UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA
TESIS
“DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DEMÓTICO EN UN HOGAR ” PARA OBTENER EL TÍTULO EN INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
MINERAL DE LA REFORMA, HGO. NOVIEMBRE DEL 2012
ÍNDICE CAPITULO I: INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1 I.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1 I.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................................... 2 I.3. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................... 3 I.3.1. Objetivos específicos ......................................................................................................... 3
I.4. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................................... 4 I.4.1. Delimitación del sistema................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................. ............... 5
I.5. VARIABLES DE ESTUDIO ........................................................................................................ 5 I.6. FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS .............................................................................................. 6 I.7. METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 6 CAPITULO II: MARCO TEORICO ...................................................................................................... 7 II.1. AUTOMATIZACIÓN ................................................................................................................. 7 II.1.1. Concepto ........................................................................................................................... 7 II.1.2.Sistema automatizado ........................................................................................................ 8 II.1.3. Objetivos de la automatización ......................................................................................... 8 II.1.4. Elementos de la automatización ....................................................................................... 9 II.1.5. La automatización en la industria ................................. ............... ................................... .................................. .................................. ................. 10 II.1.6. La automatización y la sociedad ..................................................................................... 12
II.2. DOMÓTICA ............................................................................................................................ 12 II.2.1. II.2.2. II.2.3. II.2.4. II.2.5. II.2.6. II.2.7.
Historia de la Domótica ................................................................................................... 12 Concepto ......................................................................................................................... 14 Servicios que ofrece la Domótica ................................. ............... ................................... .................................. .................................. ................. 15 Accesibilidad.................................................................................................................... 17 Elementos de la Domótica .............................................................................................. 17 Requisitos en la Domótica ................................... ................. ................................... ................................... .................................... ......................... ....... 18 Protocolos en la Domótica .............................................................................................. 18
II.2.7.1. Protocolo de comunicación Lonworks ..................................................................................... 18 II.2.7.2. Protocolo de comunicación X10.................... .......... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... .......... 19 II.2.7.3. Protocolo de comunicación EIB .............................................................................................. 20
II.3 DISPOSITIVOS ....................................................................................................................... 21 II.3.1. Servidor Web ................................................................................................................... 21
II.3.1.1. Contenido dinámico ................................................................................................................ 22 II.3.1.2. Servicio de ficheros dinámicos................................................................................................ 23 II.3.1.3. Seguridad y autenticación ....................................................................................................... 23 II.3.2. Sensores de presencia.................................. ................. ................................... ................................... ................................... ............................... ............. 23 II.3.3. Arduino ............................................................................................................................ 25 II.3.4. Acces Point...................................................................................................................... 26
II.4 INTERFACES .......................................................................................................................... 27 II.4.1. Interfaces Tradicionales .................................................................................................. 28 II.4.2. Nuevas Interfaces para la Domótica ............................................................................... 30
CAPITULO III: DISEÑO DEL SISTEMA DOMÓTICO ...................................................................... 31 ANEXOS ........................................................................................................................................... 52 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ............................................................................................. 52 DATASHEET ARDUINO ............................................................................................................... 53
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FUENTES CONSULTADAS ............................................................................................................. 54
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RESUMEN El presente trabajo de tesis se centra en la descripción de forma detallada de todo el proceso realizado para el desarrollo e implementación de un sistema demótico en un hogar, el cual se enfocara en tres principales aspectos los cuales son:
Sistema de vigilancia del hogar por medio de cámaras. Sistema de encendido y apagado automático de luces. Sistema de bombeo de agua.
También se detalla el desarrollo de una interfaz para computadora, con la cual, el usuario es capaz de controlar diversas funciones de algunos aparatos electrónicos y luces previamente seleccionados. La tesis presenta la estructura siguiente: El primer capítulo describirá lo que es la domótica, las aplicaciones de esta tecnología en nuestro hogar, se verá el alcance de este trabajo llevando para eso la formulación de hipótesis, una vez realizado lo anterior se recurrirá a la implementación de una metodología para la elaboración de este proyecto y las pruebas correspondientes para su correcto funcionamiento. El segundo capítulo describirá el principio del funcionamiento de los dos sistemas antes mencionados. El tercer capítulo describirá el procedimiento y los dispositivos empleados para la elaboración de cada uno de los sistemas ya mencionados, así como las pruebas aplicadas en el laboratorio para su correcto funcionamiento de cada uno de los sistemas. Por ultimo en el cuarto cuarto capítulo se presentan los resultados resultados obtenidos así como algunas aplicaciones y trabajos futuros que se podrían aplicar a los sistema
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CAPITULO I: INTRODUCCIÓN
I.1. INTRODUCCIÓN Existe una marcada división entre las personas que tienen acceso a la información, así como a las nuevas tecnologías, y las que no lo tienen, provocando lo que se conoce como “Brecha Digital”.
Cuando un individuo no tiene acceso a las nuevas tecnologías, se aleja de las corrientes de progreso del resto de la sociedad. Una de las tecnologías en las que se presenta este problema es la Domótica, la cual se define, según la Real Real Academia Española, como “el conjunto de sistemas
que automatizan las diferentes instalaciones de una vivienda”. Actualmente se registra un crecimiento considerable en el desarrollo de dicha área, basándose en la robótica y la informática. La evolución de la electrónica y la informática ha contribuido a transformar el hogar en un lugar más cómodo y seguro. Para algunas personas, pagar los gastos que implica construir una “vivienda
la inversión. Por tal motivo la demanda por estos servicios no es la esperada a pesar de que las tecnologías orientadas a la automatización de hogares se han abaratado [1] inteligente” no justifica
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I.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En el hogar, la domótica ofrece ventajas adaptadas a las necesidades reales, además, un sistema domótico, no solo proporcionará más confort a quienes disfruten de este, sino ofrece valor añadido como:
Reducción de gastos de mantenimiento. Máxima seguridad: Control de accesos y vigilancia. Flexibilidad y sencillez.
Como es de imaginarnos, en la Domótica, no todo son cosas a favor, la implementación domótica en un hogar lleva consigo alguna problemática, hay algunas debilidades en el sistema debido fundamentalmente a lo nuevo de la tecnología y, por lo tanto, la inexperiencia en la entrega de los servicios. Están algunos puntos que hay que considerar, siendo algunos de ellos:
El alto precio de los aparatos domóticos (instalación, equipos), siendo Latinoamérica la zona más cara para adquirirlos, aunque se espera que con el tiempo estos valores disminuyan debido a la competencia entre empresas. El uso de la Internet (fundamental en el uso de la Domótica) en las personas hace que disminuyan su vida social. La vulnerabilidad de acceso al sistema informativo, pudiendo desactivar el sistema de seguridad de nuestro hogar lo cual podría provocar un gran caos0. [2] El uso excesivo de la cantidad de recursos energéticos utilizados por los sistemas domóticos provoca un gran desperdicio de estos energéticos.
Estos son los aspectos que este proyecto desea tener en cuenta para la realización de este sistema domótico, el cual se pretende que sea más barato en su implementación, más confiable (no presente fallas), pero sobre todo que nos ayude en la vigilancia; ya que la inseguridad en los hogares es muy común en la actualidad. Otro problema que se va a resolver con este sistema domótico es el 2
uso de la cantidad adecuada de los energéticos que utilizamos a diario en nuestra vivienda.
I.3. OBJETIVO GENERAL El objetivo principal de este proyecto es implementar un sistema domótico en un hogar y así poder controlar de una forma más eficiente y oportuna la seguridad, el control del abastecimiento de energéticos (encendido y apagado de las luces y suministro de agua), todo esto será monitoreado y controlado por el propietario del hogar y podrá hacerlo desde cualquier equipo que cuente con algún tipo de conexión a la red (internet).
I.3.1. Objetivos específicos
Brindar el confort y la mayor seguridad posible de los hogares, implementando un sistema con una interfaz amigable con el usuario, lo que hace posible que casi cualquier persona lo pueda utilizar. Un costo bajo en la implementación del sistema, diseñando el sistema con materiales más económicos que los reconocidos por las grandes empresas pero que son igual de eficientes, esto hará que casi cualquier usuario pueda tener la economía suficiente para tener acceso a este sistema. Elegir el estándar y los dispositivos de control adecuados, se elegirán a través de una extensa búsqueda los dispositivos actuales, de bajo costo, de buena calidad y que estén acordes con lo requerido para el diseño del sistema. Nos permitirá tener un mejor control del sistema.
