Memoria SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA VIVIENDA PFC presentado para optar al título de Ingeniero Técnico Industrial especialidad ELECTRÓNICA INDUSTRIAL por David Garcia Plaza Barcelona, 12 de Enero de 2011 Tutor proyecto: Manuel Manzanares Brotons Departamento de Ingeniería Electrónica (DEEL) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ÍNDICE MEMORIA Índice memoria …………………………………………………………………………………………… Capítulo 1: Objeto del proyecto …………………………………………… 1 7 1.1. Diseño de una casa domótica ………………………………………………… 7 1.2. Realización de varios …………………………………………………………………………… módulos 8 1.3. Sistema de visualización y control ……………………………………… 8 …………………………………… 9 Capítulo 2: Motivación y justificación 2.1. 2.2. Pasado, presente y futuro de las viviendas domóticas …………… 9 ¿Por qué es importante la aplicación de las viviendas domóticas? 10 Capítulo 3: Especificaciones básicas 3.1. Control de temperatura ……………………………………… 11 …………………………………………………………… 11 3.1.1. Calefacción por suelo radiante ………………………………………………… 11 …………………………………………… 12 ………………………………………… 12 ……………………………………………………… 13 3.1.2. Características del suelo radiante 3.1.3. Fuentes de calor del suelo radiante 3.1.4. Ventajas del suelo radiante 3.1.5. Inconvenientes del suelo radiante 3.1.6. Composición del suelo radiante ………………………………………… 15 ……………………………………………… 15 3.1.7. Calefacción por suelo radiante en la vivienda 3.1.8. Distribución sensores en la vivienda 3.2. ……………………… 16 ………………………………………… 17 Sistema de protección por ausencia (SPA) 3.2.1. Configuración SPA ……………………………… 18 …………………………………………………………………… 18 ……………………………………………………………… 21 3.2.2. Funcionamiento SPA 3.2.3. Distribución de elementos en la vivienda 3.3. Control de ventanas y puertas ……………………………… 21 ………………………………………………… 22 3.3.1. Funcionamiento del control de ventanas y puertas ………………… 23 ……………………………………… 23 ……………………………………………………………………… 24 3.3.2. Distribución sensores en la vivienda 3.4. Control de luz 3.4.1. Funcionamiento de control de luz ……………………………………… 25 3.4.2. Distribución sensores en la vivienda ……………………………………… 25 3.5. Sistema de simulación de presencia (SSP) 3.5.1. Funcionamiento SSP …………………………… 26 …………………………………………………………… 26 3.5.2. Distribución sensores en la vivienda Capítulo 4: Hardware ……………………………………… 26 …………………………………………………………… 29 4.1. Diagrama general ……………………………………………………………………… 4.2. Control de temperatura 4.3. Sistema de protección por ausencia (SPA) …………………………………………………………… -1- ……………………………… 29 30 30 4.4. Control de ventanas y puertas 4.5. Control de luz 4.6. Sistema de simulación de presencia (SSP) Capítulo 5: Simulaciones ………………………………………………… 31 ……………………………………………………………………… 32 ……………………………… 33 ……………………………………………………… 35 5.1. Programas utilizados ……………………………………………………………… 35 5.2. Control de temperatura …………………………………………………………… 36 5.2.1. Sensor de temperatura ………………………………………………………………… 38 …………………………………………………………………………………… 39 5.2.2. Visualización 5.2.3. Elección de estación ………………………………………………………………………… 40 5.2.4. Sistema de calefacción ………………………………………………………………… 41 5.2.5. Sistema de ventilación ………………………………………………………………… 43 …………………………………………………………………………… 45 5.3. Control de luz 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 5.4.1. Entorno de visualización 5.4.2. Control de luz 53 ……………………………………………………… 55 ……………………………………………………………………… 56 5.4.3. Control de puertas y ventanas ……………………………………………… 5.4.4. Sistema de simulación por presencia (SSP) ………………………… 63 …………………… 66 ……………………………………………… 69 5.4.5. Sistema de protección por ausencia (SPA) Capítulo 6: Sistema de visualización 60 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 ……………………… 70 6.2.3. Cambio de contraseñas ……………………………………………………… 71 6.2.4. Cambio de consignas ……………………………………………………… 72 …………………………………………………………………………… 73 ………………………………………………………………… 74 6.2.2. Control de acceso para cambio de consignas 6.2.5. Historial 6.3. Control de luz 6.4. Sistemas SSP, SPA, control de luz, control puertas y ventanas Capítulo 7: Cálculos y justificaciones 7.1. ………………………………………… 77 …………………………………………………… 77 ……………………………………………………………………………… 77 Control de temperatura 7.1.1. LM35DZ 7.1.2. Resistencias de protección 7.1.3. MOC3021 76 …………………………………………………… 78 ……………………………………………………………………………… 78 7.1.4. Circuito de calefacción …………………………………………………………… 79 7.1.5. Circuito de ventilación …………………………………………………………… 79 ……………………………………………………………………… 80 ……………………………………………………………………………… 80 7.2. Control de luz 7.2.1. UA741CN 7.2.2. Pulso de disparo …………………………………………………………………… -2- 81 7.3. Control vivienda …………………………………………………………………… 81 ……………………………………………………………… 81 7.3.1. Multiplexor SN74151 7.3.2. Control de luz automático ……………………………………………………… 82 ….……………………………………………………… 83 ………………………………………………………………………………… 83 Capítulo 8: Normativa 8.1. CENELEC 8.1.1. Comité técnico 205 …………………………………………………………………… 83 8.1.2. Normas publicadas ………………………………………………………………… 83 ………………………………………………………………………………………… 84 8.2. CEN 8.2.1. Comité técnico 247 …………………………………………………………………… 84 8.2.2. Normas publicadas ………………………………………………………………… 84 ………………………………………………………………………………… 84 …………………………………………………………………………… 84 8.3. ISO/IEC 8.3.1. Subcomité 25 8.3.2. Normas publicadas Capítulo 9: Bibliografía 9.1. …………………………………………………………………… 84 ………………………………………………………… 85 Bibliografía de consulta …………………………………………………………… 85 ……………………………………………………………………………… 85 ………………………………………………………………………………………… 86 9.1.1. Páginas web 9.1.2. Libros -3- -4- 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. -5- -6- 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. -7- David Garcia Plaza 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. -8- CAPÍTULO 2: MOTIVACIÓN Y JUSTIFICACIÓN 2.1. Pasado, presente y viviendas domóticas futuro de las 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,...). -9- David Garcia Plaza 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. - 10 - 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. - 11 - David Garcia Plaza 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 - 12 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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 - 13 - David Garcia Plaza 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 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 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. - Aislamiento: 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 paredes. 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 atacado por la corrosión. La dilatación térmica del tubo no perjudica al pavimento. - 14 - Sistema de gestión domótica de una vivienda - 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. - 15 - David Garcia Plaza 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 JARDÍN COCINA LAVABO 1 HABITACIÓN 1 COMEDOR – SALA DE ESTAR HABITACIÓN 2 HABITACIÓN 3 ESTUDIO Figura 4. Distribución del suelo radiante. - 16 - LAVABO 2 Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. GARAJE JARDÍN COCINA LAVABO 1 HABITACIÓN 1 COMEDOR – SALA DE ESTAR HABITACIÓN 2 HABITACIÓN 3 ESTUDIO LAVABO 2 Figura 5. Distribución de sensores dentro de la vivienda. - 17 - David Garcia Plaza 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 2 3 4 5 6 7 8 Microondas Horno Lavavajillas Lavadora Secadora Nevera Televisor Luz Cocina Desconectado Desconectado Conectado Conectado Conectado Conectado Desconectado 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 - 18 - Sistema de gestión domótica de una vivienda hecha. Finalmente no desconectaremos elementos que necesitan estar alimentados siempre como pueden ser la nevera o el congelador. Comedor Tabla 2. Elementos del comedor. Número Elemento Estado 9 9 9 10 11 Conectado Conectado Conectado Desconectado Desconectado Televisor DVD TDT Luces Comedor Lámpara Lectura 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. Número Elemento Estado 12 13 14 Conexionado Ordenador Lámpara Luz Estudio Conectado Desconectado 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. Número Elemento Estado 15 16 17 Conexionado Ordenador Lámpara Luz Habitación 1 Conectado Desconectado