SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA VIVIENDA

Transcripción

1 Memoria SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA VIVIENDA PFC presentado para optar al título de Ingeniero Técnico Industrial especialidad ELECTRÓNICA INDUSTRIAL por Iván Ruiz Lorca Barcelona, 12 de Enero de 2011 Tutor proyecto: Manuel Manzanares Brotons Departamento de Ingeniería Electrónica (DEEL) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)

2 ÍNDICE MEMORIA Índice memoria 1 Capítulo 1: Objeto del proyecto Diseño de una casa domótica Realización de varios módulos Sistema de visualización y control 8 Capítulo 2: Motivación y justificación Pasado, presente y futuro de las viviendas domóticas Por qué es importante la aplicación de las viviendas domóticas? 10 Capítulo 3: Especificaciones básicas Control de temperatura Calefacción por suelo radiante Características del suelo radiante Fuentes de calor del suelo radiante Ventajas del suelo radiante Inconvenientes del suelo radiante Composición del suelo radiante Calefacción por suelo radiante en la vivienda Distribución sensores en la vivienda Sistema de protección por ausencia (SPA) Configuración SPA Funcionamiento SPA Distribución de elementos en la vivienda Control de ventanas y puertas Funcionamiento del control de ventanas y puertas Distribución sensores en la vivienda Control de luz Funcionamiento de control de luz Distribución sensores en la vivienda Sistema de simulación de presencia (SSP) Funcionamiento SSP Distribución sensores en la vivienda 26 Capítulo 4: Hardware Diagrama general Control de temperatura Sistema de protección por ausencia (SPA)

3 4.4. Control de ventanas y puertas Control de luz Sistema de simulación de presencia (SSP) 33 Capítulo 5: Simulaciones Programas utilizados Control de temperatura Sensor de temperatura Visualización Elección de estación Sistema de calefacción Sistema de ventilación Control de luz Detección paso por cero Sensor de luminosidad Sistema control de disparo Sistemas SSP, SPA, control de luz, control puertas y ventanas Entorno de visualización Control de luz Control de puertas y ventanas Sistema de simulación por presencia (SSP) Sistema de protección por ausencia (SPA). 66 Capítulo 6: Sistema de visualización Programa utilizado: Visual Basic Control de temperatura Visualización de temperatura actual y de consignas Control de acceso para cambio de consignas Cambio de contraseñas Cambio de consignas Historial Control de luz Sistemas SSP, SPA, control de luz, control puertas y ventanas 76 Capítulo 7: Cálculos y justificaciones Control de temperatura LM35DZ Resistencias de protección MOC Circuito de calefacción Circuito de ventilación Control de luz UA741CN Pulso de disparo

4 7.3. Control vivienda Multiplexor SN Control de luz automático.. 82 Capítulo 8: Normativa CENELEC Comité técnico Normas publicadas CEN Comité técnico Normas publicadas ISO/IEC Subcomité Normas publicadas Capítulo 9: Bibliografía Bibliografía de consulta Páginas web Libros

5 - 4 -

6 RESUMEN El proyecto que a continuación se presenta se basa en la elaboración de un sistema para gestionar y optimizar varios elementos de una vivienda, convirtiéndola en una casa domótica. A lo largo de ésta memoria veremos cómo hemos controlado y creado sistemas de control de temperatura, luz, puertas y ventanas, sistemas de prevención inteligentes, antirrobo, etc. En éste proyecto hemos querido demostrar el gran abanico de posibilidades que nos da un elemento, a priori sencillo, como es un PIC dentro de un entorno real con diversas variables a controlar, tanto analógicas como digitales. A su vez, nos adentraremos en el envío y recepción de datos entre el PIC y el PC, para que un usuario cualquiera pueda conocer el estado de todos los elementos de la vivienda con una vista rápida a un monitor de control

7 - 6 -

8 CAPÍTULO 1: OBJETO DEL PROYECTO Nuestro proyecto va a basarse en la realización tanto teórica como práctica de una vivienda domotizada controlada por un microprocesador el cual efectuará las tareas deseadas por el usuario. La estructura del trabajo constará básicamente de tres partes: Diseño de una casa domótica Realización de varios módulos Sistema de visualización y control 1.1. Diseño de una casa domótica Este es el punto principal del proyecto, en el cual se efectuará el diseño e implementación de la gestión y el control de una vivienda. Nuestra tarea será la de realizar toda la instalación electrónica de una vivienda unifamiliar real, para conseguir el bienestar del usuario y a la vez crear un producto energéticamente rentable. Los puntos más importantes de la instalación a efectuar serán: Control de la iluminación interior y exterior de la vivienda. Regulación automática de la iluminación artificial en función de la luz natural. Control de la temperatura del hogar. Control de accesos a la vivienda (puertas y ventanas). Detector de presencia exterior e interior

9 Iván Ruiz Lorca Sistema de simulador de presencia. Sistema de alarmas de seguridad (incendio, gas, intrusión) Realización de varios módulos Para nuestro proyecto hemos creído conveniente montar unos módulos independientes, los cuales nos permiten ver lo que hemos diseñado, tenemos básicamente dos módulos, que más adelante hablaremos de ellos en detalle, pero son el módulo de control de temperatura y el módulo de control de luz. También hemos diseñado un módulo que nos representara varios sistemas de control y seguridad en la casa, como comentaremos más adelante, este módulo es capaz de controlar el acceso a la vivienda mediante puertas o ventas, detectara presencias ajenas en el exterior de la casa y además tendremos un sistema de protección por ausencia. Por razones de espacio y montaje no se utilizarán todos los sensores y actuadores que se describirán en la memoria general del proyecto. En su lugar haremos uso de led s e interruptores para simular los distintos estados que nos podamos encontrar en la realidad en nuestra vivienda Sistema de visualización y control Cada uno de los módulos dispondrá de un sistema de visualización y control a través del puerto RS-232 del ordenador, dicho sistema será el encargado de mostrarnos a través de un PC todos los estados de las posibles variables que tengamos en nuestra casa, además también en este sistema podremos controlar las variables elegidas para poder realizar un mejor control sobre todos los elementos domóticos de nuestra casa. Por ejemplo, en el módulo de temperatura podremos cambiar los valores de consigna de temperaturas, o en el módulo de control de luz podremos actuar directamente sobre la bombilla para modificar la luz artificial de nuestra casa

10 CAPÍTULO 2: MOTIVACIÓN Y JUSTIFICACIÓN 2.1. Pasado, presente y futuro de las viviendas domóticas La evolución marca el ritmo de la vida y las casas tampoco pueden escapar a ella. La electricidad nos ha permitido elevar el nivel de confort en nuestras casas y ha dado paso a la entrada de los electrodomésticos, máquinas capaces de realizar tareas cotidianas de forma casi autónoma, elevando nuestro nivel de confort a cotas en otro tiempo inimaginables. Estas máquinas no existirían sin el desarrollo de una nueva evolución: la electrónica, permitiendo realizar programaciones que regulan cada proceso. La siguiente evolución que ha llegado es la: Domótica, que se encarga de la integración y regulación de ambos sistemas (eléctricos y electrónicos), de tal manera que la casa es capaz de sentir (detectar la presencia de personas, la temperatura, el nivel de luz, ) y reaccionar por sí sola, a estos estímulos (regulando el clima, la iluminación, conectando la alarma, ), al mismo tiempo que es capaz de comunicarse e interactuar con nosotros por multitud de medios (pantalla táctil, PC, móvil,...)