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Desarrollar una interfaz de control amigable y sencilla para el usuario. Se utiliza una interfaz más visual y fácil de comprender; esto ayuda a que el usuario sea capaz de controlar el sistema de manera autosuficiente. Diseñar el sistema con componentes de bajo consumo eléctrico y material biodegradable que ayuda a reducir contaminantes. Ser amigables con el medio ambiente. Reducir el exceso de energéticos utilizados en nuestro consumo cotidiano mediante un sistema de abastecimiento de energéticos que distribuirá y abastecerá las cantidades necesarias para satisfacer nuestras necesidades.
I.4. JUSTIFICACIÓN Actualmente contamos con lo necesario para la implementación de estos nuevos sistemas tecnológicos para el confort y seguridad de nuestro hogar (Domótica). Es necesario que las personas entren en contacto con los avances tan rápidos que se dan día con día en el campo de la tecnología. Existe una gran cantidad de dispositivos y sistemas enfocados a la automatización y control de espacios, ya sean habitacionales, de oficinas, edificios, etc., pero desafortunadamente en nuestro país es muy raro encontrar al personal humano que se enfoque a la distribución e instalación de estos dispositivos en los hogares y conformarlos de tal manera que resulte en un sistema integral en el cual el usuario final tenga la mayor parte de control. Los usuarios que cuenten con un sistema como el que aquí se describe, lograra tener el control de muchos aparatos electrónicos del hogar que le ayudaran a la vigilancia, al ahorro de agua y de energía (iluminación). Este sistema es más 4
eficientemente (sin fallas), reducirá los gastos económicos, dará más confort a los usuarios, y a su vez vez todo esto se realizara cuidando nuestro medio ambiente.
I.4.1. Delimitación del sistema Existe una gran cantidad de posibilidades al hacer la configuración de un sistema como el que se propone, dependiendo principalmente del presupuesto y las necesidades de los usuarios. No se pretende utilizar todos los dispositivos de control que existen en el mercado, sino que cualquier persona que desee realizar un sistema domótico conozca lo que en este se realizó y en el cual se aplicaron los dispositivos y las técnicas más adecuadas para un problema específico, que pueden no satisfacer las necesidades de algún usuario, sirviendo como referencia para futuros proyectos.
I.5. VARIABLES DE ESTUDIO Para el correcto correcto desarrollo e implementación de un sistema domótico como este en un hogar se deben de tener en cuenta y averiguar ciertas variables que puedan llegar a afectar el correcto funcionamiento del sistema como son:
El área geográfica del lugar. El tamaño del hogar donde se pretende implementar el sistema domótico. Los cambios elevados y/o constantes de voltaje. La temperatura del medio ambiente. La calidad de los materiales que se utilizaran. Costos.
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I.6. FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS El diseño de un sistema domótico que logre un control adecuado de los suministros de energía del hogar, así como el uso de un sistema domótico idóneo que permite un monitoreo constante y una comunicación sencilla entre el sistema y el usuario.
I.7. METODOLOGÍA METODOLOGÍA Método científico: experimental, experimental, por que se desea entender mejor lo que es un sistema de domótico y su vez diseñar un nuevo sistema domótico, domótico, llevando este diseño hasta lo que es la simulación para valorar si es adecuado para cubrir los objetivos antes planteados.
Realizar una investigación documental sobre los diferentes dispositivos, competencias, costos, etc. Diseñar un sistema domótico acorde con las necesidades que se desea satisfacer. Realizar una simulación de nuestro sistema domótico. Realizar una correcta aplicación del sistema domótico y observar los resultados obtenidos. Obtener conclusiones del uso del sistema domótico.
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CAPITULO II: MARCO TEÓRICO
II.1. AUTOMATIZACIÓN II.1.1. Concepto Automatizar es realizar procesos o trabajos utilizando poco o nada la mano del hombre. Son sistemas de fabricación diseñados con el fin de usar la capacidad de las máquinas o dispositivos para llevar a cabo determinadas tareas anteriormente efectuadas por seres humanos, y para controlar la secuencia de las operaciones sin intervención humana. El término automatización también se ha utilizado para describir sistemas no destinados a la fabricación en los que dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de forma independiente o semiindependiente del control humano. En comunicaciones, aviación y astronáutica, dispositivos como los equipos automáticos de conmutación telefónica, los pilotos automáticos y los sistemas automatizados de guía y control se utilizan para efectuar diversas tareas con más rapidez o mejor de lo que podría hacerlo un ser humano. Existen cada vez más procesos automáticos, de un tipo u otro, incluso algunos de ellos no lo parecen a simple vista. Normalmente en un diferenciadas:
circuito automatizado
hay dos partes claramente
Fuerza: parte del circuito que realiza el trabajo, utilizando energía neumática, hidráulica, eléctrica, etc. Control o maniobra: parte del circuito que que se encarga de decir el cuándo y cómo, se pueden utilizar también muy variados tipos de energía,
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neumática, eléctrica, lógica, electrónica, PLC (Power Line Communications), etc. [3]
II.1.2. Sistema automatizado Es un sistema donde se transfieren tareas de producción realizadas habitualmente por elementos humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. El sistema tecnológico consta de 2 partes principales: parte de mando y parte operativa. Parte operativa: es la parte que actúa directamente sobre una máquina. Son los elementos que hacen que una máquina se mueva y realice la operación deseada. Parte de mando: es un sistema de fabricación automatizado, el autómata programable está en el centro del sistema. Este debe de ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.
II.1.3. Objetivos de la automatización automatización
Mejorar la productividad de un sitio, reduciendo costos en producción y mejorando la calidad del mismo. Mejorar las condiciones de trabajo, reduciendo trabajo e incrementando la seguridad. Realizar las operaciones imposibles de controlar manualmente. Mejorar la disponibilidad de los productos, donde puede proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. Simplificar el mantenimiento de forma que no se requieran grandes conocimientos para la manipulación de los procesos. Integrar la gestión y producción. [4] 8
II.1.4. Elementos de la automatización automatización La fabricación automatizada surgió de la íntima relación entre fuerzas económicas e innovaciones técnicas como la división del trabajo, la transferencia de energía y la mecanización de las fábricas, y el desarrollo de las máquinas de transferencia y sistemas de realimentación, como se explica a continuación. La división del trabajo (esto es, la reducción de un proceso de fabricación o de prestación de servicios a sus fases independientes más pequeñas) se desarrolló en la segunda mitad del siglo XVIII, y fue analizada por primera vez por el economista británico Adam Smith en su libro Investigación sobre la naturaleza y causas de la riqueza de las naciones (1776) [5]. En la fabricación, la división del trabajo permitió incrementar la producción y reducir el nivel de especialización de los obreros. La mecanización fue la siguiente etapa necesaria para la evolución hacia la automatización. La simplificación del trabajo permitida por la división del trabajo también posibilitó el diseño y construcción de máquinas que reproducían los movimientos del trabajador. A medida que evolucionó la tecnología de transferencia de energía, estas máquinas especializadas se motorizaron, aumentando así su eficacia productiva. El desarrollo de la tecnología energética también dio lugar al surgimiento del sistema fabril de producción, ya que todos los trabajadores y máquinas debían estar situados junto a la fuente de energía. La máquina de transferencia es un dispositivo utilizado para mover la pieza que se está trabajando desde una máquina herramienta especializada hasta otra, colocándola de forma adecuada para la siguiente operación de maquinado. Los robots industriales, diseñados en un principio para realizar tareas sencillas en entornos peligrosos para los trabajadores, son hoy extremadamente hábiles y se utilizan para trasladar, manipular y situar piezas ligeras y pesadas, realizando así todas las funciones de una máquina de transferencia. En realidad, se trata de 9
varias máquinas separadas que están integradas en lo que a simple vista podría considerarse una sola. En la década de 1920 la industria del automóvil combinó estos conceptos en un sistema de producción integrado. El objetivo de este sistema de línea de montaje era abaratar los precios. A pesar de los avances más recientes, éste es el sistema de producción con el que la mayoría de la gente asocia el término automatización.
