Esta investigación incluye el diseño y desarrollo de un prototipo de sistema domótico, cuyo desarrollo se realizará mediante la implementación de software libre, con el objetivo de reducir los costos de desarrollo y ofrecer un sistema que pueda mejorar la interacción del usuario con los dispositivos del hogar. como la automatización de persianas (en la primera fase), que incrementa el nivel de confort y satisfacción en los hogares de la ciudad de Aguascalientes. Resultados de las pruebas de consumo actual y tiempos de ciclo de subida y bajada.
Planteamiento del problema
Antecedentes
Sin embargo, la era digital y el avance tecnológico que vivimos actualmente permiten que cada vez crezcan más avances en la domótica, ofreciendo más prestaciones a los dispositivos, aumentando la funcionalidad y accesibilidad, facilitando su uso e instalación. Derivado de lo anterior y basado en un análisis y diseño de un prototipo de sistema domótico de bajo costo en el trabajo realizado por investigadores de la Universidad de Antioquía (Barrera Durango, Londoño Ospina, Calvajal, & Fonseca, 2012), en en sus conclusiones menciona que es posible desarrollar sistemas domóticos con tecnología propia, para minimizar costos y optimizar recursos, es aquí donde surge la idea de este proyecto sobre el interés de investigar y al mismo tiempo desarrollar hardware libre y software, con el objetivo de reducir el coste de desarrollo e implementación y ofrecer un sistema capaz de mejorar la interacción entre los usuarios y los dispositivos del hogar, en concreto las persianas.
Justificación
A pesar de la alta demanda de viviendas, la mayoría de ellas cuentan con las adaptaciones necesarias y los servicios mínimos que necesita una vivienda, y nunca se contempla la implementación de dispositivos que aporten seguridad, confort y ahorro energético. Considerando la situación anterior, esta investigación propone el diseño de hardware y software domótico para dispositivos móviles de bajo costo, con tecnología de uso libre y con interfaz a través del sistema operativo de teléfonos móviles Android, para que más personas puedan disfrutar y no Se limitará sólo a determinados sectores de la población, de modo que las personas podrán interactuar con los dispositivos de su hogar, para que puedan sentirse en un hogar más cómodo y lleno de vida.
Objetivos
- General
- Específicos
Integrar un sistema de comunicación, un sistema centralizado y una aplicación Android para crear un sistema domótico para controlar la iluminación natural mediante cortinas automatizadas.
Metodología
Tipo de Investigación
Hipótesis
Diseño de Investigación
Marco teórico
Breve historia de la domótica
Estados Unidos fue uno de los primeros países en implementar sistemas automáticos de control de temperatura principalmente en edificios de oficinas. Una década después, a finales de los 80 y principios de los 90, se comenzaron a construir edificios con tecnología de cableado estructural, que tenía como objetivo principal conectar todo el inmueble de diversos servicios y periféricos con cableado estandarizado. de señales de voz y controles de seguridad, dando este aproximadamente el origen de los primeros edificios.
Principales Tecnologías para la Automatización en el Hogar
En los sistemas de corriente portadora o PLC (Power Line Carrier), el cableado eléctrico de la vivienda se utiliza para transmitir señales domóticas. En los sistemas inalámbricos, los nodos se comunican entre sí sin necesidad de una conexión por cable.
Plataforma de Uso Libre: Arduino
- Breve descripción del Sistema Arduino
- Arduino IDE y lenguaje de programación
- Arduino IDE
- Lenguaje de programación
- Placas Arduino
- Placas de Expansión o Shields
Escudo Ethernet Arduino: Este escudo le da a la placa Arduino la capacidad de conectarse a una red TCP/IP cableada. Ethernet.begin(mac, ip): donde "ip" representa la dirección IP estática que se asignará a la placa.
