " 23,23 3$3Ω 1,78 (6) Obtenemos una potencia de 1,78W que en ningún caso superan los 4W máximos de potencia de disipación de la resistencia, por lo que hará que las resistencias se calienten pero nunca se destruyan.

7.1.5. Circuito de ventilación

Anteriormente ya se ha explicado la resistencia R10, por lo que en este caso nos basaremos en la elección del transistor NPN, poco hay que decir de esta elección, el transistor BC547 es uno de los más comunes en el mercado y uno de los de más bajo precio, cuando recibe el impulso del PIC el transistor trabaja en su zona de saturación comportándose como un interruptor

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cerrado y dejando así pasar la corriente necesaria para que el ventilado funcione. En ningún caso superamos las tensiones máximas del transistor debido a que ya vienen limitadas por la resistencia R10 y por la resistencia interna del ventilador que lleva según fabricante.

Figura 65. Circuito de ventilación.

7.2. Control de Luz

7.2.1. UA741CN

Como vemos figura que se muestra a continuación, hemos utilizado el UA741CN que es un amplificador operacional para propósito general, que es uno de los amplificadores operacionales más utilizados en el mundo de la electrónica, entre una de sus características destaca la del voltaje diferencial de entrada que es de ±30V y la tensión de entrada de ±15V, que en ningún caso superamos ya que a través del transformado introducimos una onda senoidal de 12V eficaces.

Figura 66. Pulso de sincronismo.


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7.2.2. Pulso de disparo

Anteriormente ya hemos comentado la elección del MOC3021, por lo que en este caso no vamos a profundizar, ya que ha sido explicado con más detalle anteriormente, solo comentar que soporta la tensión de red que necesitamos para encender la bombilla.

El otro componente principal es el BT136-600, triac capaz de soportar la tensión de red que necesitaremos para la bombilla, el motivo de haber código el BT136-600 y no el BT-500 o de gamas más baja es el hecho de la no disponibilidad en tienda, la terminación en 600 significa que soportara picos de 600V en sus terminales, por lo que podemos estar tranquilos ya que no superaremos esos picos de tensión.

Figura 67. Pulso de disparo.

7.3. Control vivienda 7.3.1. Multiplexor SN74151

El multiplexor que hemos escogido es el 74151 ya que se adapta perfectamente ya que su tensión de alimentación es de 5V que es la que utilizamos para el PIC y los distintos led’s que incorpora el circuito. Por otra parte las corrientes de salida que suministra el PIC son del orden de µA y éste modelo soporta intensidades de entrada de hasta 1mA en las entradas de control por tanto no tendremos ningún problema ya que existe margen suficiente para sobre intensidades.

Iván Ruiz Lorca

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Por otra parte, el nivel “alto” de tensión en la salida es de 3,4 V, este valor es suficientemente grande como para que en detectemos un “1” lógico en la entrada de nuestro PIC.

7.3.2. Control de luz automático

Para controlar con el PIC el encendido y apagado de los led’s, utilizaremos un transistor BC547. Este transistor, que ya lo hemos utilizado en otro módulo, tiene como función saturarse cuando el PIC envié un “1” lógico y cerrar el circuito para encender el led. Como ya hemos comentado anteriormente, y según la hoja de características que podemos encontrar en los anexos, la corriente IB que le llega al transistor des del PIC es muy pequeña y como ya hemos explicado anteriormente, es muy difícil que el PIC sufra una sobretensión en sus puertos de salida.


Por otra parte, la resistencia de 180Ω colocada en entre la alimentación y el transistor tiene como función limitar la corriente que llegará por el colector del transistor hasta el led.

X04

X13

X22

X31

X415

X514

X613

X712

A11

B10

C9

E7

Y 5

Y 6

U3

74151

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CAPÍTULO 8:

NORMATIVA

En la actualidad se están desarrollando trabajos de normalización relacionados con la domótica tanto en organismos europeos (CENELEC; CEN) como en organismos internacionales (ISO/IEC). A continuación se resumen estos trabajos.

8.1. CENELEC

8.1.1. Comité Técnico 205

El Comité Técnico 205 “Sistemas electrónicos para viviendas y edificios”, se encarga de preparar normas para todos los aspectos de sistemas electrónicos domésticos y en edificios en relación a la sociedad de la información.

En más detalle, preparar normas para asegurar la integración de un espectro amplio de aplicaciones y aspectos de control y gestión de otras aplicaciones en y entorno a viviendas y edificios, incluyendo las pasarelas residenciales a diferentes medios de transmisión y redes públicas, teniendo en cuenta todo lo relativo a EMC y seguridad eléctrica y funcional.

TC 205 no preparará normas de producto sino los requisitos de actuación necesarios y los interfaces de hardware y software necesarios. Las normas deberán especificar ensayos de conformidad.