II.1.5. La automatización en la industria El concepto de automatización está evolucionando rápidamente, en parte debido a que las técnicas avanzan tanto dentro de una instalación o sector como entre las industrias. Por ejemplo, el sector petroquímico ha desarrollado el método de flujo continuo de producción, posible debido a la naturaleza de las materias primas utilizadas. En una refinería, el petróleo crudo entra por un punto y fluye por los conductos a través de dispositivos de destilación y reacción, a medida que va siendo procesado para obtener productos como la gasolina y el fueloil. Un conjunto de dispositivos controlados automáticamente, dirigidos por microprocesadores y controlados por una computadora central, controla las válvulas, calderas y demás equipos, regulando así el flujo y las velocidades de reacción. Por otra parte, en las industrias metalúrgicas, de bebidas y de alimentos envasados, algunos productos se elaboran por lotes. Por ejemplo, se carga un horno de acero con los ingredientes necesarios, se calienta y se produce un lote de lingotes de acero. En esta fase, el contenido de automatización es mínimo. Sin embargo, a continuación los lingotes pueden procesarse automáticamente como láminas o dándoles determinadas formas estructurales mediante una serie de rodillos hasta alcanzar la configuración deseada. Los sectores de automoción y de otros productos de consumo utilizan las técnicas de producción masivas de la fabricación y montaje paso a paso. Esta técnica se 10
aproxima al concepto de flujo continuo, aunque incluye máquinas de transferencia. Por consiguiente, desde el punto de vista de la industria del automóvil, las máquinas de transferencia son esenciales para la definición de la automatización. Cada una de estas industrias utiliza máquinas automatizadas en la totalidad o en parte de sus procesos de fabricación. Como resultado, cada sector tiene un concepto de automatización adaptado a sus necesidades específicas. En casi todas las fases del comercio pueden hallarse más ejemplos. La propagación de la automatización y su influencia sobre la vida cotidiana constituye la base de la preocupación expresada por muchos acerca de las consecuencias de la automatización sobre la sociedad y el individuo.
Muchas industrias están muy automatizadas, o bien utilizan tecnología de automatización en alguna etapa de sus actividades. En las comunicaciones, y sobre todo en el sector telefónico, la marcación, la transmisión y la facturación se realizan automáticamente. También los ferrocarriles están controlados por dispositivos de señalización automáticos, que disponen de sensores para detectar los convoyes que atraviesan determinado punto. De esta manera siempre puede mantenerse un control sobre el movimiento y ubicación de los trenes. No todas las industrias requieren el mismo grado de automatización. La agricultura, las ventas y algunos sectores de servicios son difíciles de automatizar. Es posible que la agricultura llegue a estar más mecanizada, sobre todo en el procesamiento y envasado de productos alimenticios. Sin embargo, en muchos sectores de servicios, como los supermercados, las cajas pueden llegar a automatizarse, pero sigue siendo necesario reponer manualmente los productos en las estanterías. 11
II.1.6. La automatización y la sociedad La automatización ha contribuido en gran medida al incremento del tiempo libre y de los salarios reales de la mayoría de los trabajadores de los países industrializados. También ha permitido incrementar la producción y reducir los costes, poniendo coches, refrigeradores, televisiones, teléfonos y otros productos al alcance de más gente. Sin embargo, no todos los resultados de la automatización han sido positivos. La automatización ha llevado al exceso de producción y al derroche, que ha provocado la alienación del trabajador y que ha generado desempleo. Economistas defienden que la automatización ha tenido un efecto mínimo, o ninguno, sobre el desempleo. Hay quienes sostienen que la automatización genera más puestos de trabajo de los que elimina. Señalan que aunque algunos trabajadores pueden quedar en el paro, la industria que produce la maquinaria automatizada genera más trabajos que los eliminados. [6]
II.2. DOMÓTICA II.2.1. Historia de la Domótica El empleo de la Domótica tuvo sus inicios en los años 80’s y trataba principalmente de edificios terciarios que fueron denominados edificios inteligentes. En el sector doméstico la integración de sistemas a escala comercial se ha desarrollado más tarde coincidiendo con la evolución y despliegue de Internet. Empezó en las 90’s en Japón, Estados Unidos y algunos países en el
norte de Europa [7]. Los distintos sistemas autónomos como la Domótica, la 12
seguridad, el multimedia y las comunicaciones, sin embargo, tienen cada una, una historia más larga. En los 90’s también empezó el desarrollo de las pasarelas residenciales y nuevos métodos de acceso. Durante mucho tiempo, la inclusión de tecnología en el hogar, sin embargo, se ha venido realizando a través de un aumento de las prestaciones o funciones propias de los equipos domésticos. Ésta ha sido habitualmente consecuencia de la voluntad de aumentar el valor añadido en sí mismo de dichos equipos domésticos, pero de forma aislada, es decir, sin considerar otras posibilidades de mejora relacionadas con el control y la comunicación. Por ejemplo, en la capacidad de comunicación con otros dispositivos de la vivienda. Esta situación supuso el desarrollo de un mercado puramente vertical, donde los equipos domésticos que se desarrollaban eran totalmente independientes, es decir, que funcionan de forma autónoma, sin necesidad de comunicarse con otros dispositivos del hogar. Esta forma de concebir los productos ha dificultado la definición y el desarrollo de servicios susceptibles de ser prestados al hogar y al propio usuario. La introducción de la tecnología domótica en el mercado tampoco rompió con esta realidad. La automatización de equipos domésticos se realizaba mediante un control de su alimentación eléctrica, siendo una manera muy sencilla de gestión, y de poco atractivo tecnológico. Los equipos domésticos no tenían ningún tipo de comunicación eficiente con el sistema domótico. Por ello, la Domótica estaba relegada a un mercado muy reducido, comparado con la totalidad del mercado de productos domésticos, y limitándose, por tanto, a dar respuesta a necesidades de control en la vivienda. Por ejemplo, las posibilidades de comunicación con el exterior se reducían a sencillas transmisiones de señales o avisos de alarma o al control remoto de un número reducido de sistemas o equipos. Recientemente, con la plena irrupción de Internet en el hogar y, en general, las denominadas TIC (Tecnologías de la Información y las Comunicaciones), se ha forjado una nueva forma de entender la aplicación de tecnología en la vivienda, mucho más positivista y realista, donde lo único importante es el propio usuario y 13
no ésta. Es decir, de la tecnología por la tecnología se ha pasado a asegurar la consecución de las necesidades o deseos de los usuarios a través de servicios, donde evidentemente la tecnología adquiere un papel de soporte muy importante a dichos servicios. Con ello, la tecnología es algo transparente para el usuario, el cual no tiene un interés técnico sino simplemente de utilidad. El usuario no está interesado en la tecnología tecnología sino en resolver su problema, necesidad o deseo. [4]
II.2.2. Concepto de domótica Se entiende por domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se puede resumir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto. [8]
Involucra la opción, integración y aplicación de las nuevas tecnologías informáticas y comunicativas al hogar. Incluye principalmente el uso de electricidad, dispositivos electrónicos, sistemas informáticos y diferentes dispositivos de telecomunicaciones, incorporando la telefonía móvil e Internet. Algunas de sus principales características son: interacción, interrelación, facilidad facilidad de uso, tele operación o manejo a distancia, fiabilidad y capacidad de programación y actualización. Su arquitectura puede ser centralizada o distribuida, aunque en realidad, por las ventajas de intercomunicación y ante los fallos, se emplea más la descentralizada. Los protocolos pueden ser estándar, es decir compatibles entre sí, y propietarios, que son los creados exclusivamente para un cliente o aplicación única. La configuración estándar cuenta con un sistema compuesto por ordenador u ordenadores, módem, tarjeta de sonido, dispositivos de ampliación de audio, baterías de emergencia, sondas de temperatura exterior e 14
interior , detectores de humo, gas y agua, vídeo portero, sensores magnéticos para puertas y ventanas, detectores de presencia, mandos a distancia y emisoresreceptores de señal. [9]
II.2.3. Servicios que ofrece la Domótica Los servicios que ofrece la domótica se pueden agrupar según cuatro aspectos principales: • En el ámbito del ahorro energético • Climatización: programación y zonificación • Gestión eléctrica: o
o
Racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de uso no prioritario. Reduce la potencia contratada. Gestión de tarifas, derivando el funcionamiento de algunos aparatos a horas de tarifa reducida.
• Uso de energías renovables
• En el ámbito del nivel de confort • Iluminación o
o
o
Apagado general de todas las luces de la vivienda. Automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz. Regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiente.
• Automatización de todos los distintos sistemas/ instalaciones / equipos
dotándolos de control eficiente y de fácil manejo. • Integración del portero al teléfono, o del
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video portero al televisor.