Tecnologías de Transmisión Inalámbrica y Comunicación
- Generalidades: Redes Inalámbricas y de Corto Rango
- Wi-Fi
- Bluetooth
- Zig Bee
La libertad de movimiento es una de las ventajas más importantes y evidentes de las redes Wi-Fi. En la topología tipo estrella, la comunicación se establece entre los dispositivos finales y el coordinador PAN.
Desarrollo de Software para móviles: Android
- Por qué desarrollar en Android
- Historia de Android
- Aplicaciones y Ciclo de Vida en Android
- Características de una Aplicación Android
- Ciclo de vida de una aplicación Android
- Fundamentos para diseño de Interfaces de Usuario
- Bases de Datos en Android
- SQLite
Cada aplicación puede crear su propia base de datos, sobre la cual tendrá control total. En caso de que la versión de la base de datos haya cambiado, se ejecutará el método onUpgrade para obtener la versión más actualizada de la misma. Los archivos como imágenes o audio generalmente no se almacenan en las tablas de la base de datos.
Cadena que especifica el valor máximo de las filas en el resultado de la consulta.
Desarrollo
Selección de las Tecnologías
- Interfaz de Usuario e Interacción
- Protocolo y Medio de comunicación
- Puerta de Enlace Residencial o Control Central
- Elemento Receptor
- Actuadores Finales
Como ya se mencionó en el capítulo 3.6 (Desarrollo Móvil: Android) de este documento, uno de los principales sistemas operativos en la actualidad es Android porque, además de ser muy versátil, es de uso gratuito y está respaldado por un gran grupo de desarrolladores expertos. quienes han mejorado esta plataforma. Algunas de las principales tecnologías de comunicación inalámbrica que se han implementado en la mayoría de los sistemas y dispositivos de nueva generación se mencionan y describen en el capítulo 3.5. Hablando principalmente de tecnologías de comunicación aplicadas en el hogar, no hace falta decir que la más utilizada y más solicitada ha sido el WiFi ya que la mayoría de dispositivos que se conectan a Internet en casa lo hacen de forma inalámbrica a través de esta tecnología.
Uno de estos sistemas integrados, como ya se mencionó en el capítulo 3.4, es el Arduino.
Diseño e Implementación de Software
- Requerimientos
- Diseño
- Diseño de la estructura de código
- Diseño de la estructura de datos (base de datos)
- Codificación
- Pruebas de la aplicación
Como se mencionó anteriormente, en la Figura 16, el flujo de la aplicación móvil en Android comenzará su ciclo con el menú principal, aquí es donde comienza a realizarse la codificación. Una vez que tenga los objetos DTO, comience a programar la capa de conexión y transacción de la base de datos. Una vez definidas las variables correspondientes a las columnas de las tablas, se debe crear una variable string que contenga los scripts para la creación de las tablas en la base de datos de la aplicación.
La Figura 21 muestra un fragmento de la clase mencionada y la forma en que se llama al método para crear las tablas. Como se muestra en la Figura 23, el adaptador de página para la actividad principal de la aplicación requiere dos fragmentos para mostrar el menú principal. Para realizar las pruebas de aplicación se selecciona la segunda opción.
Diseño e Implementación de Hardware
Será quien recibirá las instrucciones de control que provendrán del Gateway Residencial mediante el uso de comunicación vía ZigBee. Para la parte de control y acoplamiento de la electrónica discreta y de potencia al Actuador Final, se diseñará un pequeño circuito a modo de prototipo utilizando relés y transistores para poder enviar la señal de control al XBee y las salidas de potencia. Para el diseño del circuito de control se utilizará un optoacoplador conectado a cada una de las salidas del XBee como protección y aislamiento del elemento sensible (XBee) y del elemento de control.
La Figura 44 muestra esquemáticamente los elementos que conformarán el Activador Final.