11 Iván Ruiz Lorca 2.2. Por qué es importante la aplicación de las viviendas domóticas? A continuación se detallan las principales ventajas de la aplicación de sistemas domóticos en la vivienda. Ventajas En muchos sistemas domóticos el cableado se realiza con solo un par trenzado, generando un ahorro económico y de mano de obra, además de una simplificación de proyecto. En otros sistemas domóticos la instalación utiliza la red eléctrica de 220V, evitando reformas físicas del recinto y posibilitando una rápida instalación. Para reformas de viviendas habitadas, estos sistemas son ideales, ya que también evitan que el hogar este en obra nuevamente. Controla todos los servicios, iluminación, aire acondicionado, alarmas, bombas, cámaras, etc. Las unidades pueden ser programadas y reprogramadas, para optimizar el manejo de energía en cualquier momento con facilidad. El sistema domótico es instalado y programado por un técnico de acuerdo a los requerimientos del usuario y una vez funcionando no es necesario ningún conocimiento técnico para operarlo. Dada la alta flexibilidad que posee el sistema, en cualquier momento podrá actualizarlo y expandirlo con costos mínimos. Un sistema domótico permite integrar cualquier dispositivo que no sea inteligente al sistema. Simplifica enormemente el diseño de una obra, que podría ser dificultosa y costosa usando el cableado y dispositivos convencionales. El proceso de planificación se reduce significantemente al igual que los cambios que demandan las viviendas más modernas. Se estima que el ahorro de energía en un hogar con un sistema domótico es del 20%, con lo que a corto plazo la inversión seria recuperada

12 CAPÍTULO 3: ESPECIFICACIONES BÁSICAS Éste apartado estará dedicado a argumentar los distintos diseños que realizaremos en nuestra vivienda. En ellos explicaremos la idea básica que queremos implementar y la función que desempeñará dentro de la casa, desarrollando también su utilidad y aplicación Control de temperatura En estos tiempos, en el que el bienestar se considera una necesidad básica, hemos creído conveniente realizar un control de temperatura de nuestra vivienda, ya que todos queremos estar en casa y estar a gusto sin pasar frio. A continuación explicaremos que método de calefacción hemos escogido y porqué Calefacción por suelo radiante La calefacción por suelo radiante de agua consiste en la instalación de un tubo de polipropileno sobre aislamiento de alta densidad, empotrado en la capa de mortero del pavimento, ocupando toda la superficie de la estancia a calefactar y que utiliza agua como elemento transmisor del calor. El agua, previamente calentada con cualquier fuente de energía, (gas, gasóleo, bomba de calor, energía solar, etc.) cede calor al suelo y éste, a su vez, lo transmite por contacto al aire ambiente

13 Iván Ruiz Lorca Haciendo circular por los tubos agua entre 35 y 45 ºC, el suelo se mantiene entre 20 y 28 ºC y el ambiente entre 18 y 22 ºC. El grado de confort que se consigue con este tipo de calor es ideal. Ya que se calienta agua a 40 ºC para mantener la casa a 20 ºC. En cambio, con los sistemas tradicionales de radiadores calentamos agua a 70 u 80 ºC para mantener la casa a 20 ºC. Es obvio que los saltos térmicos son mucho más altos y, de esto, resultan pérdidas de calor mayores Características del suelo radiante El calor aportado por el Suelo Radiante es uniforme en toda la vivienda. Una importante condición para el confort humano es que, entre el punto más caliente y más frío de la casa, no haya una diferencia de temperatura superior a 5 ºC. El calor viene del suelo y llega hasta una altura de 2 a 3m., justo donde se necesita. Como se observa en la siguiente imagen el sistema de radiadores ofrece una distribución de temperaturas que no es la idónea, ya que calienta más en la zona alta de la estancia, en cambio, el suelo radiante nos ofrece una temperatura más cálida a poca altura y va enfriando a medida que se sube de altura. Figura 1. Distribución de calor por radiadores o por suelo radiante Fuentes de calor del suelo radiante Convencionales - Gasoil: El recurso energético más barato de todos. Se adapta perfectamente al Suelo Radiante, instalado con válvula mezcladora o intercambiador de calor para conjugar la baja demanda térmica del Suelo Radiante 35 ó 45 ºC, con la óptima temperatura de trabajo de los quemadores 80 ó 90 ºC. - Gas: La expansión del gas natural y las actuales campañas de las Compañías suministradoras para la financiación e incluso la gratuidad en las instalaciones de los depósitos (plan personalizado REPSOL, etc.), junto con el desarrollo de las calderas mixtas (Calefacción y

14 Sistema de gestión domótica de una vivienda Agua Caliente Sanitaria), hacen del gas, una solución muy atractiva para viviendas del tamaño medio. El control de llama modular, permite a la caldera trabajar directamente con el circuito del Suelo Radiante a temperaturas de 35 a 45 ºC. - Electricidad: Continúa siendo la más limpia de las fuentes de calor, considerando el uso de la tarifa nocturna (acumulado calor en el propio suelo) se reducen los costes hasta el 53 %, convirtiéndola en la opción más interesante para viviendas de superficie reducida. Alternativas - Bomba de Calor: Es un equipo que "bombea" calor desde un nivel de temperatura no aprovechable (5-10 ºC) a otro superior (40-45 ºC) útil para calefacción por Suelo Radiante. La energía consumida en el bombeo es considerablemente menor que la transportada (aproximadamente 3 a 1). La bomba de calor es la selección natural cuando queremos "doble uso" para la fuente de energía (Calefacción y Aire Acondicionado). Otras energías alternativas - Energía solar. - Recuperadores de chimeneas. - Calderas de carbón y leña. - Calor residual de procesos industriales. - Aguas termales, etc Ventajas del suelo radiante - Estética: No hay aparatos de calefacción en la casa (radiadores, fan-coils...), resultando la decoración muy beneficiada. - Saludable: El agradable y uniforme calor de la vivienda y el suelo asegura un ambiente sano y limpio, sin acumulación del polvillo quemado, sin turbulencias de aire y sin resecar el ambiente. - Calefacción de volúmenes con grandes alturas: El calor se distribuye hasta 2-2,5 m. de altura (el espacio que ocupamos las personas), por lo que resulta ideal para la calefacción

15 Iván Ruiz Lorca de grandes volúmenes, como vacío sobre salones, escalera y otros, ya que reduce al mínimo las pérdidas al no crear bolsas de aire en los techos (típico en los otros sistemas de calefacción). Figura 2. Distribución de calor dependiendo de la altura. - Calefacción de piscinas: Una ampliación poco conocida del Suelo Radiante es la climatización de piscinas, tanto del vaso como del suelo que las rodea. No es necesario describir la agradable sensación que produce el suelo templado en torno a la piscina con los pies descalzos. Pero sobre todo hay que señalar que con la calefacción por Suelo Radiante no se remueve el agua (no hay flujo de agua caliente que entra en el vaso). Así, se reduce al mínimo la evaporación, que es la mayor fuente de pérdidas en una piscina. - Aislamiento: El montaje del Suelo Radiante se realiza durante la construcción o rehabilitación de la vivienda. Una vez levantada la tabiquería, terminadas las instalaciones de fontanería y electricidad y lucidas las paredes. En la instalación se aporta un aislamiento adicional al edificio que mejora notablemente los parámetros del aislamiento térmico y acústico del mismo. mo. Esto contribuye a conseguir mayor confort y economía reduciendo costes de mantenimiento. - Bajo mantenimiento: El tubo de polietileno reticulado es prácticamente indestructible, para instalaciones empotradas en hormigón, cal o yeso y tampoco es atacado por la corrosión. La dilatación térmica del tubo no perjudica al pavimento

16 Sistema de gestión domótica de una vivienda - Seguro: Todos los circuitos de Suelo Radiante empiezan y terminan en colectores colocados por encima del suelo. No hay empalmes y la alta calidad del tubo, de polietileno reticulado asegura la total ausencia de averías Inconvenientes del suelo radiante - Obra: Cualquier reforma o trabajo que se desee realizar en el edificio y que conlleve tocar o modificar el suelo es muy problemático ya que todo el suelo está totalmente ocupado por el suelo radiante. - Tipo de pavimento: En una instalación de suelo radiante asociada a un pavimento de parquet el consumo aumentará aproximadamente en un 15% - Inércia: Un inconveniente en algunos casos (en otros es una ventaja) es su larga inercia. Los tiempos de calentamiento y de enfriamiento del sistema son mucho más largos (varias horas) que en otros sistemas de calefacción de respuesta más rápida Composición del suelo radiante Figura 3. Composición del suelo radiante

17 Iván Ruiz Lorca Calefacción por suelo radiante en la vivienda A continuación se muestra el plano con la instalación de suelo radiante. Se ha hecho una distribución modular, es decir, se han distribuido los tubos del suelo radiante por habitaciones, ya que no en todas tendremos la misma temperatura, por lo que se deberá aplicar distinto potencia a cada parte, como se puede ver que en el garaje no se ha instalado dicho sistema, esto es debido a que el garaje es una estancia de paso, en la cual no se permanecerá mucho rato, por lo que no se debe climatizar la zona. GARAJE JARDÍN COCINA LAVABO 1 HABITACIÓN 1 COMEDOR SALA DE ESTAR HABITACIÓN 2 HABITACIÓN 3 ESTUDIO LAVABO 2 Figura 4. Distribución del suelo radiante