• Control vía Internet. • Gestión Multimedia y del ocio electrónico • Generación de macros y programas de forma sencilla para el usuario
• En el ámbito de la Seguridad • Simulación de presencia. • Detección de conatos de incendio, fugas de gas, escapes de agua. • Alerta médica. Teleasistencia. • Cerramiento de persianas puntual y seguro. • Acceso a Cámaras IP
• En el ámbito de las comu nicaciones • Ubicuidad en el control tanto externo como interno. • Transmisión de alarmas. • Intercomunicaciones.
[10]
Existen tres tipos de redes domóticas en el hogar según la infraestructura necesaria: las que utilizan nuevos cables, las que emplean los ya existentes (principalmente las redes eléctricas preexistentes) y las que se basan en sistemas inalámbricos o sin cables. Sus principales principales prestaciones o funciones son una mayor seguridad, la automatización y el telecontrol de los electrodomésticos y otros dispositivos, el acceso a los nuevos sistemas de telecomunicaciones y la superior disponibilidad de ocio y entretenimiento en casa. En todos los casos, existe una fuerte tendencia a hacer más cómoda y versátil la estancia en el lugar de la vivienda, al igual que se espera tener una mayor capacidad de gestión y 16
monitoreo, tanto de los electrodomésticos como de los servicios públicos, donde destacan aspectos como el consumo, el gasto y el ahorro energético. [9]
II.2.4. Accesibilidad El concepto "diseño" para todos es un movimiento que pretende crear la sensibilidad necesaria para que al diseñar un producto o servicio se tengan en cuenta las necesidades de todos los posibles usuarios, incluyendo las personas con diferentes capacidades o discapacidades, es decir, favorecer un diseño accesible para la diversidad humana. La inclusión social y la igualdad son términos o conceptos más generalistas y filosóficos. La domótica aplicada a favorecer la accesibilidad es un reto ético y creativo pero sobre todo es la aplicación de la tecnología en el campo más necesario, para suplir limitaciones funcionales de las personas. El objetivo no es que las personas con discapacidad puedan acceder a estas tecnologías, porque las tecnologías en si no son un objetivo, sino un medio. El objetivo de estas tecnologías es favorecer la autonomía personal. Los destinatarios de estas tecnologías son todas las personas, ya que por enfermedad o envejecimiento, todos somos o seremos discapacitados, más pronto o más tarde. [11]
II.2.5. Elementos de la Domótica Los dispositivos que forman parte de una instalación domótica se pueden clasificar según su funcionalidad en: Sensores: captan información del entorno (interior y exterior del edificio). La información está localizada, por lo que es muy importante la elección del emplazamiento. Los sensores pueden ser de: temperatura, humedad, caudal, ópticos, presencia, nivel, gas o humos, identificación, etc.
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• Actuadores: realizan el control de algún elemento del sistema. Pueden ser
todo/nada o proporcionales. Entre otros, cabe destacar los relés y electroválvulas. • Controladores: reciben información de dispositivos tipo sensor y la procesan
para realizar el control de dispositivos de tipo actuador. Adoptan decisiones sobre el estado de funcionamiento del sistema. • Interfaces: establecen comunicación entre el sistema y el usuario. • Dispositivos específicos del sistema: elementos necesarios para el
funcionamiento del mismo.
II.2.6. Requisitos en la Domótica Existen tres requisitos que debe cumplir toda aplicación que pretenda convertirse en domótica: • Necesidad de enviar y recibir comandos de control entre los equipos conectados
a la red. • Necesidad de establecer conexiones en tiempo real entre algunos de los
equipos. r el tener que conectarlos todos y cada uno de ellos a la red, con sus respectivos alimentadores (la alimentación se reduce a una única fuente). [11] • Necesidad de suministrar alimentación eléctrica a todos los equipos, para evita
II.2.7. Protocolos en la Domótica II.2.7.1. Protocolo de comunicación Lonworks
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El protocolo LonWorks LonWorks fue desarrollado en 1988 por Echelon Corp. en Palo Alto, California con el objetivo de facilitar la telemática entre nodos (dispositivos LonWorks) instalados en una red Domótica. La filosofía de esta tecnología fue siempre la flexibilidad, estandarización, interoperabilidad y compatibilidad entre las empresas, fabricantes y usuarios. Existen diversos artículos referentes a LonWorks, y en la mayoría sobresalta entre los demás protocolos debido a que posee mejores herramientas para el entorno del desarrollador, abarca áreas mayores: como industrias en general, sistemas ferrocarriles, aeropuertos, sistemas de automatización del hogar, etc., la asociación LonMark proporciona y facilita todo lo necesario para la interoperabilidad de los fabricantes, certifica empresas alrededor de todo el mundo para poder dictar cursos sobre LonWorks, entre muchas otras ventajas. Debido a que es un protocolo protocolo abierto, cualquier empresa puede solicitar soporte a LonMark para poder desarrollar y certificar sus productos LonWorks. Al momento de buscar literaturas referentes a detalles técnicos de los equipos y el protocolo, la mejor referencia referencia posible es acudir al sitio web de Echelon Corp. y solicitar o descargar manuales. Fuera de eso, es posible encontrar conceptos y descripciones sobre de LonWorks en revistas técnicas y sitios web de fabricantes certificados.
II.2.7.2. Protocolo de comunicación comunicación X10 El X10 es un protocolo de comunicación de datos utilizado para el control de dispositivos de domótica en cualquier tipo de instalación, doméstica principalmente. No utiliza un bus dedicado para datos, en vez de ello, utiliza la propia red eléctrica estándar de 220Vac o 110Vac para transmitir información a los distintos equipos que componen el sistema domótico, este tipo de transmisión de datos se conoce como PLC.
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Fue el primer protocolo a desarrollarse en el área de domótica a mediados de la década del 70 por parte de Pico Electronics Electronics localizado en Glenrothes, Glenrothes, Escocia [12]. Luego en Estados Unidos y en países Europeos se desarrollaron equipos ya con versiones
OEM (del inglés “Fabricante de Equipo Original”). A pesar de
básico y antiguo, este protocolo sigue siendo utilizado, y la empresa comercializa sólidamente sus productos X10 en todo el mundo. Esta tecnología además posee la ventaja de ser escalable, la red domótica puede ser ampliada en todo momento y ofrece diversas aplicaciones principalmente a las áreas de seguridad, confort, ahorro energético y ocio. Orientada principalmente para el hogar, no se involucra con tenacidad en el área industrial ni de gran porte. [12]
II.2.7.3. Protocolo de comunicación EIB El Bus de Instalación Europeo es un sistema de domótica basado en un Bus de datos. El EIB utiliza su propio cableado, con lo cual se ha de proceder a instalar las conducciones adecuadas en el hogar y para el sistema que a través de pasarelas, puede ser utilizado en sistemas inalámbricos como los infrarrojos, radiofrecuencia o incluso empaquetado para enviar información por internet u otra red TCP/IP. Originariamente conocido por Instabus, ingeniería de donde salieron los primeros esbozos, está abrazado por un conjunto de empresas y lleva más de 20 años en el mercado de la automatización penetrando lentamente en un mercado reticente como es la construcción, a pesar de que, es un sistema muy robusto y fiable. EIB.TP: sobre par trenzado a 9600 bps. Además por estos dos hilos se suministra 24 Vdc para la telealimentación de los dispositivos EIB. Usa la técnica CSMA con arbitraje positivo del bus que evita las colisiones evitando así los reintentos y maximizando el ancho de banda disponible.
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EIB.PL: Corrientes portadoras sobre 230 Vac/50 Hz a 1200/2400 bps. Usa la modulación SFSK similar a la FSK pero con las portadoras más separadas. La distancia máxima que se puede lograr sin repetidor es de 600 metros. EIB.net: usando el estándar Ethernet a 10 Mbps. Sirve de backbone entre segmentos EIB además de permitir la transferencia de telegramas EIB a través del protocolo IP a viviendas o edificios remotos. EIB.RF: Radiofrecuencia. Usando varias portadoras, se consiguen distancias de hasta 300 metros en campo abierto. Para mayores distancias o edificios con múltiples estancias se pueden usar repetidores. EIB.IR: Infrarrojo. Para el uso con mandos a distancia en salas o salones donde se pretenda controlar los dispositivos EIB instalados. [13]
II.3 DISPOSITIVOS II.3.1. Servidor Web Un servidor web es un programa que sirve para atender y responder a las diferentes peticiones de los navegadores, proporcionando los recursos que soliciten usando el protocolo HTTP o el protocolo HTTPS. Un servidor web básico cuenta con un esquema de funcionamiento muy simple, basado en ejecutar infinitamente el siguiente bucle:
1. Espera peticiones en el puerto TCP indicado (el estándar por defecto para HTTP es el 80). 2. Recibe una petición. 3. Busca el recurso. 21
4. Envía el recurso recurso utilizando la misma conexión por la que recibió petición. 5. Vuelve al segundo punto.
Un servidor web que siga el esquema anterior cumplirá todos los requisitos básicos de los servidores HTTP, aunque sólo podrá servir ficheros estáticos.