Desconectado - 19 - David Garcia Plaza Habitación 2 Tabla 5. Elementos de la habitación 2. Número Elemento Estado 18 19 20 Televisor Lámpara 1 y 2 Luz Habitación 2 Desconectado Desconectado Desconectado Habitación 3 Tabla 6. Elementos de la habitación 3. Número Elemento Estado 21 22 23 Conexionado Ordenador Lámpara Luz Habitación 3 Conectado Desconectado 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. Número Elemento Estado 24 25 Desconectada Desconectado Luz Espejo Luz Lavabo 1 Lavabo 2 Tabla 8. Elementos del lavabo 2. Número Elemento Estado 26 27 Desconectada Desconectado Luz Espejo Luz Lavabo 2 - 20 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. Número Elemento Estado 28 Luz Garaje Desconectada Tendremos una única luz que iluminará el interior del garaje. Jardín Tabla 10. Elementos del jardín. Número 29 30 Elemento Estado Luces Jardín Luces Piscina Conectadas 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. - 21 - David Garcia Plaza 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. - 22 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. 3.3.2. Distribución sensores en la vivienda 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ventana Garaje Puerta Garaje Puerta Calle Garaje Ventana Cocina Ventana Habitación 2 Ventana Habitación 3 Ventana Estudio Ventana Lavabo 1 Ventana Lavabo 2 Ventana Comedor Puerta Principal Puerta Principal Calle Puerta Jardín 1 Puerta Jardín 2 Ventana Puerta Puerta Ventana Ventana Ventana Ventana Ventana Ventana Ventana Puerta Puerta Puerta 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. - 23 - David Garcia Plaza 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. - 24 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. 3.4.2. Distribución sensores en la vivienda 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. - 25 - David Garcia Plaza 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. 3.5.2. Distribución sensores en la vivienda 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. - 26 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 27 - - 28 - CAPÍTULO 4: HARDWARE 4.1. Diagrama general En el siguiente diagrama podemos observar las partes diferenciadas del proyecto. Figura 10. Diagrama general. - 29 - David Garcia Plaza 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. - 30 - Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 12. Diagrama SPA. 4.4. 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 estado. 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 control. - 31 - David Garcia Plaza Figura 13. Diagrama control de ventanas y puertas. 4.5. 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 la bombilla. - 32 - Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 14. Diagrama control de luz. 4.6. Sistema de simulación de presencia (SSP) El 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 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 si se ha detectado presencia en el exterior mediante una señal luminosa. Figura 15. Diagrama control de luz. - 33 - - 34 - 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. - 35 - David Garcia Plaza 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. - 36 - Sistema de gestión domótica de una vivienda Visualización Sistema de Calefacción Sensor de Temperatura Elección de estación Figura 16. Circuito de control de temperatura - 37 - Sistema de Ventilación David Garcia Plaza 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 Simulación Real (ºC) (mV) (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 - 38 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 5.2.2. 