18 Sistema de gestión domótica de una vivienda Distribución sensores en la vivienda Como hemos explicado anteriormente, la casa tendrá instalado un sistema de calefacción por el método de suelo radiante, para que este sistema sea efectivo se necesita realizar un control sobre la temperatura de la casa para así poder adecuar la temperatura a deseo del consumidor. Se ha pensado realizar el sensado de temperatura con un sensor de temperatura linear, más concretamente el LM35. Dicho sensor nos ofrecerá el valor de la temperatura actual, con el cual podremos hacer el control. Para una buena climatización de la casa se instalarán 7 sensores de temperatura distribuidos por la casa, uno en cada habitación, uno por lavabo y otro en el comedor. No se ha instalado un sensor ni en la cocina ni en el pasillo, debido a que son estancias en las cuales no queremos controlar la temperatura debido al poco tiempo que pasaremos en ellas. Figura 5. Distribución de sensores dentro de la vivienda

19 Iván Ruiz Lorca 3.2. Sistema de protección por ausencia (SPA) Como medida preventiva de posibles fallidas del sistema eléctrico en la vivienda diseñaremos un circuito de desconexión de los electrodomésticos y de las luces del hogar que podrá activarse cuando los habitantes salgan de su casa. Cabe remarcar que este sistema no efectuará una desconexión total sino que únicamente prescindirá de aquellos elementos que el usuario deseé y podrá programarse a placer según las necesidades de cada inquilino. Llamaremos a este sistema SPA (Sistema de Protección por Ausencia). El funcionamiento de este sistema se basará en un pulsador situado cerca de la salida principal de la vivienda. El usuario podrá activar fácilmente el SPA en el momento en que vaya a abandonar la casa de modo que quede habilitado cuando ya no haya más gente dentro de la casa Configuración SPA Como idea inicial, partiremos de la base de que querremos desconectar todas las luces y los electrodomésticos que no requieran una constante alimentación de luz cuando se abandone la vivienda. En la siguiente tabla se muestran la configuración inicial de las luces y electrodomésticos divididos en estancias y su respectiva numeración para identificarlas en el mapa que se adjuntará posteriormente: Conectado: Seguirá funcionando una vez se active el sistema de protección Desconectado: Los elementos que estén desconectados no funcionarán cuando se active el sistema de protección. Cocina Tabla 1. Elementos de la cocina. Número Elemento Estado 1 Microondas Desconectado 2 Horno Desconectado 3 Lavavajillas Conectado 4 Lavadora Conectado 5 Secadora Conectado 6 Nevera Conectado 7 Televisor Desconectado 8 Luz Cocina Desconectado En la cocina hemos creído conveniente desconectar tanto el horno como el microondas ya que pueden causar algún tipo de incendio o peligro para la vivienda cuando no haya personas en la casa. Por otra parte, dejaremos activos elementos como el lavavajillas, la lavadora o la secadora por si el usuario quiere activarlos antes de salir de casa para encontrarse la colada

20 Sistema de gestión domótica de una vivienda hecha. Finalmente no desconectaremos elementos que necesitan estar alimentados siempre como pueden ser la nevera o el congelador. Comedor Tabla 2. Elementos del comedor. Número Elemento Estado 9 Televisor Conectado 9 DVD Conectado 9 TDT Conectado 10 Luces Comedor Desconectado 11 Lámpara Lectura Desconectado Un comedor se suele caracterizar por tener varios elementos de control programables como un televisor, un DVD, etc. Es por eso que los dejaremos todos conectados por si el usuario desea programar el DVD para grabar algún tipo de película o programa cuando abandona la vivienda. De igual forma, estos elementos estarán conectados a un mismo ladrón por lo que se utilizará una misma enumeración que los englobará todos. Estudio Tabla 3. Elementos del estudio. Número Elemento Estado 12 Conexionado Ordenador Conectado 13 Lámpara Desconectado 14 Luz Estudio Desconectado En el estudio se instalará una regleta de interruptores para conectar los diferentes elementos necesarios en todo ordenador personal (ordenador, pantalla, router, impresora/escáner, etc.). Habitaciones Habitación 1 Tabla 4. Elementos de la habitación 1. Número Elemento Estado 15 Conexionado Ordenador Conectado 16 Lámpara Desconectado 17 Luz Habitación 1 Desconectado

21 Iván Ruiz Lorca Habitación 2 Tabla 5. Elementos de la habitación 2. Número Elemento Estado 18 Televisor Desconectado 19 Lámpara 1 y 2 Desconectado 20 Luz Habitación 2 Desconectado Habitación 3 Tabla 6. Elementos de la habitación 3. Número Elemento Estado 21 Conexionado Ordenador Conectado 22 Lámpara Desconectado 23 Luz Habitación 3 Desconectado En las tres habitaciones de uso particular desconectaremos todas las luces y lámparas y dejaremos conectadas como configuración inicial los ordenadores personales de las habitaciones 1 y 3. Lavabos Lavabo 1 Número Elemento Tabla 7. Elementos del lavabo 1. Estado 24 Luz Espejo Desconectada 25 Luz Lavabo 1 Desconectado Lavabo 2 Tabla 8. Elementos del lavabo 2. Número Elemento Estado 26 Luz Espejo Desconectada 27 Luz Lavabo 2 Desconectado

22 Sistema de gestión domótica de una vivienda Los lavabos dispondrán de una luz principal y otra secundaria situada encima del espejo para mejorar la iluminación en la zona facial al estar delante. Ambas luces estarán desconectadas al activar el sistema SPA. Garaje Tabla 9. Elementos del garaje. Número Elemento Estado 28 Luz Garaje Desconectada Tendremos una única luz que iluminará el interior del garaje. Jardín Tabla 10. Elementos del jardín. Número Elemento Estado 29 Luces Jardín Conectadas 30 Luces Piscina Desconectado Las luces del jardín inicialmente las dejaremos conectadas a no ser que el usuario lo modifique simplemente por el hecho de intentar simular que hay gente en la vivienda en caso de que sea de noche. Por otra parte las luces de la piscina estarán desconectadas Funcionamiento SPA Para hacer funcionar nuestro sistema SPA situaremos en cada enchufe un dispositivo para poder desconectar ese elemento cuando activemos el sistema. La instrucción de activar el SPA, como ya hemos mencionado, vendrá dada por un pulsador que el usuario activará, esta señal de control será recibida por el PIC que procesará la información y hará desactivar los elementos que previamente el usuario habrá seleccionado en la pantalla del sistema de control y visualización. En el apartado de simulaciones se explica en detalle el funcionamiento del sistema Distribución elementos en la vivienda A continuación se muestra el plano de la vivienda con toda la enumeración de los distintos elementos que hemos mencionado en las diferentes tablas de los apartados anteriores así como también la situación del interruptor que activara el sistema SPA. De esta forma podemos observar la situación de cada uno de ellos

23 Iván Ruiz Lorca Figura 6. Plano distribución elementos de la vivienda Control de ventanas y puertas Como medida preventiva para nuestra vivienda, se instalará un sistema de control de ventanas y puertas exteriores. Cuántas veces ha llegado a casa y ha visto que se había dejado alguna ventana abierta? Se ha olvidado de cerrar la entrada de su garaje alguna vez después de dejar su vehículo? Este sistema nos permitirá conocer el estado en que se encuentra cualquier ventana o puerta de la casa pudiendo así tener un control de la seguridad de la que gozamos en todo momento, evitando dejarnos algo abierto cuando nos dispongamos a abandonar la vivienda

