Sistema de domótica con acceso remoto y local mediante teléfonos

Sistema de domótica con acceso remoto y local mediante teléfonos
inteligentes
Introducción
Los sistemas de domótica se utilizan para controlar y automatizar viviendas. Son
capaces de recoger información proveniente de sensores o entradas y emitir
órdenes a actuadores o salidas. Estos sistemas tienen la capacidad de acceder
a redes exteriores de comunicación o información y también de ser accesados
través de las mismas.
En este trabajo se diseñará un sistema de domótica que permite controlar
diferentes dispositivos eléctricos en una habitación, tales como apagadores,
videocámaras, termómetros, alimentadores eléctricos, focos y diferentes tipos de
sensores.
El sistema de control es manipulado a través de un dispositivo móvil (teléfono
inteligente con sistema operativo Android) que cuenta con una conección a
internet, por lo que es posible controlarlo de forma remota o local. Se instalarán
dispositivos en la instalación eléctrica de una habitación que cuentan con
tecnología X-10 que permite la comunicación con ellos. Estos dispositivos serán
controlados por una plug computer mediante una interfaz X-10. Se desarrollará
software especial para permitir controlar de forma segura los dispositivos a
través de internet mediante la computadora con el uso de un dispositivo móvil
como interfaz para el usuario.
Planteamiento del problema
En la actualidad existen diversos tipos de sistemas domóticos cuya función es
automatizar diferentes componentes en el hogar los cuales son sencillos y se
centran en ofrecer únicamente servicios de apagado o prendido. Aunque existen
también sistemas más complejos que ofrecen servicios más completos su
implementación no es sencilla y además son costosos.
Otro problema existente es que por lo general de los sistemas domóticos no son
compatibles, es decir, es difícil integrar un sistema dentro de otro porque al no
existir estándares de desarrollo, la implementación de cada uno es distinta lo
que ocasiona que no pueden operar conjuntamente.
Estos problema se resuelven con el desarrollo de un sistema domótico de fácil
implementación, de bajo costo y que ofrezca servicios a los usuarios que le den
un valor importante al sistema, servicios de monitoreo y control del hogar ya sea
dentro o fuera del mismo mediante teléfonos inteligentes. Además este sistema
tendrá la capacidad de poder utilizar diferentes tecnologías utilizadas en
domótica lo cual facilita la integración o interoperabilidad con otros sistemas.
Revisión de la literatura
Domótica
La domótica se refiere a sistemas que tienen la capacidad de automatizar el
interior y exterior de cualquier tipo de casa o vivienda. La automatización se
aplica a diferentes tipos de instalaciones domésticas tales como puertas,
persianas, ventanas, sistemas iluminación, de riego y a diversos aparatos con
usos domésticos por ejemplo refrigeradores, hornos de microondas, aspiradoras,
televisores, entre otros.
De [1] “Puede definirse como la opción, integración y aplicación de las nuevas
tecnologías informáticas y comunicativas al hogar. Incluye principalmente el uso de
electricidad, dispositivos electrónicos, sistemas informáticos y diferentes dispositivos de
telecomunicaciones, incorporando la telefonía móvil e Internet. Algunas de sus
principales características son: interacción, interrelación, facilidad de uso, teleoperación
o manejo a distancia, fiabilidad y capacidad de programación y actualización. Su
arquitectura puede ser centralizada o distribuida, aunque en realidad, por las ventajas
de intercomunicación y ante los fallos, se emplea más la descentralizada. Los protocolos
pueden ser estándar, es decir compatibles entre sí, y propietarios, que son los creados
exclusivamente para un cliente o aplicación única. La configuración estándar cuenta con
un sistema compuesto por ordenador u ordenadores, módem, tarjeta de sonido,
dispositivos de ampliación de audio, baterías de emergencia, sondas de temperatura –
exterior e interior -, detectores de humo, gas y agua, vídeo portero, sensores
magnéticos para puertas y ventanas, detectores de presencia, mandos a distancia y
emisores-receptores de señal”.
No existe un estándar para la definición o el desarrollo de sistemas de domótica,
por tanto, cualquier sistema por pequeño o grande que sea se considera como
tal, siempre y cuando incluya la automatización para algún elemento en el hogar.
Por este motivo existen una gran cantidad de sistemas de domótica. En [1] se
sugiere una clasificación
“Existen tres tipos de redes domóticas en el hogar según la infraestructura necesaria: las
que utilizan nuevos cables, las que emplean los ya existentes – principalmente las redes
eléctricas preexistentes – y las que se basan en sistemas inalámbricos o sin cables. Sus
principales prestaciones o funciones son una mayor seguridad, la automatización y el
telecontrol de los electrodomésticos y otros dispositivos, el acceso a los nuevos
sistemas de telecomunicaciones y la superior disponibilidad de ocio y entretenimiento en
casa. En todos los casos, existe una fuerte tendencia a hacer más cómoda y versátil la
estancia en el lugar de la vivienda, al igual que se espera tener una mayor capacidad de
gestión y monitoreo, tanto de los electrodomésticos como de los servicios públicos,
donde destacan aspectos como el consumo, el gasto y el ahorro energético.