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 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. - 39 - David Garcia Plaza 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. - 40 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 41 - David Garcia Plaza 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. - 42 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 43 - David Garcia Plaza 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. - 44 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 45 - David Garcia Plaza +12V TR1 F1 1 J1 3 1A 4 R1 U1 10k 230V Comunicación serie 7 2 1 D1 3 2 5 6 J4 2 R2 Detección paso por cero 1 6 2 7 3 8 4 9 5 1N4004 4 1 5 TRAN-230-12-Alterna R3 UA741CN 10k VCC 8.2k -12V R4 Q2 R15 10k CONN-D9F BC557B 10k R16 VCC 1k VCC X1 VCC R17 FREQ=4MHz R5 1k R6 1k LDR1 1.0 LDR 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 R7 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R8 10k RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT VCC 1k 4k7 U2 13 14 PIC16F877A 33 34 35 36 37 38 39 40 R19 1k Q3 15 16 17 18 23 24 25 26 BC547B 19 20 21 22 27 28 29 30 R18 10k Sistema control de disparo D2 1N4148 VCC F2 R11 1 U3 6 100R 2 R9 R12 R13 390R 470R 1A R14 J2 39R 4 1 2 U4 MOC3021 100R BT136 Q1 C1 C2 BC547B 100n 10n J3 LAMPARA R10 100R 1 2 Sensor de luminosidad Figura 24. Simulación con Proteus de control de luz. - 46 - 230V Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. +12V R1(1) A R1 B 7 U1 10k C D1 3 D 6 2 R2 10k 4 1 5 1N4004 R3 UA741 8.2k -12V R4 10k Figura 25. Simulación con Proteus de sincronismo. Figura 26. Pantalla osciloscopio con sincronismo. - 47 - David Garcia Plaza 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. +12V R1(1) R1 7 U1 10k D1 3 6 2 4 1 5 1N4004 R2 R3 UA741 10k 8.2k -12V A B C R4 D 10k VCC R5 1k R6 1k U2 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 VCC R8 10k RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 PIC16F877A Figura 27. Simulación con Proteus control de luz. - 48 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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 - - 49 - David Garcia Plaza 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. - 50 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 25% de luminosidad Figura 30. Pantalla osciloscopio a 25% de luminosidad. 50% de luminosidad Figura 31. Pantalla osciloscopio a 50% de luminosidad. - 51 - David Garcia Plaza 75% de luminosidad Figura 32. Pantalla osciloscopio a 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. - 52 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 53 - David Garcia Plaza VCC LUZ_COCINA R8 180R SW-SPDT LUZ_GARAJE R9 180R SW-SPDT R10 LUZ_HABITACION1 180R SW-SPDT R11 LUZ_HABITACION2 180R SW-SPDT R12 LUZ_HABITACION3 180R SW-SPDT R13 U5 5 Control de puertas y ventanas VCC Y 6 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Y P_PRINCIPAL R1 A B C 180R SW-SPDT E P_GARAJE 4 3 2 1 15 14 13 12 Control de luz SW-SPDT LUZ_COMEDOR R14 180R SW-SPDT VCC 11 10 9 7 74151 R2 LUZ_ESTUDIO 180R R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 180R 180R 180R 180R 180R 180R 180R 180R SW-SPDT V_HABITACION2 R3 U1 180R V_HABITACION3 R4 180R SW-SPDT V_ESTUDIO 13 14 U2 SW-SPDT R5 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 180R SW-SPDT V_COMEDOR R6 180R 7 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Y Y 5 2 3 4 5 6 7 6 8 9 10 A B C 1 E 74151 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT SW-SPDT V_GARAJE RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R7 180R SW-SPDT R22 33 34 35 36 37 38 39 40 Q3 Q4 Q5 BC547 BC547 BC547 BC547 LUZ_1 LUZ_2 LUZ_3 LUZ_4 LUZ_5 COCINA GARAJE HAB1 HAB2 HAB3 19 20 21 22 27 28 29 30 SPA P1 R28 180R R23 VCC 180R SPP SPA LED-GREEN R24 R29 180R 180R ALARMA SW-SPDT Q6 BC547 BC547 LUZ_6 LUZ7 COMEDOR PIC16F877A SW-SPDT Q7 ESTUDIO VCC SW-SPDT R25 1 6 2 7 3 8 4 9 DCD DSR RXD RTS TXD CTS DTR RI ERROR COMPIM BUZON SW-SPDT 180R SENSOR1 SPP Q2 BC547 15 16 17 18 23 24 25 26 180R D1 Q1 SW-SPDT R26 180R SENSOR2 SW-SPDT R27 180R SENSOR3 SW-SPDT - 54 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 55 - David Garcia Plaza 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. LUZ_COCINA R8 180R 180R R10 180R R11 180R R12 180R R13 U5 5 6 Y Y X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C E 4 3 2 1 15 14 13 12 SW-SPDT LUZ_GARAJE R9 180R SW-SPDT LUZ_HABITACION1 SW-SPDT LUZ_HABITACION2 SW-SPDT LUZ_HABITACION3 SW-SPDT