CONTROL DOMÓTICO DE LA TEMPERATURA DOMÉSTICA PARA EL ÁREA DE TECNOLOGÍA DE LA ESO. Buisán Carrasco, Ismael. (Profesor de Tecnología del IES María Moliner (Puerto de Sagunto)) RESUMEN: Los aspectos que se van a tratar en la presente Unidad Didáctica corresponden a lo establecido por el nuevo currículo para el área de Tecnología de la ESO de cuarto curso. En este caso se desarrollarán no sólo aspectos de programación gráfica (simulación y adquisición), desarrollados con el programa LabVIEW, sino también el tratamiento de los datos adquiridos por medio de la hoja de cálculo Excel, y lo que es más importante, repercutir los valores adquiridos de temperatura sobre una tarjeta electrónica de control para que se detecten aquellos valores anómalos y así comunicarlo a un sistema electro-mecánico externo (accionamiento de un ventilador conectado a un enchufe a 220V en corriente alterna). La unidad didáctica planteada, ya ha sido aplicada con éxito en un grupo de 4º de la ESO en el IES María Moliner del Puerto de Sagunto. 1.- INTRODUCCIÓN: El objetivo final que se pretende alcanzar con la presente UD es el de complementar la realización del Proyecto “Instalación eléctrica de la Vivienda”, que se realiza en 3º de la ESO, con conocimientos básicos de automatización por ordenador de procesos industriales enfocados al confort en el “hogar”, es decir, a controlar la evolución de las temperaturas, entre otros aspectos, a lo largo del día, graficando dicha evolución y siendo capaces de desencadenar un cierto proceso mecánico – eléctrico cuando la tendencia de las temperaturas estén establecidas fuera de los parámetros que nosotros le especificamos y que constituyen los estándares de confort personal que cada cual puede establecer y modificar. 2.- CONTROL DOMÓTICO DE LA TEMPERATURA 2.1.- Objetivos: a)Desarrollo del programa de control mediante software (LabVIEW). Aquí serán definidos y modificados los distintos valores de control del sistema. Los datos de temperaturas introducidos corresponden a una secuencia aleatoria de valores que simulan un proceso de adquisición real. b)Desarrollo de los circuitos eléctricos (220 V en c.a), controlado desde el puerto paralelo del ordenador, a través de una tarjeta controladora (12 salidas 5 entradas), y que actuará sobre un relé que finalmente activa o desactiva un receptor conectado a un enchufe, en función de los estados del sistema. c)Desarrollo del sistema de análisis de las Temperaturas en Excel; tratamiento de la información obtenida. 2.2.- Procedimiento en el desarrollo de la unidad didáctica a) Programación gráfica: Los lenguajes de programación con entornos escritos suelen resultarle al alumno bastante complicados, perdiendo la idea final de lo que se pretende programar. Las necesidades actuales van más por entornos gráficos de programación, donde las órdenes e instrucciones a realizar se muestran en forma de símbolos intuitivos, de mayor facilidad de aprendizaje y sin perder el carácter de programación que se persigue. Por otro lado, los entornos gráficos de programación ofrecen la realidad de lo que se está utilizando hoy en día tanto en la industria como en los estudios universitarios. Los programas en LABVIEW son llamados instrumentos virtuales o VI´s, debido a que su apariencia y operación imita a los instrumentos físicos, tales como osciloscopios y multímetros. Labview posee un conjunto extenso de herramientas para adquisición, análisis, despliegue y almacenamiento de datos etc. Los VI´s de Labview poseen dos componentes: 1) El panel frontal, donde se encuentra la interfaz gráfica del instrumento que tratamos de crear y 2) El diagrama de bloques, que es donde se programa. La interfaz de usuario (panel frontal) la construiremos con controles e indicadores, constituyendo los primeros las entradas del sistema, mientras que los segundos son las salidas del mismo, que reflejan los valores instantáneos de la captación simulada de temperaturas. Tras el proceso de elaboración de la interfaz (panel frontal) los alumnos son capaces de crear un dispositivo de apariencia muy atractiva (fig.1) en el que se simula las distintas variaciones de temperatura, representadas de forma gráfica: Fig.1: interfaz creada por el alumno/a, donde aparecen las temperaturas máxima y mínima de confort, la Tª actual, la Tª media, salidas de la tarjeta a activar cuando se rebasan los límites de temperatura, a través del LPT1(378 hex) y leds de aviso de temperaturas anómalas. La programación gráfica que desarrollaron los alumnos y que constituye el núcleo de programación y de control de procesos se muestra a continuación.