24 Sistema de gestión domótica de una vivienda Funcionamiento del control de ventanas y puertas La función de este sistema es totalmente preventiva e informativa, ya que el usuario puede querer dejar alguna ventana abierta a propósito, por eso el diseño será ideado para que los individuos de la vivienda puedan saber que entradas tienen abiertas y cerradas pero no para abrirlas o cerrarlas automáticamente. El programa diseñado enviará al microcontrolador el estado abierto o cerrado de las distintas ventanas y puertas gracias al los distintos sensores que se colocarán en ellas. Posteriormente se podrá observar en un entorno de visualización de una forma dinámica y rápida el estado en que se encuentran Distribución sensores en la vivienda En la siguiente tabla hemos enumerado los catorce elementos que querremos controlar para que nos sea más fácil referirnos a cualquiera de ellos a posteriori. Tabla 11. Ventanas y puertas de la vivienda. Número Nombre Tipo 1 Ventana Garaje Ventana 2 Puerta Garaje Puerta 3 Puerta Calle Garaje Puerta 4 Ventana Cocina Ventana 5 Ventana Habitación 2 Ventana 6 Ventana Habitación 3 Ventana 7 Ventana Estudio Ventana 8 Ventana Lavabo 1 Ventana 9 Ventana Lavabo 2 Ventana 10 Ventana Comedor Ventana 11 Puerta Principal Puerta 12 Puerta Principal Calle Puerta 13 Puerta Jardín 1 Puerta 14 Puerta Jardín 2 Puerta A continuación podremos observar un plano de la vivienda dónde se puede ver las distintas ventanas y puertas exteriores de toda la casa descritas en la anterior tabla

25 Iván Ruiz Lorca Figura 7. Plano distribución ventanas y puertas Control de luz Uno de los factores más importantes que debemos controlar en la vivienda es la luz, dicho control lo que realizará es regular la intensidad de la luz en cada estancia de la vivienda, permitiéndonos así una perfecta iluminación conforme a la condiciones de luz en el espacio y por lo tanto un ahorro energético

26 Sistema de gestión domótica de una vivienda Funcionamiento de control de luz El control de luz se llevará a cabo en las habitaciones y en la sala de estar ya que es aquí donde pasaremos más horas, ya que en el garaje, cocina y lavabos son estancias de paso las cuales no es necesario regular su luminosidad. Otra cosa que cabe destacar es que en la habitación 1 no es efectuará el control, debido a que al ser una habitación sin ventanas, siempre tendrá la misma luminosidad, ya sea de día o de noche, por lo que siempre nos interesará tener la misma luminosidad. El principal objetivo de esta regulación es el ahorro energético, ya que regulará la luz conforme las condiciones ambientales, ya por ejemplo en un día luminoso nos encenderá la luz a un nivel mínimo evitando así encender la luz por completo y así ahorrar energía Distribución sensores en la vivienda A continuación se muestra el plano de nuestra vivienda con sus respectivos sensores de luminosidad en las estancias indicadas. Figura 8. Plano distribución de sensores de luz

27 Iván Ruiz Lorca 3.5. Sistema de simulación de presencia (SSP) El sistema de simulación de presencia o SSP es un sistema de seguridad ideado para intentar ahuyentar posibles intrusiones no deseadas en la vivienda. Este sistema parte de la base que un intruso que desee entrar en la casa puede verse desconcertado al ver que hay actividad y movimiento dentro de la vivienda, factor que puede hacerle retroceder y abandonar el intento de intrusión Funcionamiento SSP Así pues, el sistema SSP simulará que la vivienda está ocupada cuando uno o varios sensores de presencia situados en el jardín y cerca de las ventanas y puertas exteriores se activen. Para causar ese efecto, cuando el PIC detecte actividad en alguno de los mencionados sensores, mandará una señal que hará activar unas luces destinadas a disuadir al intruso haciéndole pensar que alguien ha encendido esas luces manualmente. A su vez, el sistema enviará una alarma a la pantalla de control alertando que ha habido una intrusión. También, de manera opcional, el usuario podrá conectar una alarma sonora que alertará a los habitantes de la vivienda por si estos se encuentran durmiendo y también por si quieren ahuyentar al intruso con dicho sonido. Las luces a activar estarán situadas en el porche y entrada de la vivienda, así como también una luz en el interior de la vivienda para que el intruso crea que hay gente. Estas luces se apagaran de manera automática una vez haya pasado cierto tiempo desde que ninguno los sensores no detecte ningún tipo de presencia o de forma manual con un pulsador o directamente des del sistema de control y visualización, que el usuario podrá activar cuando lo crea oportuno Distribución sensores en la vivienda A continuación se muestra el plano de la casa con una situación aproximada de los sensores de presencia que irán distribuidos por el jardín y en las cercanías de las ventanas y las puertas de la vivienda. Por otro lado también se indica la posición de las luces de disuasión del sistema SSP a la vez que también figuran los interruptores de puesta en funcionamiento del sistema y el interruptor de activación de la alarma sonora. Estos dos interruptores como observaremos se encuentran en la entrada principal y serán fácilmente accesibles al usuario en el momento que se quiera abandonar la casa

28 Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 9. Plano distribución sensores y luces SSP. Resumiendo, el sistema de simulación de presencia nos va a ofrecer, a diferencia de las alarmas convencionales que serán totalmente compatibles, una forma de evitar y disuadir al intruso mediante la simulación de presencia y movilidad dentro de la vivienda

29 - 28 -

30 CAPÍTULO 4: HARDWARE 4.1. Diagrama general En el siguiente diagrama podemos observar las partes diferenciadas del proyecto. Figura 10. Diagrama general

31 Iván Ruiz Lorca 4.2. Control de Temperatura El control de temperatura se realizará con un sensor de temperatura lineal, a través del PIC se realizará el control, el cual nos encenderá la calefacción por suelo radial dependiendo de la temperatura actual de cada estancia. Además de esto se podrá visualizar mediante un LCD la temperatura actual en cada sensor de la casa, así como también tenerlas presentes en el sistema de visualización y control para poder saber el estado de climatización de la vivienda. Con dicho sistema también podrá controlarse la temperatura de control y si deseamos enfriar o calentar la casa. Figura 11. Diagrama control de temperatura Sistema de protección por ausencia (SPA) El sistema de seguridad para electrodomésticos y luces de la casa que llamaremos Sistema de Protección por Ausencia (SPA), consiste en un sistema diseñado para activarlo fácilmente con un pulsador situado cerca de la puerta principal cuando el usuario se disponga a abandonar la vivienda. Su función es desconectar los distintos electrodomésticos y luces para que en caso de algún tipo de fallo eléctrico no estén activos si el usuario no está en casa

32 Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 12. Diagrama SPA Control de ventanas y puertas El control de ventanas y puertas estará formado por varios sensores distribuidos por las diferentes ventanas y puertas exteriores de la vivienda. Estos sensores tendrán como función indicarnos el estado abierto o cerrado de las aperturas exteriores de la casa para posteriormente poder conocer su estado. Se utilizará también como en todos los diseños el PIC 16F877A que gestionará las lecturas de los sensores. Para finalizar, se utilizarán led s de color rojo y verde para indicar el estado abierto y cerrado respectivamente. Cabe decir que en la implementación real del sistema domótico estos elementos serán eliminados ya que los resultados de las lecturas se podrán observar de una manera mucho más gráfica en el sistema de visualización y control

33 Iván Ruiz Lorca Figura 13. Diagrama control de ventanas y puertas Control de luz Para realizar el control de luz, utilizaremos sensores de luminosidad para cada estancia de la casa donde se desea realizar dicho control. Mediante el PIC se hará un control de la luminosidad de cada estancia en el momento en que el usuario pulse el interruptor de ésta, momento en el cual se encenderá la luz de la habitación con una cierta regulación, ideal y adecuada según la luz natural que se disponga. Además, el usuario podrá regular manualmente la intensidad de la luz así como desconectar el sistema de regulación automática para disponer del máximo rendimiento de la bombilla

34 Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 14. Diagrama control de luz Sistema de simulación de presencia (SSP) El Sistema de Simulación de Presencia (SSP) se basa en un sistema de seguridad contra intrusos el cual dispondrá de una serie de sensores de presencia situados en el exterior de la vivienda (jardín, puertas y ventanas exteriores, etc.) y que simulará mediante luces presencia dentro de la vivienda en caso de que se detecte alguna intrusión. Este sistema dispondrá, a parte de los sensores de presencia, un sistema de alarma sonora que el usuario podrá activar o desactivar independientemente del SSP. También instalaremos un led para avisar al usuario si se ha detectado presencia en el exterior mediante una señal luminosa. Figura 15. Diagrama control de luz