LUZ_ESTUDIO SW-SPDT LUZ_COMEDOR R14 180R SW-SPDT VCC 11 10 9 7 74151 R15 180R R16 180R R17 180R R18 180R R19 180R Q1 BC547 Q2 BC547 Q3 BC547 Q4 BC547 Q5 BC547 LUZ_1 COCINA LUZ_2 GARAJE LUZ_3 HAB1 LUZ_4 HAB2 U1 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RB0/INT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R22 180R 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 Figura 33. Esquema Proteus control de luz. PIC16F877A VCC R23 180R R28 180R VCC - 56 - LUZ_5 HAB3 R20 180R R21 180R Q7 BC547 Q6 BC547 LUZ_6 ESTUDIO LUZ7 COMEDOR Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. Figura 35. Control de luz. 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. - 57 - David Garcia Plaza VCC LUZ_COCINA R8 180R SW-SPDT LUZ_GARAJE R9 180R R10 180R 180R R12 180R 5 6 Y R13 Y X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C E 74151 4 3 2 1 15 14 13 12 LUZ_HABITACION1 SW-SPDT R11 U5 SW-SPDT 180R LUZ_HABITACION2 SW-SPDT LUZ_HABITACION3 SW-SPDT LUZ_ESTUDIO SW-SPDT LUZ_COMEDOR R14 180R SW-SPDT VCC 11 10 9 7 R15 180R R16 180R R17 180R R18 180R R19 180R Q1 BC547 Q2 BC547 Q3 BC547 Q4 BC547 Q5 BC547 LUZ_1 COCINA LUZ_2 GARAJE LUZ_3 HAB1 LUZ_4 HAB2 LUZ_5 HAB3 R20 180R R21 180R Q7 BC547 Q6 BC547 LUZ_6 ESTUDIO LUZ7 COMEDOR U1 13 14 U2 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Y Y 5 2 3 4 5 6 7 6 8 9 10 A B C 1 E 74151 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RB0/INT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R22 180R 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 Figura 36. Esquema Proteus ejemplo control de luz. PIC16F877A 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. - 58 - Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 37. Control de luz. 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. VCC LUZ_COCINA R8 180R 180R R10 180R R11 180R R12 180R R13 U5 5 6 Y Y X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C E 74151 4 3 2 1 15 14 13 12 SW-SPDT LUZ_GARAJE R9 180R SW-SPDT LUZ_HABITACION1 SW-SPDT LUZ_HABITACION2 SW-SPDT LUZ_HABITACION3 SW-SPDT LUZ_ESTUDIO SW-SPDT LUZ_COMEDOR R14 180R SW-SPDT VCC 11 10 9 7 R15 180R R16 180R R17 180R R18 180R R19 180R Q1 BC547 Q2 BC547 Q3 BC547 Q4 BC547 Q5 BC547 LUZ_1 COCINA LUZ_2 GARAJE LUZ_3 HAB1 LUZ_4 HAB2 LUZ_5 HAB3 R20 180R R21 180R Q7 BC547 Q6 BC547 LUZ_6 ESTUDIO Figura 38. Esquema Proteus ejemplo control de luz. - 59 - LUZ7 COMEDOR David Garcia Plaza 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. VCC P_PRINCIPAL R1 180R SW-SPDT P_GARAJE R2 180R SW-SPDT V_HABITACION2 R3 180R SW-SPDT V_HABITACION3 R4 180R SW-SPDT V_ESTUDIO SW-SPDT R5 180R V_COMEDOR R6 180R SW-SPDT V_GARAJE SW-SPDT U1 13 14 U2 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C E 74151 Y Y 5 6 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R7 180R 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 PIC16F877A VCC 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. - 60 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. VCC P_PRINCIPAL R1 180R SW-SPDT P_GARAJE R2 180R SW-SPDT V_HABITACION2 R3 U1 180R SW-SPDT V_HABITACION3 R4 4 3 2 1 15 14 13 12 180R SW-SPDT V_ESTUDIO SW-SPDT R5 11 10 9 180R V_COMEDOR R6 SW-SPDT V_GARAJE SW-SPDT 13 14 U2 7 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C E 74151 180R Y Y 5 6 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R7 180R PIC16F877A Figura 42. Esquema Proteus control puertas y ventanas. - 61 - 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 David Garcia Plaza 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. - 62 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. U1 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R22 180R D1 LED-GREEN 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 P1 1 6 2 7 3 8 4 9 PIC16F877A VCC SPP SW-SPDT ALARMA SW-SPDT SENSOR1 R23 180R DCD DSR RXD RTS TXD CTS DTR RI ERROR R24 180R COMPIM R25 180R SW-SPDT SENSOR2 R26 180R SW-SPDT SENSOR3 R27 180R SW-SPDT 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. - 63 - David Garcia Plaza 