En algunos casos se ha pretendido hacer pasar por sistema domótico algunas
aplicaciones a distancia en el hogar, pero la realidad es que hoy se considera como
domótico un sistema que integre múltiples servicios y prestaciones, no sólo algunos y
por separado. Uno de los principales avances recientes en la materia es la articulación
entre los sistemas de telecomunicaciones y los sistemas domóticos, que en sus inicios
estaban centrados fundamentalmente en los electrodomésticos y los servicios básicos
del hogar. Prueba de ello lo constituye la producción de teléfonos móviles que incluyen
aplicaciones para funciones domóticas remotas”
La referencia anterior ayuda a definir este proyecto. Se utilizará como red
domótica el estándar X10 que emplea la instalación eléctrica del hogar. Así
mismo el sistema que se desarrollará prestará servicios y no tan solo se limitará
a controlar de forma directa diferentes dispositivos en el hogar.
Sistemas de domótica existentes
Hay una variedad de sistemas de domótica. Como ejemplo las empresas Bticino
[2] y X10 México [3] ofrecen automatización, utilizan el estándar X10. La
empresa X10 México ofrece el control de los dispositivos mediante software de
forma local o remota mediante una laptop o computadora de escritorio. También
ofrece software que permite integrar servicio como apagado y encendido de luz
automático.
Aunque estos sistemas son parecidos en funcionalidad al proyecto que se
presenta en este documento. La forma de operar es distinta. El sistema que
ofrece la compañía X10 México requiere tener una computadora o laptop
conectada siempre, además el software para la automatización de los
dispositivos es diferente al software para controlar remotamente la casa y se
ejecutan utilizando otras computadoras; no se utilizan dispositivos móviles en
este sistema.
Existen también algunos proyectos de domótica que se implementaron en
dispositivos móviles con Android [4] pero no son flexibles porque funcionan de
manera directa con un micro controlador que se encarga de la comunicación
entre el móvil y los dispositivos por lo que se requiere instalación y programación
específica para cada uno de ellos. Estos proyectos no permiten controlar de
forma remota el sistema domótico.
X10
X10 es un protocolo de comunicación que utiliza la instalación eléctrica
convencional de un hogar para transmitir señales (paquetes de datos) entre
dispositivos que soportan este protocolo. Este tipo de dispositivos son fáciles de
instalar y no suelen ser costosos.
De [5] obtenemos una visión general del funcionamiento técnico de este
protocolo. “Los paquetes de datos son aplicados a la línea eléctrica por transmisores
como una interfaz de computadora o un control remoto hecho a la medida y son
procesados por un dispositivo receptor mucho más simple como por ejemplo un switch
eléctrico el cual controla la alimentación eléctrica a el dispositivo local conectado.”
“X10 funciona codificando la información en ráfagas de alta frecuencia (de 120KHz) y
agregándola a la línea eléctrica. Ya que el suministro de energía eléctrica de todos los
países es de 50Hz o 60Hz estas señales de alta frecuencia se pierden para la mayoría
de los dispositivos que solo consumen energía. Por otra parte, un dispositivo especial
puede ser conectado a la línea eléctrica que esté interesado en ráfagas de alta
frecuencia. Por consecuencia es posible reconocer un dígito binario de información cada
vez que el voltaje va de negativo a positivo o viceversa.”
En [5] también se detalla el método de instalación y configuración para los
dispositivos X10
“Cada dispositivo que va a ser controlado por X10 debe tener una dirección. Esta
dirección se compone de dos partes: código de casa y código de unidad. El código de
casa es simplemente una letra, de la A a la P, y debe ser único para la casa. La
segunda parte de la dirección es el código de unidad de los cuales hay 16 y se
representa por un dígito hexadecimal entre 0 y F”
“Además de la dirección, cada modulo receptor de X10 se encuentra dentro de uno de
dos tipos de tipo lámpara o de aplicación. Un módulo de aplicación simplemente provee
control de encendido y apagado a lo que sea que esté conectado a él. En contraste el
módulo de lámpara también responde a mensajes de control de brillo variando el voltaje
aplicado.”
De lo anterior se concluye que el protocolo X10 es sencillo y la instalación y
operación de dispositivos que implementa este protocolo no representa mayor
problema.
Plug Computer
Una plug computer es una computadora pequeña de bajo costo, bajo consumo
de energía y con capacidades limitadas comparada con una computadora de
escritorio o una laptop; funciona como servidor y se utiliza de manera principal
en hogares y oficinas.