8.1.2. Normas publicadas

La estructura normativa del TC 205 se basa en dos series de normas, la EN 50491, que especifica los requisitos generales comunes para todos los sistemas domóticos, y la EN 50090, que especifica los requisitos para el protocolo Konnex, dicho protocolo trata comunicaciones estándar,

Iván Ruiz Lorca

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multimedio y abierto, Normalizado en Europa cuyo ámbito actuación se reduce a viviendas y, en menor medida, edificios.

8.2. CEN

8.2.1. Comité Técnico 247

El Comité Técnico 247 “Automatización de Edificios, Controles y Gestión de Edificios”, se encarga de la normalización de automatización de edificios, controles y gestión de edificios y servicios para edificios residenciales y no residenciales.

Estas normas incluyen definiciones, requisitos, funciones y métodos de ensayo de los productos de automatización de edificios y sistemas para control automático de instalaciones de servicios en edificios.

Las medidas de integración primarias incluyen interfaces de aplicación, sistemas y servicios para asegurar una gestión técnica de edificios eficiente en cooperación con la gestión comercial y de infraestructuras del edificio.

Se excluyen de su campo de aplicación las áreas de automatización de edificios bajo la responsabilidad de otros comités de CEN/CENELEC.


La estructura normativa del TC 247 se basa en dos series de normas, la EN 14908, que trata sobre la comunicación abierta de datos para automatización, control y gestión de edificios, y la EN 13321, que especifica la comunicación de datos en automatización de edificios, los controles y la construcción de sistemas de gestión.

8.3. ISO/IEC

8.3.1. Subcomité 25

El Subcomité 25 “interconexión en la tecnología de la información” es el responsable de la interconexión en la tecnología de la información. Dentro de su campo de aplicación está la normalización de sistemas microprocesadores, así como de interfaces, protocolos y medios de interconexión asociados para equipos de tecnología de la información, generalmente para entornos comerciales y residenciales. Se excluye el desarrollo de normas para redes de telecomunicaciones e interfaces a redes de comunicación.


La estructura normativa del subcomité 25 trabaja las normativas: ISO/IEC 15045, ISO/IEC 14762, ISO/IEC 15067 y ISO/IEC 14543. Todas estas normativas tratan los sistemas electrónicos en casas domóticas.

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CAPÍTULO 9:

BIBLIOGRAFÍA

9.1. Bibliografía de consulta

9.1.1. Páginas web

http://revista.consumer.es/web/es/20060201/economia_domestica/

http://www.ceilhit.com/

http://www.anecyc.com/

http://www.intael.net/obras.html

http://www.intael.net/pdf/CATALOGO%20FENIX.pdf

http://www.esak.es/?gclid=CIKF4JCD954CFZ1h4wodzDTMJA

http://www.x-robotics.com/sensores.htm#LM35

http://www.electro-tech-online.com/attachments/micro-controllers/27456d1237645692-lm35-pic16f877a-adc.jpg

http://foro.elhacker.net/electronica/introduccion_a_la_programacion_de_pics_en_lenguaje_c_ccs-t174021.0.html

http://www.ucontrol.com.ar/forosmf/programacion-en-c/medidor-de-4-temperaturas-con-lm35-y-lcd-2x16/?wap2

http://www.ucontrol.com.ar/forosmf/programacion-en-asm/medidor-de-temperatura-con-el-lm35-con-decimos/

http://todopic.mforos.com/46840/4390762-convertir-asm-en-c/

http://www.idesaelectronic.com/instalacion.aspx

Iván Ruiz Lorca

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http://www.taringa.net/posts/downloads/1088351/Dise%C3%B1o-de-interiores-Programas_.html

http://www.eurocable.es/esp/productos/ca_sist_reversible.php?h=2

http://fuetgo.wordpress.com/2007/09/19/microsoft-office-visio-2007-professional-espanol/

http://todopic.mforos.com/58527/3049293-efecto-noche-dia-para-belenes/

http://www.scribd.com/doc/22558303/Compilador-C-CCS-e-Simulador-Proteus-para-Microcontroladores-Pic

9.1.2. Libros

Garcia Breijo, Eduardo. Compilador C CCS e Simulador Proteus para Microcontroladores Pic. Alfaomega, 2008.

Lile, Henri. Tiristores y triacs. Marcombo S.A., 2004.

Tavernier, Christian. MicroControladores PIC. Paraninfo, 1997.

Lehmann, Stefan. MicroControladores PIC: prácticas de programación. Marcombo S.A., 2008.

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SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA VIVIENDA · Memoria SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA VIVIENDA PFC presentado para optar al título de Ingeniero Técnico Industrial especialidad