II.3.1.1. Contenido dinámico Uno de los aspectos fundamentales del servidor web elegido es el nivel de soporte que ofrece para servir contenido dinámico. Puesto que la mayor parte del contenido web que se sirve no viene de páginas estáticas, sino que se genera de forma dinámica, y esta tendencia se mueve claramente al alza, el soporte para contenido de tipo dinámico que ofrece un servidor web es uno de los puntos críticos en la elección. La mayor parte de los servidores web ofrecen soporte para CGI (los CGI son el método más antiguo y sencillo para generar contenido dinámico). Otros muchos ofrecen soporte para algunos lenguajes de programación como PHP, JSP, ASP, etc. Es muy recomendable que el servidor web que vayamos a utilizar proporcione soporte para algunos de estos lenguajes, especialmente PHP, sin tener en cuenta JSP, que normalmente requerirá un software externo para funcionar. La oferta es muy amplia, pero antes de elegir un lenguaje de programación de servidor se debe plantear si se desea un lenguaje muy estándar para que la aplicación no dependa de un servidor web o una arquitectura concreta o si, al contrario, la portabilidad no es prioritaria y sí lo es alguna otra prestación concreta que pueda ofrecer algún lenguaje de programación concreto. Se han diseñado y desarrollado todos los servidores de HTTP que existen, variando sólo el tipo de peticiones que pueden atender, en función de que sean o no sean multi-proceso o multi-hilados, etc. 22
II.3.1.2. Servicio de ficheros dinámicos Todos los servidores web deben incluir, al menos, la capacidad para servir los ficheros estáticos que se hallen en alguna parte del disco. Un requisito básico es la capacidad de especificar qué parte del disco se servirá. No resulta recomendable que el programa servidor obligue a usar un directorio concreto, aunque sí puede tener uno por defecto. La mayoría de servidores web permiten añadir otros directorios o subdirectorios para servir, especificando en qué punto del "sistema de ficheros" virtual del servidor se localizarán los recursos. Algunos servidores web permiten también especificar directivas de seguridad (quién puede acceder a los recursos), mientras que otros hacen posible la especificación de los ficheros que se deben considerar como índice del directorio.
II.3.1.3. Seguridad y autenticación La mayoría de los servidores web actuales permiten controlar desde el programa servidor los aspectos relacionados con la seguridad y la autenticación de los usuarios. [14]
II.3.2. Sensores de presencia Estos sensores son empleados mayormente en alarmas, puertas automáticas y para el ahorro de energía. Los sensores de movimientos PIR no emiten ningún rayo, por eso se les denomina sensor pasivo.
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Cuando un objeto tiene una temperatura diferente a la del medio y se encuentra dentro del campo de captación del sensor, la radiación calórica del objeto será captada por los lentes del elemento sensorial ocasionando el accionamiento del sensor. Todo cuerpo irradia calor siempre y cuando su temperatura sea superior al cero absoluto. La intensidad y la radiación espectral de esta radiación electromagnética dependen de la temperatura y del llamado Grado de Emisión del Cuerpo. Un cuerpo caliente irradia un espectro de diferentes longitudes de onda, el cual caracteriza al cuerpo en sí. Un cuerpo negro no irradia ni tampoco deja atravesar rayos electromagnéticos Efecto de una fuente en movimiento: Los rayos infrarrojos provenientes de un ser humano son detectados por un sensor de movimiento PIR debido a un sistema de lentes Fresnel o mediante un espejo que contiene cristales cristales piroeléctricos.
En muchas aplicaciones se desea captar el mayor espacio posible, para lo cual es necesario el empleo de lentes o de un sistema de reflexión adicional, con lo que se conseguirá tener una captación de hasta has ta 360°. 360°. [15]
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II.3.3. Arduino Es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.
El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque que corre en la placa. Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software del ordenador. Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente. Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución son libres. Es decir, puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia. Consta de 14 entradas digitales configurables entrada i/o salidas que operan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir como máximo 40 mA. Los pines 1, 5, 7, 8, 9, pueden proporcionar una salida PWM (Pulse Width Modulation). Si se 25
conecta cualquier cosa a los pines 151 y b151987, eso interferirá con la comunicación USB. También tiene 6 entradas analógicas que proporcionan una resolución de 10 bits. Por defecto miden de 0 voltios (masa) hasta 5 voltios, aunque es posible cambiar el nivel más alto, utilizando el pin Aref y algún código de bajo nivel. [12]
II.3.4. Acces Point Un punto de acceso inalámbrico en redes, es un dispositivo que interconecta dispositivos de comunicación alámbrica para formar una red inalámbrica. Normalmente un WAP también puede conectarse a una red cableada, y puede transmitir datos entre los dispositivos conectados a la red cable y los dispositivos inalámbricos. Muchos WAPs pueden conectarse entre sí para formar una red aún mayor, permitiendo realizar "roaming". "roaming". Por otro lado, una red donde los dispositivos cliente se administran a sí mismos sin la necesidad de un punto de acceso, se convierte en una red ad-hoc. Los puntos de acceso inalámbricos tienen direcciones IP asignadas, para poder ser configurados. Los puntos de acceso (AP) son dispositivos que permiten la conexión inalámbrica de un equipo móvil de cómputo con una red. Generalmente los puntos de acceso tienen como función principal permitir la conectividad con la red, delegando la tarea de ruteo y direccionamiento a servidores, ruteadores y switches. La mayoría de los AP siguen el estándar de comunicación 802.11 de la IEEE lo que permite una compatibilidad con una gran variedad de equipos inalámbricos. Algunos equipos incluyen tareas como la configuración de la función de ruteo, re direccionamiento de puertos, seguridad y administración de usuarios. Estas funciones responden ante una configuración establecida previamente. Al fortalecer la interoperabilidad entre los servidores y los puntos de acceso, se puede lograr mejoras en el servicio que ofrecen, por ejemplo, la respuesta dinámica ante cambios en la red y ajustes de la configuración de los dispositivos. Los AP son el enlace entre las redes cableadas y las inalámbricas. El uso de varios puntos de acceso permite el 26
servicio de roaming. El surgimiento de estos dispositivos ha permitido el ahorro de nuevos cableados de red. Un AP con el estándar IEEE 802.11b tiene un radio de 100 m aproximadamente Son los encargados de crear la red, están siempre a la espera de nuevos clientes a los que dar servicios. El punto de acceso recibe la información, la almacena y la transmite entre la WLAN(Wireless WLAN(Wireless LAN) y la LAN cableada. Un único punto de acceso puede soportar un pequeño grupo de usuarios y puede funcionar en un rango de al menos treinta metros y hasta varios cientos. Este o su antena normalmente se colocan en alto pero podría colocarse en cualquier lugar en que se obtenga la cobertura de radio deseada. El usuario final accede a la red WLAN a través de adaptadores. Estos proporcionan una interfaz entre el sistema de operación de red del cliente y las ondas, mediante una antena inalámbrica. [17]
II.4 INTERFACES Los interfaces de usuario son una parte importante de la domótica y analizamos la oferta del mercado y lo que va a guiar el futuro desarrollo. La domótica es un mercado con un gran potencial donde las empresas están esforzándose para ofrecer nuevos productos, sistemas y servicios. Pero para que los productos y servicios tengan éxito no solo tienen que funcionar tecnológicamente, sino tienen que ser aceptados por los usuarios. Parte de la aceptación depende de las funciones pero gran parte también depende de los interfaces de usuario. Con este término nos referimos a los diseños funcionales y formales que permiten la interactuación entre el hombre y los sistemas/aparatos. Algunas principales tendencias tecnológicas que están empujando los nuevos interfaces de la domótica son:
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El desarrollo de Internet y el protocolo TCP/IP como estándar que permite la interacción desde cualquier sitio en el mundo con acceso a Internet. El desarrollo del uso del teléfono móvil como aparato personal y personalizado. El desarrollo de los sistemas inalámbricos dentro del hogar como Bluetooth y WiFi.
