PROYECTO MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES CASA DOMOTICA
WILSON DARIO DAZA KATERIN JACOME ACOSTA HOLMES GUERRERO ROJAS YAMITH RICARDO MORA
GRUPO: A
DARIO GARCIA HURTADO INGENIERO
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA PAMPLONA 2010
INTRODUCCIÓN La domótica es un concepto que se refiere a la integración de las distintas tecnologías en el hogar mediante el uso simultáneo de la electricidad, la electrónica, la informática y las telecomunicaciones. Su fin es mejorar la seguridad, el confort, la flexibilidad, las comunicaciones, el ahorro energético, facilitar el control integral de los sistemas para los usuarios y ofrecer nuevos servicios. Algunos de los áreas principales de la domótica son: · Automatización y Control - incluye el control (abrir / cerrar, on / off y regulación) de la iluminación, climatización, persianas y toldos, puertas y ventanas, cerraduras, riego, electrodomésticos, suministro de agua y gas etc. · Seguridad - incluye alarmas de intrusión, alarmas personales y alarmas técnicas (incendio, humo, agua, gas, fallo de suministro eléctrico). · Telecomunicaciones - incluye transmisión de voz y datos con redes locales (LAN) para compartir acceso de alta velocidad a Internet, recursos y el intercambio entre todos los equipos. Además permite disfrutar de nuevos servicios como Telefonía sobre IP y Televisión digital. · Audio y video - incluye la distribución de imágenes de video capturadas con cámaras dentro y fuera de la casa a toda la casa y a través de Internet. Otra parte de audio / video trata del entretenimiento como el multi-room y el "Cine En Casa". Con la integración de las específicas funcionalidades de estos sistemas se puede crear servicios de "valor añadido", como por ejemplo: · Automatización de eventos (apagar y encender iluminación exterior, riego, regular temperaturas etc.) · Escenarios tipo "Me voy de Casa" que con pulsar un botón podemos bajar todas las persianas, apagar toda la iluminación, armar la casa, bajar la temperatura; "Cine en Casa" que con un simple presión de un botón bajar las persianas del salón, bajar la luz a 25%, armar la planta baja, y encender el amplificador, el proyector y bajar la pantalla motorizada. "Cena" que regula la iluminación del salón y comedor, pone la música al fondo y enciende la iluminación de la terraza. · Avisos por teléfono, sms o email de la llegada o salida de terceros a la vivienda (hijos, asistenta, etc.) o por el contrario, la ausencia de actividad si se queda alguien en la vivienda (niños, ancianos, etc) en un determinado intervalo de tiempo Pero en nuestro proyecto solo se harán unas pequeñas demostraciones de una casa inteligente, ya que para hacer todo este proceso se llevaría mucho tiempo
ANTECEDENTES DEL PROBLEMA Los casas inteligentes han ido evolucionando a través del tiempo, en donde la automatización juega un papel muy importante, ya que sin ella no serían capaces de realizar sus funciones. Históricamente el hombre ha construido casas para crear un entorno controlado para poder vivir y trabajar. En la actualidad los casas deben ofrecer un ambiente ergonómico, con gran número de servicios y facilidades para sus usuarios. La noción de Casa Inteligente surgió a mediados de los años 80, ofreciendo un nuevo concepto para el diseño y construcción de casas. Los primeros trabajos sobre Casas Inteligentes abordan la integración de todos los aspectos de comunicación dentro del casa, tales como teléfono, comunicaciones por computadora, seguridad, control de todos los subsistemas del casa (calefacción, ventilación y aire acondicionado) y todas las formas de administración de la energía. Este enfoque reflejaba un alto grado de automatización, obtenido gracias a la integración de todos los sistemas, pero no implicaba la presencia de componentes que aplicaran técnicas de Inteligencia Artificial. Más aún, no existe consenso sobre la especificación de lo que debe ser u ofrecer un Casa Inteligente.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL Realizar una casa domotica utilizando un microcontrolador y algunos componentes electrónicos
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Diseñar el esquema de la casa domotica con el microcontrolador y los elementos electrónicos necesarios Dibujar el plano del interior de la casa domotica Programar el microcontrolador con las operaciones necesarias para el funcionamiento de la casa domotica Simular el microcontrolador en proteus para verificar su funcionamiento. Hacer el montaje del microcontrolador con sus componentes electrónicos en una váquela. Presentar una maqueta basada en el plano para mostrar el comportamiento de la casa domotica.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El principal problema que se hacen presentes en “CASAS INTELIGENTES” es que no hay personas que inviertan en la construcción de estos casas ya que desconocen por completo las ventajas que estos ofrecen. Debido a esto el avance en la realización de proyectos como lo son los “CASAS INTELIGENTES” se pueden ver truncados.