Diseño e Implementación de sistema y protocolo de comunicación
En primer lugar, para la comunicación entre el dispositivo móvil y el servidor web Arduino, será mediante solicitudes http a través de solicitudes http que se enviarán desde la aplicación móvil. La Figura 44 expresa gráficamente el esquema que contendrá el protocolo de solicitud y que será enviado al servidor web. El formato API de comunicación entre los módulos coordinadores XBee y los actuadores finales contendrá la información necesaria para poder activar el motor de la persiana que se desea mover.
La Figura 45 muestra el formato estándar que debe contener el protocolo API para la comunicación entre dos XBees.
Prototipo
- Puerta de Enlace Residencial o Control Central
- Actuador Final
- Configuración general del prototipo
La Figura 52 muestra un diagrama esquemático de la conexión eléctrica del optoacoplador junto con el XBee. La Figura 53 muestra el diagrama de conexión eléctrica del acoplador óptico junto con los relés. La Figura 54 muestra el diagrama de configuración eléctrica de los terminales del motor de tubo ciego presentado como prototipo.
La figura 55 muestra un diagrama esquemático de la conexión de los terminales del motor tubular a la etapa de potencia o relé.
Resultados
Prueba de consumo eléctrico
- Consumo de corriente del motor tubular y tiempo de ciclo
- Potencia consumida durante el ciclo
- Cálculo de Wh consumido durante el ciclo
- Estimación de costo de consumo eléctrico mensual
Para realizar esta prueba, se debe tener en cuenta que: un motor de tubo es accionado por 120 V CA a 60 Hz y este actuador consume energía cuando funciona en un ciclo ascendente o descendente. Cabe mencionar también que el largo de la tela del estor enrollable que cubrimos es de 120 cm. En función del valor del consumo de energía obtenido y de la duración de cada ciclo, es posible calcular los vatios-hora (Wh) consumidos por el motor de la persiana tubular.
Con el valor del tiempo del ciclo en horas bastará con multiplicarlo por el valor de la potencia obtenida, dando como resultado el valor de Watt-hora de consumo de energía.
Costo del prototipo
Conclusiones y trabajos futuros
Conclusiones
Las tecnologías móviles juegan un papel importante en la optimización y automatización de muchas actividades diarias, siendo la domótica una de ellas. Como ya se analizó, el dispositivo móvil es una parte importante del prototipo de Sistema Domótico ya que puede ser considerado como el centro de comando o control para operar los elementos del sistema. Gracias a la diversidad y uso de estas nuevas tecnologías, el prototipo del Sistema Domótico cuenta con los elementos necesarios para competir con los sistemas domóticos comerciales actuales, teniendo la posibilidad de que pueda crecer y controlar tantos Actuadores Finales como el protocolo ZigBee lo permita.
En general se puede concluir que con base en el análisis e investigaciones realizadas se pudo confirmar que es posible crear un prototipo de sistema domótico para el control de persianas utilizando tecnologías móviles, tecnologías de uso libre y que Tiene la plataforma ZigBee como principal protocolo de comunicación.
Trabajos Futuros
Otro punto de mejora en el prototipo sería la optimización del Gateway Residencial de Control Central mediante la implementación de una placa Arduino Ethernet, lo que podría suponer una reducción del tamaño del controlador ya que se utiliza el Ethernet Shield, una funcionalidad integrada en la junta, sería eliminado. Arduino mencionado anteriormente. Para los actuadores finales, el diseño y el tamaño de la PCBA podrían mejorarse mediante la miniaturización con componentes electrónicos montados en superficie o SMT (tecnología de montaje en superficie) que realizarían esencialmente la misma función, pero en elementos más pequeños. Un área muy importante a mejorar es la aplicación móvil, donde se busca optimizar el entorno, diseño y usabilidad de la aplicación Android para poder extenderla a dispositivos como Phablets o Tablets, y cambiar de plataforma y actualización de versiones. . más reciente según el progreso del sistema operativo.
En el mismo ámbito, se pretende ampliar e incluir la plataforma iOS para dispositivos Apple, abarcando así dos de las plataformas más importantes que dominan el mundo de la telefonía móvil en la actualidad.