(Diagrama de bloques). Fig2: Diagrama de bloques correspondiente a la programación de control de Temperaturas. b) Aplicación de los esquemas electrónicos y de la tarjeta de control del proceso en función de los valores de las salidas: En este apartado, lo fundamental es interactuar a través del puerto paralelo del ordenador, de tal forma que cuando se superen, por arriba o por abajo, los límites que hemos establecido en la programación gráfica mediante Labview, se origine una orden a través de la conexión de DB-25 del LPT1, de tal manera que por medio de una tarjeta controladora, fabricada por los propios alumnos en cursos anteriores, con 5 entradas y 12 salidas, se pueda hacer funcionar de forma automática un relé que conecte o desconecte un circuito a 220V en ca. Fig.3 Esquema en el que se puede ver la forma de conexión de todos los elementos participantes en el sistema de control: Conexión DB-25(puerto paralelo del ordenador),ordenador, sistema de protección electrónico respecto al circuito de 220V en ca y toda la conexión del ventilador a controlar. Fig.4 . Placa controladora realizada por los alumnos de Tecnología en 4º curso de la ESO. Tiene 12 salidas y 5 entradas. El circuito electrónico de control del accionamiento del relé se representa en la fig.5, y está compuesto por los siguientes elementos: Los valores más importantes de los elementos propuestos en el circuito son: R1= 470 Ohmios; R2= 470 Ohmios; R3=2200 Ohmios; Optoacoplador = 4N37 Transistor = C547B LED Diodo de Unión (0,7V). Relé = 6V. + 2 Vcc R2 R1 O p t o a c o p la d o r DB25 1 9 2 3 6 5 4 D1 R e lé Led C NA NC R3 T r1 18 - Vcc Fig. 5: Sistema de protección electrónico del circuito de 220 en ca. c) Tratamiento de la información obtenida con la hoja de cálculo Excel: Uno de los objetivos más importantes de la Unidad Didáctica es el de realizar un estudio de los datos de temperatura que se obtienen en la simulación. Para ello se va a complementar el programa de software creado con Labview con herramientas de adquisición de datos, para finalmente recopilar éstos en una hoja de cálculo (Excel), con lo que se entronca el estudio con una potente herramienta ofimática de análisis de los datos obtenidos. Para mandar los datos que se generan con Labview a la hoja de cálculo utilizaremos la herramienta que a continuación se expone: Write to spreadsheet file: Función que vierte los datos obtenidos en el archivo que le especifiquemos, una vez acabada la adquisición. El objetivo es de tratar analíticamente los valores obtenidos, realizando cálculos estadísticos que ayuden al alumnado a enfrentarse a los parámetros estadísticos más relevantes y a su utilidad. La forma de conectar esta función es la que se muestra en la Fig.6: Fig6: Se muestra cómo se debe insertar la función “write to spreadsheet file” en el diagrama de bloques como forma de poder exportar los datos a un archivo para su posterior análisis. 3.- CONCLUSIONES: Se puede observar como la relación existente entre el área de Tecnología en la ESO y la Física es más que patente, constituyendo una pieza indispensable de sus contenidos; Si bien, el hecho diferenciador en los niveles básicos de enseñanza es que el carácter procedimental de la Tecnología hace que se deban diseñar siempre aplicaciones muy prácticas y actuales, como forma de enganchar a un alumnado cada vez más exigente en cuanto a aspectos tecnológicos, por lo que una práctica que combina todos los aspectos tratados en esta Unidad supondrá un éxito rotundo con alumnado ávido de este tipo de conocimientos.