Es importante dar a conocer a la sociedad las grandes satisfacciones que pueden traer en el futuro la realización de Anteproyectos basados en “CASAS INTELIGENTE”, mediante la inversión
JUSTIFICACION Una casa inteligente busca hacer más eficiente los sistemas de audio y video, seguridad, iluminación, comunicaciones y automatización. La automatización del hogar empezó a permear a todos los niveles y dejó de ser un privilegio. Estos procesos hacen más fácil la vida de los inquilinos y permiten ahorros importantes. El concepto de casa inteligente se confunde con vivienda para ricos, pero no es así, pues los sistemas de seguridad o para el ahorro de energía están abiertos a todos los estratos socioeconómicos. si bien esta tecnología no es barata, la gente puede automatizar su hogar poco a poco, empezando, por ejemplo, con la iluminación. la ventaja de estos productos es que buscan economizar electricidad brindándole a la comunidad mas beneficios para la satisfacción del ser humano. Nuestro propósito es aprovechar la tecnología para garantizar mejor calidad de vida, basándonos en algunos conceptos y aplicarlos para tener éxito en la evolución del proyecto, presentando una pequeña maqueta para motivar al ser humano a adoptar de esto para su calidad de vida.
MARCO TEORICO
COMUCACION SERIAL
La comunicación serial consiste en el envío de un bit de información de manera secuencial, ésto es, un bit a la vez y a un ritmo acordado entre el emisior y el receptor. La comunicación serial en computadores ha seguido los estándares definidos en 1969 por el RS-232 (Recommended Standard 232) que establece niveles de voltaje, velocidad de transmisión de los datos, etc. Por ejemplo, este protocolo establece un nivel de -12v como un uno lógico y un nivel de voltaje de +12v como un cero lógico (por su parte, los microcontroladores emplean por lo general 5v como un uno lógico y 0v como un cero lógico). Existen en la actualidad diferentes ejemplos de puertos que comunican información de manera serial (un bit a la vez). El conocido como “ puerto serial ” ha
sido gradualmente reemplazado por el puerto USB (Universal Serial Bus) que permite mayor versatilidad en la conexión de múltiples dispositivos. Aunque en naturaleza serial, no suele referenciarse de esta manera ya que sigue sus propios estándares y no los establecidos por el RS-232.
SOFTWARE DE LA INTERFAZ LABVIEW
LabVIEW de National Instruments proporciona un potente entorno de desarrollo gráfico para el diseño de aplicaciones de adquisición de datos, análisis de medidas y presentación de datos, ofreciendo una gran flexibilidad gracias a un lenguaje de programación sin la complejidad de las herramientas de desarrollo tradicionales.
VISI N GENERAL LabVIEW es una herramienta de software líder en la industria para pruebas de diseño, medida y sistemas de control. Desde su introducción en 1986, ingenieros y científicos alrededor del mundo que han confiado, durante todo el ciclo de diseño, en el desarrollo gráfico de proyectos de NI LabVIEW han logrado mejor calidad, acortar tiempos de mercado y mejorar la eficiencia de la ingeniería y manufactura. Usted puede aumentar la productividad en toda su organización al
usar el entorno integrado de LabVIEW para establecer una interfaz con señales de tiempo real, analizar datos para información significativa y compartir resultados. Como que LabVIEW posee la flexibilidad de un lenguaje de programación, combinado con herramientas adicionales diseñadas específicamente para test, medida y control, usted puede crear aplicaciones que van desde la simple monitorización de temperatura hasta la simulación y diseño de sistemas de control. Sin importar de qué proyecto se trate, LabVIEW tiene las herramientas necesarias para que usted tenga éxito rápidamente.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Intuitivo lenguaje de programación gráfico para ingenieros y científicos Herramientas de desarrollo y librerías de alto nivel específicas para aplicaciones Cientos de funciones para E/S, control, análisis y presentación de datos Despliegue en ordenadores personales, móviles, industriales y sistemas de computación empotrados
DIODO
Un diodo (del griego: dos caminos ) es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores , ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest. Diodo in4001
diodo in4003
ULN 20803
Dentro del ULN2803 se encuentran 8 transistores NPN Darlington. Es un circuito integrado ideal para ser empleado como interfaz entre las salidas de un PIC o cualquier integrante de las familias TTL o CMOS y dispositivos que necesiten una corriente más elevada para funcionar, como por ejemplo, un rele. Todas sus salidas son a colector abierto y se dispone de un diodo para evitar las corrientes inversas. El modelo ULN2803 esta especialmente diseñado para ser compatible con entradas TTL, mientras que el modelo ULN2804 está optimizado para voltajes entre 6 y 15 volt, tipicos de la familia CMOS. En uControl hemos utilizado este integrado en algunos proyectos, como en el Módulo Reles x 8 que forma parte del PIC TRAINER.
Pinout del integrado.
