PDF de programación - Prototipo a Escala de Sistema Domótico de Bajo Costo

Prototipo a Escala de Sistema Domótico de Bajo Costo

Low-Cost Full-Scale Dome System

Juan-Carlos Travieso1, Claudia Chiappe1, Luis Morales1



1 Departamento de Tecnologías Industriales, facultad Tecnológica,

Universidad de Santiago,

El Belloto 3735, Santiago, Chile,

{juancarlos.travieso, chiape.claudia, luis, morales}@usach.cl



Resumen. Como parte del trabajo de grupo de Investigación de Tecnologías en
Automatización de la Facultad Tecnológica de la Universidad de Santiago, se
desarrolló el “Prototipo a escala de sistema domótico de bajo costo”. Como
requerimiento se consideró una casa de 140m2, un microcontrolador Arduino,
dispositivos de comunicación inalámbrica, y mantener la parte de fuerza
convencional. Se desarrolló el proyecto (estudio de antecedentes, diseño,
adquisiciones, configuración y programación, pruebas) y fue obtenida una
solución considerada la más barata del mercado Chileno, con un costo 88%
menor que la solución identificada y a diferencia de esta última, la propuesta no
requiere de alambrado adicional de control, contando con una red inalámbrica
que posibilita su aplicación en casa nuevas y existentes.


Palabras clave: Domótica, microcontrolador, red inalámbrica.


Abstract. The group of Research on Automation Technologies, from the
Faculty of Technology of the University of Santiago, developed the "Scaled
prototype of a low cost domotic system". As a requirement it should considered
a house of 140m2, an Arduino microcontroller, wireless communication, and
keeping the conventional power wiring. The project was developed (made the
background study, the design, the purchasing, the configuration, programming,
and testing) and the obtained solution is considered to be the cheapest on the
Chilean market, costing 88% less than the identified solution and unlike this, it
does not require additional control wiring, considering a wireless network that
allows its application in new and existing buildings.

Introducción


Keywords: Domotic, microcontroller, wireless network.

1

Uno de los trabajos del grupo de Investigación de Tecnologías en Automatización de
la Facultad Tecnológica de la Universidad de Santiago, consideró el desarrollo de un
“Proyecto de Prototipo a Escala de Sistema Domótico de Bajo Costo”. Partiendo de
las áreas de control Domótico descritas en la Fig. 1 y la Tabla 1, se partió
desarrollando sólo las áreas de CONFORT y COMUNICACIONES, considerando
controlar inalámbricamente el encendido y apagado (control sólo de variables
discretas) de los puntos de control en una maqueta a escala 1:25 de casa de dos
plantas de 140 m2, 5 dormitorios, 3 baños, living, cocina, comedor, portón, terraza,
patio, riego automático y cerradura de entrada eléctrica.



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SEGURIDAD

(sistema CCTV , en Sistema de Alarma)

CONFORT

(Control Automático)

DOMÓTICA

COMUNICACIONES
(Interconexión remota

desde PC y smart phones)

GESTION

(Sistema de Gestión de Energía)

Fig. 1. Áreas de Control Domótico que entrega la solución existente en el mercado [1].



Tabla 1. Descripción de las áreas de control Domótico identificadas en la Fig. 1 y que entrega
la solución existente en el mercado [1].



AREA DE
CONTROL



CONFORT



COMUNICACIÓN



SEGURIDAD



GESTIÓN

DESCRIPCIÓN

GENERAL

toda

Supone
la
comodidad que ofrece
la domótica entre el
usuario y la vivienda.

una mejor
Permite
comunicación
e
interactividad entre la
vivienda y el usuario.

Nos permite detectar y
alarmar la presencia de
se
intrusos
produzcan
la
vivienda.

que
en

Gestiona el consumo
energético
la
vivienda para que exista
el mínimo coste posible.

de

OBSERVACIONES

Controlando el encendido y apagado de
la iluminación.
Pulsando un solo botón para apagar
todas las luces, apagar la calefacción, y
bajar todas las persianas al salir de casa.
Con riego exterior automático

Controlando la vivienda remotamente a
través de internet.

Mediante detectores de presencia,
humo, gas, o escape de agua.
Mediante simulación de presencia en la
vivienda.
Mediante avisos al teléfono celular de
alarmas en la vivienda.

