UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE CIENCIAS PURAS Y NATURALES CARRERA DE INFORMÁTICA

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1 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE CIENCIAS PURAS Y NATURALES CARRERA DE INFORMÁTICA TESIS DE GRADO INTEGRACIÓN DE SISTEMAS DOMÓTICOS MULTIMEDIA Y COMUNICACIÓN EN EL HOGAR AUTOR: COARITE MAMANI NEMECIO RONALD TUTOR: LIC. GERMAN HUANCA TICONA REVISOR: LIC. CARMEN ROSA HUANCA QUISBERT LA PAZ BOLIVIA 2011

2 DEDICATORIA A mis padres Francisca Mamani y Julio Coarite, que por ellos fue la motivación, mi impulso y su apoyo incondicional que estaré eternamente agradecido. Gracias

3 AGRADECIMIENTOS Mis mas grandes agradecimientos a mi padres que son la única razón de todos mis logros, visiones y mi personalidad. A ellos de quienes no hay nada más que pedirles si no solo su única compañía. A mis hermanos por su paciencia y apoyo permanente en mi hogar. A mi hermano Henry quien forma parte principal del apoyo y motivación para el presente trabajo. A mi docente Revisor Lic. Carmen Rosa Huanca Quisbert, por el seguimiento, motivación, recomendaciones oportunas y especialmente por el tiempo dedicado. Un agradecimiento al Lic. Herman Huanca Ticona por su apoyo como tutor a lo largo de la elaboración y culminación de la presente Tesis. A mis grandes amigos compañeros y cómplices de mi vida universitaria, que siempre estuvieron apoyándome y alentándome a culminar el presente trabajo.

4 Resumen Domótica es un concepto que se refiere a la integración de las distintas tecnologías en el hogar mediante el uso simultáneo de la electricidad, la electrónica, la informática y las telecomunicaciones en un único sistema controlado por una unidad central, ordenador o teléfonos móviles. Su fin es mejorar la seguridad, el confort, la flexibilidad, las comunicaciones, el ahorro energético, etc. Pueden estar conectados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, para facilitar el control general de los usuarios de los sistemas y ofrecer servicios de monitoreo, control remotamente. En la actualidad un hogar tiende a ser un sistema dinámico, debido a que sus requerimientos han ido evolucionando, a tal punto que en ella se puede encontrar sistemas de climatización, juegos de luces, redes telefónicas, riegos automáticos, seguridad hogareña e incluso sistemas informáticos, que tratan de facilitar las tareas en el hogar ajustándose a las costumbres y necesidades de los habitantes. Todos estos nuevos conceptos alejan a las viviendas actuales de la vieja concepción de un simple lugar de refugio. La domótica bien entendida y realmente útil aporta algo más que un simple encender/apagar; aporta control en el momento y en el tiempo mediante programación, y en la distancia, de forma remota, desde utilizando un mando hasta haciendo una llamada con el móvil, mensajes de texto o a través de una conexión a internet. Bajo estas especificaciones, el presente trabajo de investigación hace un profundo estudio de la domótica: los servicios, beneficios, arquitectura e instalación de los sistemas domóticos. Una investigación no sería de completa utilidad si con ella no se presenta o se demuestra con una implementación de un prototipo de sistema

5 domótico. Para ello se realiza el diseño e implementación de una interfaz de sistema domótico. Que trate de cubrir los objetivos de la domótica, todo ello se realizara bajo herramientas de software y hardware de fácil y libre acceso, herramientas de hardware que existen en nuestro mercado. Además se complementa presentado sobre el prototipo el diseño modular y abstracción de un sistema construido bajo el lenguaje de programación java y tecnologías de micro controladores. Palabras Clave Domótica, dispositivo, seguridad, vigilancia, telecontrol, sensor, actuador, controlador, alarmas técnicas, circuito eléctrico, micro controlador, cámara web y programación.

6 Índice Capítulo I Introducción Introducción Antecedentes Definición del problema Justificación del Tema Justificación Económica Justificación Social Justificación Tecnológica Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos Hipótesis Alcances y Aportes Alcances Aportes Metodología.. 10 Capítulo II Marco Teórico Introducción Hogar Digital Escenarios del Hogar Inmótica Productos y Servicios de la domótica Confort Seguridad Ahorro Comunicaciones Servicios Avanzados Dispositivos para un Sistema Domótico Sensores 32

7 2.3.2 Actuadores Controladores Pasarela Doméstica Cámaras de Video Digitales Electrodomésticos Arquitectura de la Instalaciones Clasificación de los Sistemas Domóticos Tipología de sistema Topología de sistema Medios de transmisión y comunicación Prototipo Programación extrema Características fundamentales Fases de la metodología Herramientas. 54 Capítulo III Construcción del modelo de sistema domótico Introducción Descripción del sistema Arquitectura de sistema Descripción del modelo de sistema Hardware del sistema Diseño de interruptor Adquisición de datos salida de los sensores y actuadores Materiales Circuito de comunicación PC dispositivos por puerto USB Diseño del software de comunicación con la tarjeta de adquisición 68 de datos y computador Diagrama de flujo de datos PIC USB Código en C++ del micro controlador PIC18F Diagrama de flujo de datos de la captura y escritura de datos 76 desde el puerto USB.