Cada una de las 8 secciones que componen al ULN2803 o ULN2804 pueden verse en el diagrama siguiente_
I Interior del integrado
ZUMBADOR
Zumbador , buzzer en inglés, es un dispositivo electrónico que produce un sonido o zumbido continuo o intermitente de un mismo tono. Sirve como mecanismo de señalización o aviso, y son utilizados en múltiples sistemas como en automóviles o en electrodomésticos. Inicialmente este dispositivo estaba basado en un sistema electromecánico que era similar a una campana eléctrica pero sin el badajo metalico, el cual imitaba el sonido de una campana.
Funcionamiento Su construcción consta de dos elementos, un electroimán y una lámina metálica de acero. El zumbador puede ser conectado a circuitos integrados especiales para así lograr distintos tonos. Cuando se acciona, la corriente pasa por la bobina del electroimán y produce un campo magnético variable que hace vibrar la lámina de acero sobre la armadura.
MOTORES PASO A PASO (STEPPER MOTORS)
Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°.
Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas está energizada, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.
Bipolar: Estos tiene generalmente cuatro cables de salida (ver figura 1). Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. En figura 3 podemos apreciar un ejemplo de control de estos motores mediante el uso de un puente en H (H-Bridge). Como se aprecia, será necesario un HBridge por cada bobina del motor, es decir que para controlar un motor Paso a Paso de 4 cables (dos bobinas), necesitaremos usar dos H-Bridges iguales al de la figura 3 . El circuito de la figura 3 es a modo ilustrativo y no corresponde con exactitud a un H-Bridge. En general es recomendable el uso de H-Bridge integrados como son los casos del L293 (ver figura 3 bis).
TIP31
A TIP31 es un de tipo standard de NPN transistor de ensambladura bipolar utilizado para los usos lineares de la conmutación de la energía media. Un TIP31 es complementario a un transistor bipolar de TIP32 PNP. Los transistores TIP31 se señalan a menudo como TIP31A, TIP31B, TIP31C. Estas designaciones adicionales indican voltajes de aumento del emisor del collector-base y del colector.
SENSOR CNY70
El CNY70 es un sensor de infrarrojos de corto alcance basado en un emisor de luzy un receptor, ambos apuntando en la misma dirección, y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexión del objeto, y la detección del rayo reflectado por el receptor.
Vista externa y circuitos internos del sensor CNY70 El CNY70 tiene cuatro pines de conexión. Dos de ellos se corresponden con el ánado y cátodo del emisor, y las otras dos se corresponde con el colector y el emisor del receptor. Los valores de las resistencias son típicamente 10K ohmios para el receptor y 220 ohmios para el emisor.
Diferentes posibilidades de montaje del CNY70 Es importante fijarse bien en el lateral donde aparece el nombre del sensor, para identificar correctamente cada uno de los pines.
Patillaje del CNY70
Manejo del sensor El CNY70 devuelve por la pata de salida correspondiente, según el montaje, un voltaje relacionado con la cantidad de rayo reflectado por el objeto. Para el montaje A, se leerá del emisor un '1' cuando se refleje luz y un '0' cuando no se refleje. Para el montaje B los valores se leen del colector, y son los contrarios al montaje A. Si conectamos la salida a una entrada digital del microcontrolador, entonces obtenedremos un '1' o un '0' en función del nivel al que el microcontrolador establece la distinción entre ambos niveles lógicos. Este nivel se puede controlar introduciendo un buffer trigger-schmitt (por ejemplo el 74HC14, ¡ojo que es un inversor!) entre la salida del CNY70 y la entrada del microcontrolador. Este sistema es el que se emplea para distinguir entre blanco y negro, en la conocida aplicación del robot seguidor de línea. Otra posibilidad es conectar la salida a una entrada analógica. De este modo, mediante un conversor A/D se pueden obtener distintos valores. Esto permite la detección dinámica de blanco y negro (muy útil cuando el recorrido presenta alteraciones en la iluminación). Pero también, si empleamos el sensor con objetos de distintos color, establecer un mecanismo para la detección de los distintos colores, determinando los valores marginales que separan unos colores de otros.
Esto permite emplear el sensor para alguna aplicación donde la detección del color sea necesaria
PIC16F877A Caraterísticas: Memoria de Programa tipo Flash 8Kx14 Memoria Datos 368 bytes EEPROM 256 bytes 33 pines de Entrada/Salida Encapsulado: 40 pines DIP, 44 pines PLCC y 44 pines TQFP Soporta Xtal 20MHz Voltaje de Operación: 2.0 hasta 5.5VDC
Periféricos: 1 Conversor A/D de 10-bits (8 canales) 2 Módulos CCP (Captura, Comparador, PWM) 1 Modulo I 2C 1 USART (Puerto Serie) 2 Timers de 8 bits 1 Timer 16 bits