Encendiendo
la
climatización dependiendo de qué
habitaciones están ocupadas.
Regulando
intensidad
iluminación dependiendo de
natural de la estancia.
Utilizando las tarifas horarias de menor
coste, y reducir así la factura.

apagando

la

y

de
la

la
luz


Se comenzó por realizar un estudio de antecedentes, identificando la solución
presente en el mercado de un sistema domótico. También se identificó otra posible
solución de mercado en [1].
Luego se evaluaron los costos para la casa bajo estudio, se obtuvo que la solución del
mercado de [1] tendría un costo de $4.629.910 de pesos chilenos, agregando nuevas
canalizaciones y cableado de control. En cambio, la segunda posible solución que
impone el uso de ampolletas de la marca no pudo ser evaluada ya que no posibilita



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control de riego y tampoco la apertura y cierre de un portón automático para autos,
ascendiendo la cifra de la solución incompleta a $731.230 pesos chilenos.
Se dispuso entonces el desarrollo de una solución de menor costo y considera además
los siguientes requerimientos técnicos del grupo de investigación:


- Uso de red inalámbrica [2], [3], en base de dispositivos Xbees, u otros.
- Monitoreo y comando desde diversos navegadores en un computador o

teléfonos inteligentes, de acuerdo a los propuesto y probado en [4], [5].

- Uso del microcontrolador Arduino [3], posibilitando la interconexión con
Matlab para futuras investigaciones de control de variables analógicas como
la presentada en [6].

- Mantener la parte de fuerza convencional alambrada de acuerdo a la Norma
Chilena Eléctrica 4/2003 para Instalaciones de Consumo en Baja Tensión,
conforme lo identificado en la Fig. 2.


Fig. 2. Alambrado de fuerza convencional de la casa que no será intervenido por parte de la
solución, la cual considera modificar solamente los interruptores.

El proyecto debía entonces agregar a los interruptores tradicionales un circuito de
control que también posibilita el encendido-apagado de manera inalámbrica y remota.

2 Proyecto Desarrollado

En esta Sección se describen el proyecto desarrollado en sus distintas etapas



2.1 Diseño y Selección de Componentes

Primero se desarrollaron los planos de la maqueta electrónica descritos en la Fig.1 que
posibilitaron construir la maqueta [1] e identificar sus 19 puntos de control: 15 luces
para las diversas áreas, 2 electroválvulas de riego, 1 chapa eléctrica para la puerta de
acceso al jardín y 1 portón automático para la entrada y salida de automóviles.
Luego se diseñó la arquitectura de control de la Fig. 3 que fue desarrollada según se
detalla en [1] siguiendo algunas sugerencias de [2], posibilitando seleccionar las
diversas componentes e interconectarlas entre sí. La misma está compuesta por con

comando central, una red de control inalámbrica y por los puntos de control de cada
carga particular.

Fig. 3. Planos de la Casa de 140 m2 diseñada y en base a los cuales se fabricó la maqueta
electrónica para montar el nuevo sistema domótico.



PIC16F877A

PIC16F877A



Fig. 4. Arquitectura de control diseñada y en base a la cual se fabricó el nuevo sistema
domótico.



2.1.1 Microcontrolador Arduino Seleccionado

En base a la cantidad de salidas requeridas de 24 (un 30% por encima de las 19 a
emplear, según prácticas estándares de ingeniería), junto con el requerimiento de
conexión a Internet, se seleccionó la placa Arduino Mega 2560 R3 [2]. Esta placa



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posibilita agregar la tarjeta de red Arduino Ethernet Shield para posibilita monitorear
y controlar remotamente vía internet, similar a lo sugerido en [3].

Tabla 2. Tabla donde se
características y que se empleó para seleccionar al Arduino Mega 2560R3.

los distintos microcontroladores Arduino, sus

identifican

Arduino

Uno

Leonardo Mega 2560 R3

Nano

Pro Mini

Microcontrolador

ATmega

ATmega

328

32u4

ATmega 2560

ATmega

ATmega

168

328

Voltaje de

Operación

Pines Digitales

I/O

Pines analógicos

I/O

Pines PWM

Conexión

Serial/UART

5v

5v

5v

5v

3.3v o 5v

14/14

20/20

54/54

14/14

14/14

6/0

12/0

16/0

8/0

6/0

2

1

7

1

15

4

2

1

2

1

Memoria RAM

2KB

2.5KB

8KB

2KB

2KB

Memoria

EEPROM

Memoria

FLASH

1KB

1KB

4KB

1KB

1KB

32KB

32KB

256KB

32KB

32KB


2.1.2 Red Inalámbrica Seleccionada

En el desarrollo del kit domótico, se utilizaron dispositivos inalámbricos de radio
frecuencia, denominados Xbee Serie 1 [1], los que poseen un alcance de 30 metros en
interiores y 100 metros en exteriores, y una banda de radio libre sin requerir licencia.

Fig. 5. Foto del dispositivo Xbee S1 seleccionado y que se empleó para desarrollar la red
inalámbrica de la solución domótica propuesta.



2.2 Listado y Adquisición de Materiales

Una vez identificados los 19 puntos de control, la arquitectura de control y
seleccionada la placa Arduino, se procedió a listas los materiales, cotizar y adquirir
los mismos conforme lo descrito en la Tabla 3 [1].

Tabla 3. Lista de Materiales empleada para comprar los y distintos ma