Estos desarrollos permiten que los usuarios tienen un acceso y control mucho más flexible del hogar, pudiendo ver datos, imágenes y programar etc., prácticamente desde cualquier sitio dentro o fuera de la casa y en cualquier momento. En paralelo con el desarrollo tecnológico la explosión del uso Internet y los teléfonos móviles en los últimos años está creando un fundamento para una nueva domótica. No solo desde el punto de vista tecnológico, sino desde el punto de vista de la aceptación por parte de los usuarios. Los usuarios han empezado a utilizar Internet para sus gestiones bancarias, inversiones, compras productos y servicios a través de la red. Con su Nombres de Usuarios y su Claves Secretos acceden a sus cuentas. El miedo está desapareciendo poco a poco y el número de usuarios de servicios basados en Internet y teléfonos móviles esta aumentado de forma constante. Relativamente pocos hogares tienen PC y aún menos tienen acceso a Internet y / o Banda Ancha. El uso de los teléfonos móviles esta tan extendido y en estos días se puede dar casi por hecho que cualquier usuario de una vivienda con cierto nivel de integración lo tiene. Y estas tendencias están empujando para que más y más usuarios acepten controlar y acceder a su vivienda remotamente sin miedo y preferiblemente con confianza.
II.4.1. Interfaces Tradicionales Hasta hace pocos años los usuarios de los llamados sistemas domóticos como alarmas del hogar, instalaciones de gestión energético etc. tenían pocas 28
alternativas para interactuar con sus sistemas. Los sistemas se podrían operar principalmente de forma local, es decir desde la misma casa, a través de teclados de los programadores de los sistemas, mandos muy sencillos, algunos botones o interruptores. Remotamente, es decir desde fuera de la casa, algunos sistemas se podrían operar a través de teléfonos con tonos. Los sistemas eran menos integrados y cada sistema tenía su propio interface o interfaces. Las principales áreas de sistemas y sus interfaces tradicionales para: Automatización y Control: pulsadores e interruptores tradicionales de cualquier marca o especiales de los mismos sistemas; teclados especiales del sistema; mandos a distancia; software de PCs; y por teléfono con tonos para el control. Y para avisos de forma local a través de mensajes y sonidos desde la central o sirenas del mismo sistema y / o remotamente a través del teléfono a números preprogramados. Seguridad y Alarmas: mandos de llavero; teclados de pared; y por teléfono con tonos para armar y desarmar. Y para avisos de forma local a través de mensajes y sonidos desde la central o sirenas del mismo sistema y / o remotamente a través del teléfono a números preprogramados. Voz y Datos: el mismo teléfono para programar los servicios telefónicos y software de PC para configurar los componentes de la red de Datos como los Routers, Hubs y PCs. Audio / Video: mandos a distancia; los mismos botones de los aparatos y en algunos casos para sistemas de multi-room con teclados especiales para la selección de canales, volumen etc. en cada habitación.
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II.4.2. Nuevas Interfaces para la Domótica Adicionalmente de los interfaces mencionados se está desarrollando en el mercado muchos nuevos o mejorados interfaces para sistemas integrados. Algunos son: Interfaces Web: Web: ofrecen un interface del hogar (tanto desde fuera como desde dentro de la casa) a través de PCs tradicionales. Los relativamente nuevos Web Pads son especialmente interesantes como interface a la domótica dentro del hogar ya que sustituye muchas de las pantallas y teclados fijos en las paredes con un controlador inalámbrico con imagen, sonido, color etc. que además ofrece múltiples otras funcionalidades. PDAs (Pocket PCs, Palms etc.): etc.): es otro interface inalámbrico muy interesante para el control domótico. El interface web creada por el servidor es TCP/IP pero tiene que ser diseñado para la adaptación al formato PDA. Puedes ser utilizado desde cualquier sitio para recibir información y acceder y controlar el hogar ya que son portátiles. Además tienen múltiples formas de conexión tanto desde fuera de la casa como desde dentro, como WiFi, Bluetooth, GPRS etc. y pueden ser personalizados según las necesidades del usuario. Mandos Multi-Media: son cada vez más comunes. Nacen del control de los equipos de Audio y Video dentro de la casa pero han sido desarrolladas muchas nuevas aplicaciones que también permite el control de instalaciones de automatización y control como X-10 etc. Son fáciles de programar y personalizar y muy útiles ya que sustituyen varios mandos y los incluyen en uno. Mensajes tipo E-mails, Mensajes instantáneos, SMS y MMS: MMS: son todos formatos muy útiles principalmente para entregar información al usuario sobre eventos en la casa. Los SMS además son muy buenos por ejemplo para enviar mensajes tipo ¿Llegando a Casa? unos 10 minutos antes de llegar a casa para que el aire acondicionado se ponga en marcha y se encienda la iluminación etc. según los escenarios programados. 30
Posicionamiento: Posicionamiento: es un interface muy utilizado ya que el hecho de entrar en una habitación puede activar la iluminación, subir persianas, activar el aireacondicionado o una lista larga de otras funciones etc. Voz: Voz: son interfaces para el control que todavía están poco desarrollados. Las aplicaciones son todavía relativamente inmaduros y son relativamente difíciles de implementar en el contexto del hogar excepto para situaciones muy concretas como el sitio de teletrabajo o equivalente. Muchos aparatos, como teléfonos móviles, sin embargo empiezan a tener mejor y mejor reconocimiento de voz y quizás pueden ser utilizados como interface de voz para aplicaciones más amplias en el futuro. [11]
CAPITULO III: DISEÑO Y SIMULACIÓN DEL SISTEMA DOMÓTICO SERVIDOR Se empleo un servidor web ya que la interfaz para el usuario fue desarrollada en el lenguaje de programación html, esto permite que sea de fácil acceso por cualquier dispositivo con comunicación a internet. En la actualidad todos los smarthphones, tablets y computadoras cuentan con un navegador web, esto sirvio de base para comenzar con el proyecto y así desarrollar una interfaz amigable con el usuario aprovechando las características graficas con las que cuenta cualquier página hoy en día. Tras un análisis sobre varias formas de crear el servidor, se eligió el utilizar el Apache Server ya que sus características se adecuaban a los requerimientos, además de ser completamente gratuito. Características de Apache
Soporte para los lenguajes perl, python, tcl y PHP. 31
Módulos de autenticación: mod_access, mod_auth y mod_digest.
Soporte para SSL y TLS.
Permite la configuración de mensajes de errores personalizados y negociación de contenido. Permite autentificación de base de datos basada en SGBD. [18]
La instalación fue sencilla, se descargo Apache.org. la última versión para Windows que se encuentra sin costo en internet. . Se crearon dos carpetas en la unidad C, la primera de nombre Apache y la segunda servidor web. Después se descomprimió el archivo descargado y se ejecuto, se siguieron los pasos de la instalación y de los datos que se piden, solo se escogió el destino de la instalación, que fue la carpeta que se creó en C:\Apache, los otros datos se dejaron de forma predeterminada para configurarlos más tarde. El programa al instalarse creo un icono en el área de notificación que permite: iniciar, detener y reiniciar Apache; se debe tener en cuenta que cualquier cambio que se haga en el archivo de configuración no tendrá efecto hasta que se reinicie el servidor. Toda la configuración para el funcionamiento de Apache se guardo en un archivo de texto nombrado: httpd.conf que se encuentra en la ruta C:\Apache\conf, se puede editar en cualquier editor de texto como el Bloc de Notas. Se editaron manualmente las líneas que se indican a continuación para comenzar a utilizar el servidor: Todas las líneas que comienzan con el símbolo # son comentarios, explican en cada sección las distintas opciones pero se encuentran en ingles. La línea 52 Listen indica el puerto y dirección IP por el que el servidor va a recibir las peticiones, se puede usar de las siguientes maneras: 1- El servidor va recibir peticiones solo de la misma PC: Listen localhost:80 32
2- Recibirá peticiones de otras máquinas en una red local: Listen 80 En la línea 149 DocumentRoot es necesario especificar la ruta de la carpeta local que contendrá las páginas y archivos a servir, en este caso fue la carpeta que se creo en C:/servidor_web, quedando de la siguiente forma: DocumentRoot "C:/servidor_web" La línea 177
establece los permisos necesarios al directorio anterior, quedando: Esta es la configuración con los parámetros esenciales para comenzar a utilizar Apache. Ahora para probar el servidor se copio en la carpeta C:/servidor_web alguna página web o cualquier archivo y se accedió a él escribiendo en la barra de direcciones del navegador 127.0.0.1 o localhost. Cualquier problema del servidor estará reflejado en los logs que guarda en C:\Apache\logs, se pueden abrir con el bloc de notas, en el archivo access.log se registran todos los accesos hechos al servidor, tanto de la PC como de internet, en error.log se registran todos los errores de su funcionamiento, estos deben analizarse periódicamente. Para acceder al servidor desde otra computadora conectada en una red local solo es necesario escribir en la barra de direcciones la dirección IP de la computadora que sirve de host, es decir la que tiene el servidor Apache instalado. Para conocer la dirección IP necesaria solo se abre una ventana de CMD, escribiendo en Inicio >CMD, se escribe en la ventana que se abrio IPCONFIG /ALL y se oprime o prime Enter, busca la línea Puerta de enlace, el e l número a continuación es la dirección IP del proxy.