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. U1 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R22 180R D1 LED-GREEN 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 PIC16F877A VCC SPP SW-SPDT ALARMA SW-SPDT SENSOR1 R23 180R R24 180R R25 180R SW-SPDT SENSOR2 R26 180R SW-SPDT SENSOR3 R27 180R SW-SPDT Figura 47. Ejemplo sistema SSP. - 64 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 65 - David Garcia Plaza 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 - 66 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 67 - David Garcia Plaza VCC LUZ_COCINA R8 180R SW-SPDT LUZ_GARAJE R9 180R SW-SPDT R10 LUZ_HABITACION1 180R SW-SPDT R11 LUZ_HABITACION2 180R SW-SPDT R12 LUZ_HABITACION3 180R SW-SPDT R13 U5 5 6 Y Y X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C E 74151 4 3 2 1 15 14 13 12 LUZ_ESTUDIO 180R SW-SPDT LUZ_COMEDOR R14 180R SW-SPDT VCC 11 10 9 7 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 180R 180R 180R 180R 180R 180R 180R Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 BC547 BC547 BC547 BC547 BC547 LUZ_1 LUZ_2 LUZ_3 LUZ_4 LUZ_5 COCINA GARAJE HAB1 HAB2 HAB3 Q7 Q6 BC547 BC547 LUZ_6 ESTUDIO LUZ7 COMEDOR Figura 52. Ejemplo SPA activado. - 68 - 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. - 69 - David Garcia Plaza 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. - 70 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 71 - David Garcia Plaza 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. - 72 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. 35 30 25 20 15 10 5 1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 0 Figura 59. Gráfica Historial. - 73 - David Garcia Plaza 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. - 74 - Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 61. Control y visualización de la luz. 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. Figura 62. Control y visualización de la luz. - 75 - David Garcia Plaza Figura 63. Control y visualización de la luz. 6.4. Sistemas SSP, SPA, puertas y ventanas. control de luz La parte de visualización de estos sistemas ya se ha mostrado anteriormente en el apartado de simulaciones, para facilitar la comprensión de este apartado - 76 - 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. - 77 - David Garcia Plaza 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) (2) 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 (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. - 78 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. (5) Por lo que la potencia que disipara cada resistencia es, (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 - 79 - David Garcia Plaza 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. - 80 - Sistema de gestión domótica de una vivienda 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. - 81 - David Garcia Plaza U3 4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Y Y 5 6 A B C E 74151 Figura 68. Pulso de disparo. 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. Figura 69. Pulso de disparo. 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. - 82 - 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, - 83 - David Garcia Plaza 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. 8.2.2. Normas publicadas 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. 8.3.2. Normas publicadas 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. - 84 - 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/27456d1237645692lm35-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-conlm35-y-lcd-2x16/?wap2 http://www.ucontrol.com.ar/forosmf/programacion-en-asm/medidor-de-temperatura-con-ellm35-con-decimos/ http://todopic.mforos.com/46840/4390762-convertir-asm-en-c/ http://www.idesaelectronic.com/instalacion.aspx - 85 - David Garcia Plaza http://www.taringa.net/posts/downloads/1088351/Dise%C3%B1o-de-interioresProgramas_.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-paraMicrocontroladores-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. - 86 -