35 - 34 -

36 CAPÍTULO 5: SIMULACIONES 5.1. Programas utilizados Para poder simular y probar los diferentes módulos y circuitos que a continuación se van a mostrar, hemos utilizado cuatro programas básicos. - Proteus Profesional 7 - Visual Basic PIC C Compiler - Virtual Serial Port Para elaborar los circuitos utilizaremos el simulador Proteus Profesioanal 7. Hemos seleccionado este simulador porque dispone de una gran librería de componentes reales de diversos fabricantes y también dispone del modelo de PIC que utilizaremos para llevar a cabo el proyecto, el PIC16F877A. A su vez, este simulador nos da la posibilidad de cargarle al PIC el archivo.hex del programa que previamente habremos realizado y compilado. De esta forma podemos visualizar en el simulador Proteus la interacción de los distintos actuadores y sensores. El programa Visual Basic 6.0 nos va a servir para plasmar en un entorno gráfico y dinámico lo que está ocurriendo en la vivienda. En el próximo capítulo se explicará en detalle este programa y su utilidad dentro del proyecto. PIC C Compiler es el entorno de programación que hemos escogido para crear los programas que posteriormente introducimos en el PIC mediante un programador externo. Al compilar el programa creado nos genera un.hex que será el que usaremos para cargar en el Proteus

37 Iván Ruiz Lorca Por último, el sencillo programa Virtual Serial Port es el encargado de que podamos comunicar mediante simulación, el Proteus con el Visual Basic. Esto es posible gracias a que este programa crea un par de puertos virtuales conectados entre si, de tal manera que podemos enviar y recibir datos entre el circuito y el programa en Basic Control de Temperatura Para simplificar la explicación, hemos creído conveniente realizar solo la lectura de uno de los sensores de la casa, ya que se repite para un total de 7. Como ya se ha explicado en el apartado de hardware, hemos utilizado un sensor de temperatura LM35. En el siguiente circuito se muestra el control de temperatura

38 Sistema de gestión domótica de una vivienda Visualización Sistema de Calefacción Sensor de Temperatura Elección de estación Sistema de Ventilación Figura 16. Circuito de control de temperatura

39 Iván Ruiz Lorca Como vemos en el circuito, hay cinco partes bien diferenciadas, la primera será la del sensor de temperatura que será la encargada de enviar al PIC la temperatura sensada, a continuación tenemos el display que nos muestra la temperatura leída en el sensor y la temperatura de consigna asignada. La siguiente partes es el interruptor de selección de estación, aquí podremos elegir en que estación nos encontramos, si en invierno o en verano. Las dos últimas partes son los sistemas de calefacción y de ventilación que serán los encargados de enfriar o calentar el recinto. A continuación vamos a detallar el funcionamiento de cada una de las partes mencionadas anteriormente para poder comprender su funcionamiento Sensor de Temperatura Figura 17. Sensor de temperatura. El LM35DZ es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55ºC a +150ºC. La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC, calibrado directamente en Celsius y una exactitud garantizada 0.5ºC (a +25ºC), además opera entre 4 y 30 volts de alimentación. Taula 12. Tabla de medidas en simulación y reales. Temperatura (ºC) Simulación (mv) Real (mv) , , , , , , ,

40 Sistema de gestión domótica de una vivienda , , , , , , , , , Visualización Figura 18. Sensor de temperatura y visualización. Como podemos ver nuestro display nos muestra la temperatura actual, así como la consigna de verano o de invierno que viene dada por programa o a través de la comunicación serie como explicaremos más adelante. La resistencia variable RV2, sirve para modificar el contraste de nuestra pantalla

41 Iván Ruiz Lorca Elección de estación Figura 19. Interruptor de elección de estación y visualización. Como podemos observar en la simulación cuando la entrada C0 del PIC se encuentra en nivel alto quiere decir que nos encontramos en la estación de invierno como se puede ver en el display, este control nos sirve para poder modificar la estación en la que nos encontremos para poder realizar el control de ventilación o de calefacción según sea el caso. En invierno queremos controlar el sistema de calefacción debido a que es cuando nos encontramos con las temperaturas más bajas del año y así poder realizar la climatización de la estancia, todo lo contrario pasa en el sistema de ventilación que es cuando queremos encender la ventilación para refrigerar la estancia

42 Sistema de gestión domótica de una vivienda Sistema de calefacción Figura 20. Sistema de calefacción activado. Como podemos ver en la simulación a través del diodo led D2, nuestro sistema de calefacción esta activado debido a que la temperatura de consigna es de 32ºC debido a que nos encontramos en invierno y nos encontramos a una temperatura inferior, por lo que el sistema se pone en marcha a través del optoacoplador MOC3021, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un fotodiac. De este modo combinamos en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Hemos utilizado este dispositivo para aislar eléctricamente el PIC de la corriente alterna de la red. El efecto de calefacción se produce debido a que por las resistencias, R11 R12 R13, hacemos pasar la corriente necesaria para que se calienten debido a que son resistencias cerámicas. La elección de las resistencias así como la corriente que circula por ella se desarrolla en el capítulo de cálculos

43 Iván Ruiz Lorca Figura 21. Sistema de calefacción desactivado. En este caso observamos que el sistema de calefacción está apagado ya que tenemos una temperatura superior a la de consigna por lo que no hace falta calentar la estancia

44 Sistema de gestión domótica de una vivienda Sistema de ventilación Figura 22. Sistema de ventilación activado. Como podemos ver en la simulación a través del diodo led D3, nuestro sistema de ventilación esta activado debido a que la temperatura de consigna es de 27ºC, debido a que nos encontramos en verano y nos encontramos a una temperatura superior, por lo que el sistema se pone en marcha a través del transistor BC547. El efecto de ventilación se produce debido a que el transistor esta en zona de saturación por lo que se convierte en un interruptor cerrado dejando pasar corriente por el ventilador

45 Iván Ruiz Lorca Figura 23. Sistema de ventilación desactivado. En este caso observamos que el sistema de ventilación está apagado ya que tenemos una temperatura inferior a la de consigna por lo que no hace falta refrigerar la estancia

46 Sistema de gestión domótica de una vivienda 5.3. Control de luz Como se ha explicado anteriormente, vamos a realizar una regulación de la luminosidad de la casa, con este motivo se han instalado unos sensores de luz que hemos simulado como resistencias LDR. En la casa hay un total de 4 sensores de luz, que son los que hemos creído convenientes ya que son en las estancias donde más tiempo pasaremos. Como en el caso de la temperatura solo hemos simulado un sensor con su correspondiente bombilla. A continuación se presenta el esquema realizado, en el que podemos ver cuatro partes bien diferenciadas que definirán el funcionamiento del sistema, que son: Detección de paso por cero, sensor de luminosidad, sistema de control de disparo y comunicación serie

47 Iván Ruiz Lorca +12V J1 230V 2 1 F1 1A 1 TR1 2 5 Detección paso por cero 3 4 TRAN Alterna R1 10k R2 10k U1 6 UA741CN -12V D1 1N4004 R3 8.2k R4 10k R15 10k Comunicación serie VCC Q2 BC557B J4 CONN-D9F VCC 1.0 LDR1 LDR VCC R5 1k R6 1k X1 FREQ=4MHz U2 OSC1/CLKIN RB0/INT OSC2/CLKOUT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT VCC R19 1k Q3 BC547B R17 4k7 R18 10k D2 1N4148 R16 1k Sistema control de disparo R7 1k VCC R8 10k PIC16F877A RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP R9 100R VCC R11 100R 1 2 Q1 BC547B U3 MOC R12 390R C1 100n R13 470R U4 BT136 R14 39R C2 10n F2 1A J3 LAMPARA 1 2 J2 230V Sensor de luminosidad R10 100R 1 2 Figura 24. Simulación con Proteus de control de luz

48 Sistema de gestión domótica de una vivienda Detección paso por cero Primero de todo hemos tenido que diseñar el circuito de sincronismo, ya que debemos sincronizar la señal que provine de la red con el PIC. Para eso hemos utilizado el amplificador operacional UA741 para que nos genere una señal alterna de forma cuadrada la cual nos proporciona dicha señal de sincronismo. +12V R1(1) A R1 10k U1 6 D1 1N4004 B C D R2 10k UA741-12V R3 8.2k R4 10k Figura 25. Simulación con Proteus de sincronismo. Figura 26. Pantalla osciloscopio con sincronismo