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En caso de que el servidor se encuentre en otro puerto diferente al 80 (predeterminado) se escribe: "dirección ip:puerto", por ejemplo: 192.168.1.3:8080 1 92.168.1.3:8080 En caso de conflictos al tratar de conectarse a un equipo usando una red local, se verifica lo siguiente: • La dirección IP del equipo al que
se desea conectar.
• Si Apache está escuchando en el puerto al que se efectúa la petición. • Si el firewall de Windows está bloqueando la conexión. • Si se recibe un mensaje de error con el código 403 significa que no se cuenta
con los permisos necesarios para acceder al directorio, en ese caso se establece de la siguiente forma: Options Indexes FollowSymLinks AllowOverride None Order allow,deny Allow from all Para que la conexión a internet pase a través del servidor fue necesario configurarlo como un proxy fordward para eso en el archivo de configuración httpd.conf se descomento (se quito el signo #) las siguientes líneas:
LoadModule proxy_module modules/mod_proxy.so
LoadModule proxy_http_module modules/mod_proxy_http.so
Después se agrego en el final del archivo a rchivo la siguiente línea: ProxyRequests On Se cerraron y se guardaron los cambios.
34
Se accede a las Opciones de internet mediante el Panel de Control, en la pestaña Conexiones se pulso el botón Configuración de LAN y se marca la casilla Usar un servidor Proxy, se escribe en Dirección: 127.0.0.1 y en Puerto: 80. Se oprimió Aceptar en todas las ventanas. Y se reinicio el servidor. Lo anterior se aplica si se usa el navegador Internet Explorer y Google Chrome, si se usa Firefox las opciones anteriores tienes que ingresarlas en: Opciones >Configuración >Configurar como Firefox y se conecta a Internet. A partir de ahora toda tu conexión pasa a través de Apache, sea direcciones locales o externas. Para servir las páginas web en internet primero fue necesario configurar la línea 147 ServerName, Nombre del servidor, se tienen las siguientes opciones: opc iones: 1- Se dispone de una conexión a internet fija, se sustituye localhost por la dirección IP que tienes asignada seguida de dos puntos y el puerto a usar, el predeterminado en el protocolo http es el 80. Si se conecta a través de un router sería la dirección IP de este ya que esta es una dirección local en este caso. 2- Si se Tiene una conexión a internet dinámica, lo más común, significa que cada vez que se conecta el proveedor del servicio de internet se asigna una dirección IP diferente. En este caso cada vez que se instale se necesita ingresar en tu archivo httpd.conf la dirección IP asignado en ese momento, lo que es bastante incómodo. 3- La otra opción es acceder al servicio que ofrece DynDNS que va a sincronizar la dirección IP que se asigne al servidor. [19] En este sistema de utilizo la opción 1.
La pagina web para la interfaz fue desarrollada en html, en esta se puede monitorear las cámaras e interactuar con el microcontrolador.
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El código utilizado en el servidor fue el siguiente: xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=iso-8859-1" /> Untitled Document NEOS 0.1 |
| Vigilancia |  |
| Monitoreo | |
| Control | |
Esto fue la pagina principal, de nombre inicio.html. [20] 37
En cuanto a hardware se opto por emplear una computadora de bajo consumo energético, esto para reducir el gasto de electricidad. Esto se logro utilizando una lap top vieja, vieja, no es necesario que tenga un gran procesador procesador ni mucha memoria memoria RAM ya que solo se utilizo para contener el sitio web, no ejecutara nada más.
SISTEMA DE CÁMARAS Después de analizar varios productos, como cámaras IP o las que se emplean en circuitos cerrados se prefirió implementar un sistema de cámaras web, con conexión USB ya que son las más baratas que existen. Primeramente se soluciono el problema de la distancia, el cable USB solo cubre una longitud de tan solo cinco metros antes de comenzar a perder calidad en la transmisión. Primero se pensó en hacer un dispositivo que enviara los datos de forma inalámbrica de la cámara al servidor, pero no existe un dispositivo que realice esto debido a su complejidad. Después se pensó en instalar HUBs autoalimentados, estos nos brindan cinco metros extras por HUB, pero necesitaríamos una gran inversión para adquirir los componentes necesarios, esto va en contra de lo que se quiere lograr en este proyecto. Finalmente se decidió por implementar unas extensiones de USB por RJ45, los cuales no son caros y pueden abarcar una distancia hasta de 45 metros.
Para poder visualizar las cámaras en el servidor se empleo el programa Yawcam [21]. 38
El programa tiene algunas características muy interesantes, incluso permite crear una cámara con seguidor de movimiento. La instalación del software es muy sencilla y se puede obtener desde su página oficial. El primer paso para configurar el Yawcam es hacer que detecte la cámara. Una vez abierto el programa se dirigió a la opción Settings ubicada en la parte superior de la ventana después se selecciono Detect webcam. Aparecerá un recuadro donde estarán enlistados los dispositivos a elegir, se ignoro la opción de cámara IP y se selecciono en la lista el nombre de la webcam o webcam 2.0. Se prosiguió configurando los parámetros, y se dirigió al Menú Configuración y luego a Editar configuración. Se configura el programa para poder usarlo como cámara IP. Lo primero que se configuro fue la salida de video Stream es decir lo que se verá en el navegador web para ver la cámara a través de internet. En el menú de la derecha se da click en la Opción Stream. Aquí apareció la información del puerto que se ocupa y la calidad que se le quiere dar a la visión de la cámara. Se recomienda una calidad baja porque entre mayor sea más ancho de banda se necesita. La opción de salida de video o Tipo de Stream se recomienda dejar la opción de Java para poder visualizar la cámara desde cualquier navegador o hasta de cualquier celular 3G. En esta opción solo se tomo nota del puerto que ocupamos. La segunda opción es configurar el Menú inicio en la izquierda aquí se seleccionaron las opciones Iniciar Http e Iniciar Stream y en la parte de abajo Ocultar en la barra de tareas al iniciar. Esta última opción es para ocultar el Yawcam y quede solo en la parte inferior de la barra de tareas. La tercera opción en si es la más importante del programa aquí mostrara la dirección IP de la cámara, la pagina donde se va a ver así como un botón para 39
visualizar si la Yawcam está correctamente configurado, por el momento se dejo todo tal y como está pero se entro de nuevo aquí para terminar la configuración. Para continuar se abrieron los puerto del Router. Lo principal es tener deshabilitado el firewall de Windows primeramente. En la página de configuración del modem se debe de buscar el apartado firewall y buscar alguna opción de como abrir puertos. Se necesito abrir los puertos desde el 8081 hasta el 8888 de TCP y UDP Después se ingreso a Yawcam y en Configuración se regreso a la opción de Connection, primero se vio abrir los puertos correctamente dando click en el botón ¿Estoy en Línea? si todas las opciones dicen OK significa que la cámara está bien configurada Se cerraron las opciones y se dejo el Yawcam abierto con la opción stream activada. Si se quiere verificar la cámara ip se vuele al menú Configuración, conexión y se da click en cuál es mi url. Esta opción es para ver localmente la cámara.
Así es como se vio en un navegador web. Él código utilizado fue el siguiente: 40
xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=iso-8859-1" /> Untitled Document [22]
El objetivo principal de este proyecto es implementar un sistema domótico en un hogar y así poder controlar de una forma más eficiente y oportuna la seguridad, el control del abastecimiento de energéticos (encendido y apagado de las luces y suministro de agua), todo esto será monitoreado y controlado por el propietario del hogar y podrá hacerlo desde cualquier equipo que cuente con algún tipo de conexión a la red (internet).