Plug Computer es una empresa líder en el desarrollo y venta de este tipo de
dispositivos. En [6] se obtiene la definición que le da esta compañía al concepto
de plug computer y la descripción de los dispositivos denominados Marvel plug:
“Una plug computer es una computadora pequeña del tipo servidor que pretende proveer
servicios basados en red dentro del hogar. Construida con un chip Marvel, la Marvel
plug permite cómputo de alto desempeño, siempre encendido, siempre conectado y
amigable al ambiente listo y disponible para desarrolladores. A diferencia de otros
dispositivos embebidos en el hogar, contiene un procesador de clase gigahert diseñado
para ofrecer desempeño de clase PC”.
“La plug computer es apta para compartir archivos, correr un media server, servicios de
respaldo y funciones de acceso remoto. Puede ser usado como puente entre dispositivos
de cómputo en el hogar y servicios basados en internet”.
En este proyecto la plug computer funcionará como un servidor y puente entre
los dispositivos X10
y la interfaz de usuario desarrollada para dispositivos
móviles que utilizará internet o la red local para comunicarse con el servidor.
Android
La interfaz de usuario para manipular el sistema será una aplicación para
teléfonos móviles que corren Android y que tienen conección a internet. Android
es un sistema operativo que se basa en Linux para dispositivos móviles
(smartphones), aunque también se encuentra disponible para su uso en tabletas
y PCs. Una de las ventajas de desarrollar software para Android es que puede
ser utilizado en una variedad de dispositivos y no tan solo en un modelo de
celular o fabricante en específico. Otra de las ventajas es que las herramientas
de desarrollo para Android son gratuitas y están disponibles para diferentes
versiones de Windows, Linux y Mac
Hasta este punto se revisaron los conceptos claves de los elementos que
integran el proyecto a realizar. La información analizada da una visión específica
de cómo funcionará el sistema domótico que será desarrollado y las aplicaciones
necesarias para integrar el acceso remoto mediante teléfonos inteligentes.
Justificación del método
El método de investigación que se utilizará para el desarrollo de este trabajo
será el método descriptivo con un enfoque cualitativo, porque se describirán en
su totalidad las características o requerimientos del sistema domótico y además
se detallará la realización de cada uno de los componentes del sistema.
Las [7] características importantes que definen este método, se presentan en las
siguientes referencias textuales:
“Los estudios descriptivos buscan especificar las propiedades importantes de personas,
grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que sea sometido a análisis (Dankhe,
1986). Miden y evalúan diversos aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno o
fenómenos a investigar. En un estudio descriptivo se selecciona una serie de cuestiones
y se mide cada una de ellas independientemente, para así, y valga la redundancia,
describir lo que se investiga.”
“Es necesario hacer notar que los estudios descriptivos miden
bien
independiente
los
conceptos
de
manera
más
o variables con los que tienen que ver. Aunque,
desde luego, pueden integrar las mediciones de cada una de dichas variables para decir
cómo es y se manifiesta el fenómeno de interés, su objetivo no es indicar cómo se
relacionan las variables medidas.”
Las propiedades mencionadas con anterioridad son las que hacen del método
descriptivo el procedimiento ideal para esta investigación porque se enfoca en
describir de forma exhaustiva el sujeto o fenómeno a investigar, en este caso el
sistema domótico y sus subsistemas.
Hipótesis
Es posible crear un sistema domótico flexible, robusto, con capacidades de
conección remota o local, con dispositivos móviles inteligentes y de bajo costo a
partir de tecnologías abiertas y de uso libre.
Objetivo
Desarrollar un sistema domótico flexible; que logre integrarse con otros sistemas
de este tipo, de fácil implementación; que no requiera de grandes cambios en la
infraestructura del hogar, con capacidad de conección remota o local con
dispositivos móviles, y que el coste de operación del sistema no sea significativo
o de gran impacto.
Pregunta de investigación
¿Cómo desarrollar un sistema domótico flexible, de fácil implementación, con
capacidades de conección remota y local con dispositivos móviles y de bajo
costo?
Cronograma de actividades
Expuestos los temas anteriores quedan sentadas las bases, la justificación y las
características del proyecto a realizar.
Bibliografía
[1] D.S. Campo, “Las Nuevas Tecnologías al servicio de los mayores”
tésis,
Universidad Jaume, Castellón de la Plana, España, 2005.
[2] Bticino , página web de la empresa [En línea]. Disponible:
http://www.bticino.com.mx/
[3] X10 México , página web de la empresa [En línea]. Disponible:
http://www.x10mexico.com/
[4] Andoid Zoom , Aplicaciones de domótica para Android [En línea].
Disponible:
http://www.androidzoom.com/android_applications/domotic
[5] S. Goodwin. Smart Home Automation with Linux. 1st ed. New York:
Apress 2010
[6] Plug Computers , Acerca de Plug Computers [En línea]. Disponible:
http://www.plugcomputer.org/about/
[7] R. H. Sampieri , C. F. Collado , P. B. Lucio. Metodología de la
Investigación. 1 ed. Colombia: McGrawHill 1997