49 Iván Ruiz Lorca Vemos como la señal amarilla es la señal que nos proporciona la red, es decir, 230V de eficaz, y observamos que cada vez que dicha señal pasa por cero nos cambia el estado de la señal de salida, creando así un pulso de 5V de la misma frecuencia. Esta nueva señal alterna nos servirá para actuar sobre la interrupción externa del PIC, y mediante programa poder decidir qué hacer cada vez que se detecte un paso por cero, en nuestro caso actuaremos sobre el encendido o apagado de la bombilla. Para entenderlo mejor mostramos la siguiente simulación, en la cual a través de programa creamos un pulso de corta duración cada vez que se detecta el paso por cero, dicho pulso se muestra por la salida B1. +12V R1(1) R1 10k U1 6 D1 1N4004 R2 10k UA741-12V R3 8.2k A B R4 10k C D VCC R5 1k R6 1k U2 OSC1/CLKIN RB0/INT OSC2/CLKOUT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT VCC R8 RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP k PIC16F877A Figura 27. Simulación con Proteus control de luz

50 Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 28. Pantalla osciloscopio con sincronismo. En la imagen anterior vemos como genera un pulso (AZUL), cada vez que la otra señal pasa por cero y por lo tanto activa la interrupción externa del PIC Sensor de luminosidad Como la librería de Proteus no pose nuestro modelo de LDR hemos simulado su funcionamiento con una resistencia variable, la cual podemos modificar su resistencia al igual que se modificará realmente al variar la luminosidad que recibe. Este valor lo introducimos por el conversor del PIC para realizar una lectura continua del estado de luminosidad que tenemos, es aquí donde a través de programa se realiza el control de la luz, dependiendo del valor que tengamos se disparara en un cierto tiempo la salida hacia el Triac. Tabla 13. Tabla luminosidad. Luminosidad Valor conversor Pulso TRIAC 0% 208 No hay pulso. 25% 262 2,5ms 50% 352 5ms 75% 536 7,5ms 100%

51 Iván Ruiz Lorca En la tabla podemos observar, los porcentajes de luminosidad, siendo 0% cuando la LDR está tapada y no recibe luz, y 100% cuando la LDR recibe máxima luz natural. Como vemos al 0% no hay pulso ya que queremos que la bombilla de su máxima luz, por lo que el triac no ha de actuar, en cambio al 100% no enviaremos ningún tipo de pulso, sino que simplemente apagaremos la bombilla ya que significará que tenemos la luz adecuada Sistema control de disparo En esta parte es donde realizamos el control de disparo de la bombilla, todo se hace a través de programa que es donde se crea el pulso para generar el disparo del MOC3021, que como se ha comentado anteriormente es un optotriac, que nos aísla las dos partes del circuito, a continuación mostraremos los 5 estados posible de la bombilla, que son al 0%, 25%, 50%, 75%, 100%. 0% de luminosidad Vemos como no se efectúa ningún disparo, debido a que queremos que la bombilla se encienda completamente. Figura 29. Pantalla osciloscopio a 0% de luminosidad

52 Sistema de gestión domótica de una vivienda 25% de luminosidad 50% de luminosidad Figura 30. Pantalla osciloscopio a 25% de luminosidad. Figura 31. Pantalla osciloscopio a 50% de luminosidad

53 Iván Ruiz Lorca 75% de luminosidad 100% de luminosidad Figura 32. Pantalla osciloscopio a 75% de luminosidad. Cuando tenemos un 100% de luminosidad no queremos que se encienda la bombilla por lo que no hay nada que mostrar ya que no se produce disparo, por lo que el triac no conduce en ningún momento y no le llega ningún tipo de señal a la bombilla

54 Sistema de gestión domótica de una vivienda 5.4. Sistemas SSP, SPA, control de luz y control de puertas y ventanas. En el entorno de visualización de nuestra vivienda podremos encontrar los siguientes puntos: - Control de luz - Control de puertas y ventanas - Sistema de simulación de presencia (SPP) - Sistema de protección por ausencia (SPA) Todos estos sistemas serán controlados y visualizados por un programa de control en Visual Basic des del cual el usuario podrá conocer el estado de cualquier elemento de la vivienda mirando la pantalla de forma rápida y eficaz. En la imagen siguiente se puede ver todo el circuito simulado, aunque quizás no se observe con mucho detalle cada uno de sus elementos, a continuación explicaremos cada parte con detalle

55 Iván Ruiz Lorca RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF-/CVREF 4 RA4/T0CKI/C1OUT 6 RA5/AN4/SS/C2OUT 7 RE0/AN5/RD 8 RE1/AN6/WR 9 RE2/AN7/CS 10 OSC1/CLKIN 13 OSC2/CLKOUT 14 RC1/T1OSI/CCP2 16 RC2/CCP1 17 RC3/SCK/SCL 18 RD0/PSP0 19 RD1/PSP1 20 RB7/PGD 40 RB6/PGC 39 RB5 38 RB4 37 RB3/PGM 36 RB2 35 RB1 34 RB0/INT 33 RD7/PSP7 30 RD6/PSP6 29 RD5/PSP5 28 RD4/PSP4 27 RD3/PSP3 22 RD2/PSP2 21 RC7/RX/DT 26 RC6/TX/CK 25 RC5/SDO 24 RC4/SDI/SDA 23 RA3/AN3/VREF+ 5 RC0/T1OSO/T1CKI 15 MCLR/Vpp/THV 1 U1 PIC16F877A P_PRINCIPAL P_GARAJE V_HABITACION2 V_HABITACION3 V_ESTUDIO V_COMEDOR V_GARAJE VCC LUZ_COMEDOR LUZ_ESTUDIO LUZ_HABITACION3 LUZ_HABITACION2 LUZ_HABITACION1 LUZ_GARAJE LUZ_COCINA LUZ_1 COCINA VCC Q1 BC547 LUZ_2 GARAJE Q2 BC547 LUZ_3 HAB1 Q3 BC547 LUZ_4 HAB2 Q4 BC547 LUZ_5 HAB3 Q5 BC547 LUZ_6 ESTUDIO Q7 BC547 LUZ7 COMEDOR X0 4 X1 3 X2 2 X3 1 X4 15 X5 14 X6 13 X7 12 A 11 B 10 C 9 E 7 Y 5 Y 6 U X0 4 X1 3 X2 2 X3 1 X4 15 X5 14 X6 13 X7 12 A 11 B 10 C 9 E 7 Y 5 Y 6 U ERROR TXD 3 RXD 2 CTS 8 RTS 7 DSR 6 DTR 4 DCD 1 RI 9 P1 COMPIM Q6 BC547 SPP ALARMA SENSOR1 SENSOR2 SENSOR3 SPA BUZON VCC VCC D1 LED-GREEN R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 VCC R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 R29 Control de puertas y ventanas SPP SPA Control de luz

56 Sistema de gestión domótica de una vivienda Entorno de visualización A continuación explicaremos el entorno de visualización de nuestro sistema de control, en el cual podremos, como ya hemos explicado anteriormente, visualizar y controlar los distintos elementos de la vivienda. En la siguiente imagen se muestra el entorno que el usuario podrá encontrarse. Figura 32. Entorno Visual vivienda. Como se puede observar, el usuario verá una imagen del plano de la vivienda donde se reflejan las distintas habitaciones, ventanas y puertas de ésta. A la derecha encontramos una columna de control y visualización de todas las luces que hemos creído convenientes controlar, así como las puertas y ventanas. También se ha añadido el control de los sistemas SPA y SPP, de tal manera que el usuario podrá activarlos manualmente con un interruptor en la vivienda, o a través de la pantalla usando la instrucción ON. Seguidamente analizaremos por partes cada una de las funciones de nuestro sistema, observando de manera virtual como cambian de estado las diferentes entradas y salidas según una acción u otra. Para ello utilizaremos una conexión virtual del puerto serie que conectará el simulador Proteus con el Visual Basic