SISTEMA DE CONTROL DE ENERGETICOS (LUCES Y AGUA) LUCES Explicación del circuito. El diseño del sistema domótico debía satisfacer nuestra problemática, es decir, aumentar la seguridad para los usuarios y ayudar a conservar el medio ambiente. Primeramente se creo un circuito que encendiera una luz cuando detectara una presencia, el problema es que este no percibía cuando era de día, haciendo un gasto innecesario de energía eléctrica. Se decidió el implementar un sensor de luminosidad en el circuito del sistema domótico de esta forma solo se va a encender la luz cuando es de noche, y de paso se utilizo esta ventaja para hacer 42
una luces automáticas, cuando comenzara a oscurecer, estas se activan sin necesidad que alguien lo haga. Para el diseño de este circuito se utilizo una tarjeta programable arduino uno, un sensor piroelectrico, una fotoresistencia o LDR, dos relays a 5V, una resistencia de 1 kilo ohm y 2 focos. Nuestro circuito completo se conformo de varios subcircuitos, estos son: 1.- Sensor de luminosidad: se realizo el sensor utilizando un divisor de voltaje entre una fotoresistencia o LDR y una resistencia de 1 kilo ohm, la resistividad del LDR aumenta entre menos luz haya, este cambio se lee en la tarjeta arduino uno, y se puede regular dependiendo si se quiere que funcione con poca luz o en completa oscuridad. 2.-Sensor de proximidad: Este es el más sencillo sensor, se leen los cambios que registra el sensor en el arduino uno, y se pueden cambiar los valores de la distancia de detección. 3.- Parte de potencia: El Arduino uno enviara pulsos que activan relays, que a su vez activan las luces, para que el Arduino uno envía los pulsos se debe cumplir las condiciones que se establecen en el programa.
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Circuito nada activo:
Circuito solo presencia:
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Circuito solo luz:
Circuito todo activo:
45
El código empleado en el control del encendido y apagado de las luces de un hogar fue el siguiente: int sensor01 = A0; //LDR int sensor02 = A1; //Sensor de proximidad int relPin01 = 7; // Activa Luz cuando hay personas personas int relPin02 = 2; //Activa luces en la noche int valsensor01 = 0;// Almacena LDR int valsensor02 = 0;// Almacena sensor proximidad void setup() { pinMode(relPin01, OUTPUT); pinMode(relPin02, OUTPUT); } void loop() { valsensor01 = analogRead(sensor01);//Lee LDR valores de 0 a 1023 valsensor02 = analogRead(sensor02);//Lee sensor proximidad if (valsensor01>500) { digitalWrite(relPin02, HIGH); if (valsensor02>500) { digitalWrite(relPin01, HIGH); } else digitalWrite(relPin01, LOW); } else { digitalWrite(relPin02, LOW); 46
} }
BOMBA DE AGUA Para aumentar el confort ofrecido a los usuarios se implemento una bomba automatizada para llenar el tinaco de un hogar, su diseño fue mucho menos complejo que el necesario para el circuito de las luces pues solo detectara cuando se vacíe el tinaco y lo comienza a llenar, también contara con un botón de paro de emergencia que nos servirá para detener el proceso si algo sale mal. Para el circuito se utilizo la tarjeta Arduino uno, un sensor ultrasónico de nivel de agua, botones para el paro y el reinicio y un relay para la parte de potencia. Lo que hará el circuito es detectar de tectar el nivel de agua, este dato d ato se le envia al arduino uno que mediante el programa que se le cargo evalua si es necesario o no encender la bomba, cuando se enciende y el nivel llegue a cierto punto se apaga la bomba de forma automática. También se le añadieron dos botones, uno para apagar la bomba de forma manual, esto es por si se llega a dañar el sensor, también cuenta con un botón para reiniciar el programa.
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Circuito bomba de agua:
El código empleado en el control del suministro de agua de un hogar fue el siguiente: int sensor01 = A2; //Sensor nivel tinaco int BombaOff = 4; // Paro Emergencia int BombaOn = 8; //Arranque int BombaON = 3; //Prende bomba int valsensor01 = 0;// Almacena LDR int Stop; int On; void setup() { pinMode(BombaON, OUTPUT); pinMode(BombaOn, INPUT); 48
pinMode(BombaOff, INPUT); } void loop() { valsensor01 = analogRead(sensor01);//Lee LDR valores de 0 a 1023 Stop = digitalRead(BombaOff); On = digitalRead(BombaOn); if(On == HIGH) Stop=LOW; if (Stop == LOW) { if (valsensor01<100) { do { digitalWrite(BombaON, HIGH); valsensor01 = analogRead(sensor01); }while(valsensor01<1000); digitalWrite(BombaON, LOW); } } else digitalWrite(BombaON, LOW);
}
49
CAPITULO IV: RESULTADOS Y CONCLUSIONES RESULTADOS Al desarrollar el servidor web en el lenguaje de programación html y utilizando el Apache
Server se obtuvieron varias ventajas como:
Permite que sea de fácil acceso por cualquier dispositivo con comunicación a internet pero con sus respectivas medidas de seguridad. Permite desarrollar una interfaz amigable (fácil comprensión y manejo) con el usuario.
Soporte para los lenguajes perl, python, tcl y PHP.
Módulos de autenticación: mod_access, mod_auth y mod_digest.
Permite la configuración de mensajes de errores personalizados y negociación de contenido. Permite autentificación de base de datos.
Para poder visualizar las cámaras en el servidor se empleo el programa Yawcam. El programa tiene algunas características muy interesantes, incluso permite crear una cámara con seguidor de movimiento..
Los circuitos empleados para la automatización de la luz y el suministro de agua fueron realizados con dispositivos que son muy utilizados en la actualidad como el arduino uno y son adecuados para los requerimentos que nuestro sistema domótico requiere, además de que los demás componentes de estos circuitos son de bajo costo, son de buena calidad. CONCLUSIONES ESPECÍFICAS
El apache server nos brinda seguridad, accesibilidad y una interfaz amigable para casi cualquier usuario. 50
Yawcam nos permite nener seguridad en el monitoreo de l hogar además de que es sencillo de utilizar. Los circuitos terminados nos ayudan a ahorrar energéticos sin mencionar que estos solo se activan en el momento de que las condiciones asi lo soliciten; todo esto nos permiten cumplir con nuestros objetivos planteados que son el ahorro de energía y el bajo costo de los materiales empleados.
CONCLUSIÓN GENERAL Despues de elegir los dispositivos adecuados, de bajo costo y consumo eléctrico; asi como haber creado la interfaz segura y amigable con casi cualquier usuario se concluye que el diseño de este sistema domótico es idóneo y cubre con los objetivos y problemáticas antes planteadas. planteadas.
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ANEXOS
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ACTIVIDAD Revisión de temas Revisión bibliográfica bibliográfica Recopilación de la información Establecimiento del protocolo Diseño de proyecto Simulación del proyecto Revisión de resultados y datos obtenidos Comprobación de hipótesis y Conclusiones Presentación del documento final
Mes
Periodo AGOSTO
SEPTIEMBRE
OCTUBRE
NOVIEMBRE
Semana 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
X X X X X X X X X X X X X x x x x X X X X X X X X
X X X
52
DATASHEET ARDUINO Los microcontroladores Arduino Diecimila, Arduino Duemilanove y Arduino Mega están basados en Atmega168, Atmega 328 y Atmega1280.
Voltaje operativo Voltaje de recomendado
entrada
Voltaje de entrada límite
Atmega168
Atmega328
Atmega1280
5V
5V
5V
7-12 V
7-12 V
7-12 V
6-20 V
6-20 V
6-20 V
54 (14 Pines de entrada y salida 14 (6 14 (6 proporcionan PW digital proporcionan PWM) proporcionan PWM) M) Pines de entrada analógica 6
6
16
Intensidad de corriente
40 Ma
40 Ma
40 mA
Memoria Flash
16KB (2KB 32KB (2KB 128KB (4KB reservados para el reservados para el reservados para bootloader) bootloader) el bootloader)
SRAM
1 KB
2 KB
8 KB
EEPROM
512 bytes
1 KB
4 KB
Frecuencia de reloj
16 MHz
16 MHz
16 MHz
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FUENTES CONSULTADAS
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