8 3.6.4 Código en Java para el puerto USB Dispositivos y Circuito Final 79 Capítulo IV Prototipo, pruebas y resultados Introducción Planificación Propósito del sistema Historias de usuario Plan de entregas Diseño Especificación de requerimientos Modelo entidad relación del prototipo Desarrollo Diseño de datos Pruebas Implementación Pruebas de aceptación Interpretación de pruebas 110 Capítulo V Conclusiones y recomendaciones Conclusiones generales Cumplimiento de objetivos Estado de la hipótesis Recomendaciones Trabajos futuros 114 Referencias Bibliográficas ANEXOS

9 Índice de Figuras Figura Comentario Pagina Capítulo II Figura 2.1 Esquema de una instalación domótica en un hogar 15 Figura 2.2 Aplicaciones de la Domótica 17 Figura 2.3 Sistema de Vigilancia y Atención de Alarmas.. 21 Figura 2.4 Central de Alarma. 24 Figura 2.5 Servicios de Videoconferencia 25 Figura 2.6 Servicio de Red de Área Local Domestica 27 Figura 2.7 Dispositivos Domóticos. 32 Figura 2.8 Distintos tipos de Sensores. 33 Figura 2.9 Bornera de conexión de dispositivo 35 Figura 2.10 Esquema general de un sensor de movimiento 36 Figura 2.11 Esquema general de un sensor de apertura. 37 Figura 2.12 Automatización y control de hogar. 37 Figura 2.13 Electrodomésticos Inteligentes 39 Figura 2.14 La pasarela residencial une las redes internas y externas 42 Figura 2.15 Redes de una instalación 43 Figura 2.16 Sistema Centralizado de una instalación domestica.. 45 Figura 2.17 Sistema descentralizado de red domestica. 46 Figura 2.18 Sistemas distribuidos de una instalación domótica. 47 Figura 2.19 Fases de la programación extrema Capítulo III Figura 3.1 Diagrama de bloques del sistema. 59 Figura 3.2 Arquitectura distribuida del sistema.. 60 Figura 3.3 Diagrama del bloques del hardware.. 62 Figura 3.4 Interruptor digital o relé. 64

10 Figura 3.5 Conexión de los sensores y actuadores con el circuito de 65 adquisición de datos. Figura 3.6 Diagrama de tiempos de actividad de sensor. 65 Figura 3.7 Diagrama de tiempos para la habilitación de un dispositivo.. 66 Figura 3.8 Diagrama del circuito. 69 Figura 3.9 Estructura de comunicación USB PC. 70 Figura 3.10 Diagrama de flujo de datos del PIC 18F Figura 3.11 Diagrama de flujo de datos de la captura y escritura de datos desde el puerto USB.. 76 Figura 3.12 Diseño de la placa impresa en ARES de Proteus 79 Figura 3.13 Circuito bañado en placa. 80 Figura 3.14 Circuito final 80 Figura 3.15 Sensor de movimiento.. 81 Figura 3.16 Sensor magnético o de apertura. 81 Figura 3.17 Pulsador.. 82 Figura 3.18 Sensor de humo. 82 Figura 3.19 Interruptor digital o relé. 83 Capítulo IV Figura 4.1 Diagrama de bloques general del sistema 86 Figura 4.2 Modelo entidad relación 91 Figura 4.3 Diagrama de clases librería dispositivo. 93 Figura 4.4 Diagrama de clases librería método.. 93 Figura 4.5 Diagrama de clases librería compilador. 94 Figura 4.6 Diagrama de clases librería USB 95 Figura 4.7 Diagrama de clases Domotec parte 1 96 Figura 4.8 Diagrama de clases Domotec parte Figura 4.9 Interfaz de usuario edición para el hogar. 98 Figura 4.10 Interfaz de usuario para finalizar el sistema.. 99 Figura 4.11 Interfaz de usuario de inicio de sesión.. 100

11 Figura 4.12 Interfaz de usuario de portada de cliente Figura 4.13 Interfaz de usuario de control de sensores y actuadores Figura 4.14 Interfaz de usuario para cambiar a modo centinela. 103 Figura 4.15 Interfaz de usuario para el cambio a modo centinela en proceso Figura 4.16 Interfaz de usuario en modo centinela Figura 4.17 Interfaz de usuario para el cambio a modo en casa 105 Figura 4.18 Interfaz de usuario para el cambio a modo en casa en 105 proceso Figura 4.19 Interfaz de usuario de la lista de programas para modo 106 en casa Figura 4.20 Interfaz de usuario de la lista de programas para modo centinela. 106

12 Índice de tablas Tabla Comentario Pagina Capítulo III Tabla 3.1 Tabla de materiales para la construcción del circuito.. 67 Tabla 3.2 Comandos para la gestión de sensores y actuadores. 71 Capítulo IV Tabla 4.1 Historia de usuario cambiar modo.. 87 Tabla 4.2 Historia de usuario control de sensores, actuadores y 88 cámara web Tabla 4.3 Historia de usuario gestión de programas. 88 Tabla 4.4 Cronograma de actividades. 89 Tabla 4.5 Tabla de procesos del prototipo.. 90 Tabla 4.6 Tabla de comparación prueba 1 escenario 1 sin domótica 107 Tabla 4.7 Tabla de comparación prueba 1 escenario 2 con 108 domótica.. Tabla 4.6 Tabla de comparación prueba 2 escenario 1 sin domótica 109 Tabla 4.6 Tabla de comparación prueba 2 escenario 2 con domótica 109