57 Iván Ruiz Lorca Control de Luz Primero de todo nos centraremos en la parte del control de luz. En la siguiente figura se observa la parte del circuito realizado con Proteus, donde están situados los interruptores de control y los LED s que hacen la función de luces de la vivienda. Cada interruptor está conectado a una entrada del multiplexor 74151, el cual va guardando continuamente los estados de los distintos interruptores. Para poder encender y apagar los led s mediante instrucciones del PIC, hemos colocado a cada salida un transistor que saturará cuando enviemos un 1 lógico en el puerto, cerrando así el circuito. R8 LUZ_COCINA R9 LUZ_GARAJE R10 LUZ_HABITACION1 R11 LUZ_HABITACION2 R12 LUZ_HABITACION3 U5 5 Y 6 Y X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C R13 R14 LUZ_ESTUDIO LUZ_COMEDOR VCC E 7 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 Q1 BC547 Q2 BC547 Q3 BC547 Q4 BC547 Q5 BC547 Q7 BC547 Q6 BC547 LUZ_1 COCINA LUZ_2 GARAJE LUZ_3 HAB1 LUZ_4 HAB2 LUZ_5 HAB3 LUZ_6 ESTUDIO LUZ7 COMEDOR U1 13 OSC1/CLKIN RB0/INT 14 OSC2/CLKOUT RB1 RB2 2 RA0/AN0 RB3/PGM 3 RA1/AN1 RB4 4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC 6 RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD 7 RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI 8 RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 9 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 10 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA 1 MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP Figura 33. Esquema Proteus control de luz

58 Sistema de gestión domótica de una vivienda En la pantalla de Visual Basic vemos que inicialmente todas las luces están en gris ya que si nos fijamos en la figura del circuito todos los interruptores se encuentran apagados. Figura 34. Control de luz. Ahora bien, si pulsamos, por ejemplo, los interruptores de Garaje, Habitación 1 y Estudio, observaremos como las luces cambian de color. Figura 35. Control de luz. Si pasamos ahora a observar el circuito simulado en Proteus vemos que estos tres interruptores están activos, así como los led s correspondientes a cada departamento de la vivienda

59 Iván Ruiz Lorca VCC R8 LUZ_COCINA R9 LUZ_GARAJE R10 LUZ_HABITACION1 R11 LUZ_HABITACION2 R12 LUZ_HABITACION3 U5 5 Y 6 Y X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C R13 R14 LUZ_ESTUDIO LUZ_COMEDOR VCC E 7 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 Q1 BC547 Q2 BC547 Q3 BC547 Q4 BC547 Q5 BC547 Q7 BC547 Q6 BC547 LUZ_1 COCINA LUZ_2 GARAJE LUZ_3 HAB1 LUZ_4 HAB2 LUZ_5 HAB3 LUZ_6 ESTUDIO LUZ7 COMEDOR U1 13 OSC1/CLKIN RB0/INT 14 OSC2/CLKOUT RB1 RB2 2 RA0/AN0 RB3/PGM 3 RA1/AN1 RB4 4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC 6 RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD 7 RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI 8 RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 9 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 10 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA 1 MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP Figura 36. Esquema Proteus ejemplo control de luz. El control de luces es bidireccional, es decir, podemos encender y apagar las luces con los interruptores manuales en la vivienda, o cómodamente des de nuestra pantalla de Visual pulsando ON o OFF según nos convenga. La única prioridad que hemos introducido es que los interruptores manuales mandaran sobre el sistema visual, es decir, podremos encender y apagar una luz que este desactivada, pero no podremos apagar una luz que tenga el interruptor activo. Aquí vemos un ejemplo encendiendo la luz de la cocina

60 Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 37. Control de luz. Observamos que el interruptor de la cocina no está pulsado, sin embargo, el led si está en activo ya acabamos de encender la luz mediante Visual. VCC R8 LUZ_COCINA R9 LUZ_GARAJE R10 LUZ_HABITACION1 R11 LUZ_HABITACION2 R12 LUZ_HABITACION3 5 6 U5 Y Y X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C R13 R14 LUZ_ESTUDIO LUZ_COMEDOR VCC E 7 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 Q1 BC547 Q2 BC547 Q3 BC547 Q4 BC547 Q5 BC547 Q7 BC547 Q6 BC547 LUZ_1 COCINA LUZ_2 GARAJE LUZ_3 HAB1 LUZ_4 HAB2 LUZ_5 HAB3 LUZ_6 ESTUDIO LUZ7 COMEDOR Figura 38. Esquema Proteus ejemplo control de luz

61 Iván Ruiz Lorca Control de puertas y ventanas Ahora analizaremos la parte de control de ventanas y puertas. Observamos que para simular el circuito hemos utilizado interruptores para emular los sensores magnéticos de final de carrera en las puertas y ventanas de la vivienda, que nos darán los estados lógicos 1 o 0, cuando estén abiertas y cerradas independientemente. En este caso también haremos uso del multiplexor para guardar las variables de entrada en el PIC, procedimiento que nos permite optimizar las entradas de nuestro chip. VCC P_PRINCIPAL R1 P_GARAJE R2 V_HABITACION2 R3 V_HABITACION3 R4 V_ESTUDIO R5 V_COMEDOR R6 V_GARAJE R U2 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C E Y Y U1 OSC1/CLKIN RB0/INT OSC2/CLKOUT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 PIC16F877A Figura 39. Esquema Proteus control ventanas y puertas. Si ponemos en marcha la simulación con los interruptores como la figura anterior, nos encontraremos en el caso en que todas las puertas y ventanas estarán cerradas. Figura 40. Control puertas y ventanas

62 Sistema de gestión domótica de una vivienda A su vez, en la imagen del plano de la vivienda, las puertas y ventanas aparecen en rojo cuando están cerradas, y en verde, como veremos a continuación, cuando se abren. Figura 41. Entorno Visual vivienda puertas y ventanas. Ahora accionaremos en Proteus los interruptores correspondientes para abrir la puerta principal y la ventana del comedor para ver como varían los entornos de Visual. VCC P_PRINCIPAL R1 P_GARAJE R2 V_HABITACION2 R3 V_HABITACION3 R4 V_ESTUDIO R5 V_COMEDOR R6 V_GARAJE R U2 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 A B C E Y Y U1 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RE0/AN5/RD RE1/AN6/WR RE2/AN7/CS MCLR/Vpp/THV PIC16F877A Figura 42. Esquema Proteus control puertas y ventanas

63 Iván Ruiz Lorca Observamos que ambos estados pasan de CERRADA a ABIERTA y en el dibujo de la vivienda cambian de color a verde indicando su apertura. Figura 43. Control puertas y ventanas. Figura 44. Entorno Visual vivienda puertas y ventanas. Cabe recordar, que el sistema de control de puertas y ventanas no es un sistema bidireccional como el de las luces, ya que en este caso no podemos abrir ni cerrar una ventana o puerta por Visual, sino que solo visualizamos en pantalla el estado en que se encuentra

64 Sistema de gestión domótica de una vivienda Sistema de Simulación por Presencia (SSP) Como ya hemos explicado anteriormente, éste sistema se encarga de simular presencia dentro de la vivienda cuando se detecta algún tipo de intrusión con los sensores de movimiento que teóricamente estarán situados en el jardín. Cuando alguno de los sensores se activa, varias luces de la casa se encenderán para intentar disuadir al intruso haciéndole pensar que hay personas en la vivienda. De cara a la simulación en Proteus, hemos substituido los sensores por interruptores simples para facilitar el manejo U1 OSC1/CLKIN RB0/INT OSC2/CLKOUT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT R22 D1 LED-GREEN PIC16F877A VCC RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 SPP ALARMA R23 R P1 DCD DSR RXD RTS TXD CTS DTR RI ERROR COMPIM SENSOR1 R25 SENSOR2 R26 SENSOR3 R27 Figura 45. Esquema Proteus SSP. En la figura anterior se observa como el sistema SSP consta de un interruptor general, que puede ser activado mediante un interruptor manual en la vivienda o pulsando ON en la pantalla de Visual. También tenemos el interruptor para activar o desactivar la alarma, y los tres sensores que nos alertarán de cualquier intrusión en la vivienda

65 Iván Ruiz Lorca A continuación mostramos el entorno visual del usuario, donde podremos activar y desactivar el SSP y visualizar que sensor es el que se ha activado. Figura 46. Control SSP. Ahora recrearemos una situación real de intrusión. Activaremos la simulación y el sistema SSP, con todas las luces apagadas como si el dueño de la vivienda hubiera salido a comprar o estuviera durmiendo, y activaremos el sensor número dos. R22 D1 LED-GREEN U1 OSC1/CLKIN RB0/INT OSC2/CLKOUT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 PIC16F877A VCC SPP ALARMA R23 R24 SENSOR1 R25 SENSOR2 R26 SENSOR3 R27 Figura 47. Ejemplo sistema SSP

66 Sistema de gestión domótica de una vivienda Vemos que el indicador SSP está en ACTIVO al igual que la alarma y en sensor número dos ya que así lo hemos querido y así lo muestra el esquema del circuito en Proteus. Vemos que como hay motivos de intrusión las luces de la cocina, de la habitación tres y del comedor se encienden para que parezca que hay personas dentro de la casa. Figura 48. Entorno Visual ejemplo sensores. La línea roja de la parte izquierda de la imagen nos indica por pantalla que la intrusión se está realizando por esa parte de la vivienda. A continuación, y a modo de ejemplo, expondremos el caso en el cual los tres sensores estuvieran activos y podremos ver las distintas líneas que envuelven la casa. Figura 49. Entorno Visual ejemplo sensores

67 Iván Ruiz Lorca Sistema de Protección por Ausencia (SPA) El sistema de protección por ausencia tiene como función desconectar todos los elementos eléctricos, en nuestro caso las luces de la vivienda. El usuario podrá activar o desactivar este sistema de dos formas distintas y bidireccionales, mediante un interruptor manual en la casa o un control en la pantalla de Visual. A continuación mostraremos un ejemplo en el cual podremos observar la casa con algunas de las luces encendidas, como se observa en la siguiente imagen, el control SPA esta Inactivo por tanto el sistema general de control funciona con normalidad y las luces están correctamente encendidas según los interruptores manuales. Figura 50. Entorno Visual ejemplo SPA. Ahora bien, si activamos el control SPA, ya sea de forma manual o por nuestro terminal de control del PC, observamos como todas las luces han quedado apagadas, y no podrán volver a encenderse hasta que el sistema SPA este de nuevo desactivado. En las siguientes dos imágenes vemos que aunque los interruptores manuales en Proteus están activos, los led s que simulan las luces de la vivienda, al igual que los indicadores en Visual, siguen apagadas. Esto nos facilitará la faena a la hora de apagar todas las luces si salimos de la

68 Sistema de gestión domótica de una vivienda vivienda, o incluso programar el sistema para que se active en caso de fallo eléctrico, fuga de gas, incendio, etc. Cabe decir, que al igual que en el caso del control de luz o del SPP, hay una serie de jerarquías en los controles de activación del sistema, es decir, que por ejemplo, si hemos activado manualmente el sistema SPA, no podremos desactivarlo en nuestro entorno gráfico, y a la inversa. Figura 51. Ejemplo SPA activado

69 Iván Ruiz Lorca Figura 52. Ejemplo SPA activado. LUZ_COMEDOR LUZ_ESTUDIO LUZ_HABITACION3 LUZ_HABITACION2 LUZ_HABITACION1 LUZ_GARAJE LUZ_COCINA LUZ_1 COCINA VCC Q1 BC547 LUZ_2 GARAJE Q2 BC547 LUZ_3 HAB1 Q3 BC547 LUZ_4 HAB2 Q4 BC547 LUZ_5 HAB3 Q5 BC547 LUZ_6 ESTUDIO Q7 BC547 LUZ7 COMEDOR X0 4 X1 3 X2 2 X3 1 X4 15 X5 14 X6 13 X7 12 A 11 B 10 C 9 E 7 Y 5 Y 6 U Q6 BC547 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 VCC R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21

70 CAPÍTULO 6: SISTEMA DE VISUALIZACIÓN 6.1. Programa utilizado: Visual Basic 6.0 Para realizar el sistema de visualización y de control de los diversos módulos hemos utilizado el programa Visual Basic 6.0, Visual Basic es un lenguaje de programación orientada al objeto, desarrollado para Microsoft. El lenguaje de programación es un dialecto de BASIC, con importantes agregados. Su primera versión fue presentada en 1991, con la intención de simplificar la programación utilizando un ambiente de desarrollo completamente gráfico que facilitara la creación de interfaces gráficas y, en cierta medida, también la programación misma. Visual Basic constituye un IDE (entorno de desarrollo integrado) que ha sido empaquetado como un programa de aplicación; es decir, consiste en un editor de código, un depurador, un compilador, y un constructor de interfaz gráfica o GUI Control de Temperatura En el control de Temperatura lo que nos interesa es poder observar y interactuar con la temperatura de nuestra estancia. A continuación vamos a explicar cada uno de los Form s creados en visual y cuál es su utilidad

71 Iván Ruiz Lorca Visualización de temperatura actual y de consignas En la siguiente figura podemos observar la pantalla principal de nuestro sistema de control y visualización de temperatura. En dicha pantalla podemos ver el valor actual de temperatura, así como las consignas que hemos asignado, tanto de invierno como de verano. También podemos ver de modo visual si el sistema de calefacción o de ventilación está funcionando o apagado. Por último, nos encontramos tres botones que nos permiten acceder a distintas funciones, como el cambio de consignas, el historial de temperaturas o el reseteo de las contraseñas de fabricante. Figura 53. Sistema de control y visualización de la temperatura Control de acceso para el cambio de consignas Para acceder al cambio de consignas es necesario introducir una contraseña tal como podemos ver en la siguiente imagen, si no introducimos bien la contraseña no podremos acceder al control de las temperatura de consignas. En dicha pantalla también podremos cambiar la contraseña si lo deseamos

72 Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 54. Sistema de acceso al cambio de consignas Cambio de contraseñas En la siguiente pantalla podemos cambiar la contraseña, previamente se nos requerirá que nos identifiquemos con la contraseña anterior para poder así introducir la nueva contraseña. Figura 55. Cambio de contraseñas

73 Iván Ruiz Lorca Cambio de consignas En nuestra vivienda nos interesa poder cambiar los valores de consigna, por si queremos tener una estancia más cálida o más fría, por eso tenemos la siguiente pantalla, en la cual podremos cambiar los valores de consigna de las estaciones principales de invierno y de verano. En la figura 57 podemos ver como se han cambiado los valores de consigna. Figura 56. Cambio de consignas. Figura 57. Sistema de control y visualización de la temperatura

74 Sistema de gestión domótica de una vivienda Historial Por último, hemos añadido la opción de crear un historial de temperaturas, para así poder realizar estudios o simplemente para poder visualizar la temperatura que hemos tenido anteriormente. Esta opción se elige desde el menú principal clicando en Historial. En la pantalla Historial podemos elegir cada cuanto tiempo queremos guardar los valores de temperatura, en el ejemplo vamos a realizar las lecturas cada minuto. Al hacer clic en Mostrar Gráfica, se nos abrirá un archivo Excel en el cual podremos la lista de valores capturados y observar la gráfica de nuestras temperaturas, como podemos ver en la figura 59. Figura 58. Historial Figura 59. Gráfica Historial

75 Iván Ruiz Lorca 6.3. Control de luz En este apartado de la visualización y control, lo que vamos a poder realizar es ver el estado de la bombilla cuando estamos en el modo automático en el cual la bombilla se regula sola mediante la fotorresistencia del circuito, además en este apartado también podremos ver como desde visual podemos decidir en el modo manual, que tanto por ciento queremos encender en la bombilla. En la siguiente imagen podemos ver como en el modo automático, actualmente la bombilla esta al 0% encendida, eso significa que tendremos suficiente luz natural que no precisamos de luz artificial para iluminar nuestra estancia. Figura 60. Control y visualización de la luz. En la imagen siguiente podemos ver como en el modo automático pasa lo contrario que anteriormente, actualmente la bombilla esta al 75% encendida, eso significa que no disponemos de suficiente luz natural para iluminar nuestra estancia y necesitamos de luz artificial para tener una correcta iluminación

76 Sistema de gestión domótica de una vivienda Figura 61. Control y visualización de la luz. En las dos siguientes imagen podemos ver el modo manual, este modo no tiene en cuenta el valor de luz actual de la estancia y somos nosotros los que podemos elegir el porcentaje de encendido de la bombilla, esto nos puede interesar en algunos casos, como por ejemplo, para poder ver una película de noche y no queremos tener encendidas la luz al 100%, o quizás también en cuando requerimos de más iluminación para realizar alguna tarea y no nos basta con la luz natural. Figura 62. Control y visualización de la luz

77 Iván Ruiz Lorca Figura 63. Control y visualización de la luz Sistemas SSP, SPA, control de luz puertas y ventanas. La parte de visualización de estos sistemas ya se ha mostrado anteriormente en el apartado de simulaciones, para facilitar la comprensión de este apartado