casa domotica construida, Apuntes de Tecnología

¡Descarga casa domotica construida y más Apuntes en PDF de Tecnología solo en Docsity!

INSTITUT RBIV

MAQUETA D’UNA

AULA DOMÒTICA

Autors: Oriol Martí Castells Samuel Martínez Rodríguez Francisco García Muñoz

ÍNDEX

• 1. INTRODUCCIÓ .........................................................................................................................
• 1.1. Objectius ......................................................................................................................................
• 1.2. Metodologia .................................................................................................................................
• 1. MARC TEÒRIC..........................................................................................................................
• 2.1. Introducció a la domòtica ..............................................................................................................
• 2.2. Avantatges i inconvenients ...........................................................................................................
• 2.3. Sistemes de control .......................................................................................................................
• 2.4. Parts fonamentals d’un sistema de control ....................................................................................
• 2.4.1. Entrades .........................................................................................................................
• 2.4.2. Sortides ..........................................................................................................................
• 2.4.3. Controlador ....................................................................................................................
• 1. MARC PRÀCTIC: MAQUETA D’UNA AULA DOMÒTICA ..............................................
• 3.1. Disseny ………………………………………………………………………………………….
• 3.1.1. Necessitat .......................................................................................................................
• 3.1.2. Condicions inicials ........................................................................................................
• 3.1.3. Material i components. ..................................................................................................
• 3.1.4. Programació .................................................................................................................
• 3.1.4.1. Placa Arduino amb Ardublock ....................................................................................
• 3.1.5. Altres programes..........................................................................................................
• 3.1.5.1. Fritzing ........................................................................................................................
• 3.2. Construcció ................................................................................................................................
• 3.2.1. Pressupost ....................................................................................................................
• 3.2.2. Implementació real a l’aula .........................................................................................
• 3.2.3. Realització de la maqueta ............................................................................................
• 3.2.4. Fitxes dels mecanismes ...............................................................................................
• 3.3. Avaluació....................................................................................................................................
• 1. CONCLUSIONS .......................................................................................................................
• 1. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................
• 5.1. Webgrafia ..................................................................................................................................

2. MARC TEÒRIC

2.1. Introducció a la domòtica

El terme “domòtica” (del llatí domus 'aula' i automàtica), té diversos significats, entre ells la del Gran Diccionari de la llengua catalana, que defineix la domòtica com “Conjunt de tècniques informàtiques i teleinformàtiques aplicades a l’automatització del funcionament dels habitatges”.

La domòtica és el conjunt de tecnologies aplicades al control i l'automatització intel·ligent de l'habitatge. Es pot dir que la domòtica permet una gestió eficient de l'ús de l'energia, aporta seguretat i confort i fa possible la comunicació entre l'usuari i el sistema.

Un sistema domòtic és capaç de recollir informació provinent d'uns sensors o entrades, processar-la i emetre ordres a uns actuadors o sortides. El sistema pot accedir a xarxes exteriors de comunicació o d’informació.

L'automatització, símbol del progrés durant les vuit primeres dècades del segle XX, anava estenent-se a tot allò que es podia automatitzat en un edifici. En els anys setanta, un edifici modern havia d'estar dotat com a mínim d'escales, portes, ascensors, climatització, sistema de detecció d'incendis i d’intrusions; tot automàtic.

El fet que permetria encaminar la tecnologia cap als edificis intel·ligents fou, sense cap dubte, l'aparició del microprocessador i en definitiva dels ordinadors personals. No obstant això, el concepte d'edifici intel·ligent encara quedava lluny i el pas més important per aconseguir-ho arribà de la mà del control climàtic: l'estalvi i el confort eren i són factors prioritaris per a un arquitecte, de manera que enginyers i programadors ajuntaren esforços i començaren a dissenyar, per a posteriorment instal·lar, sistemes de climatització controlats mitjançant autòmats programables i finalment per ordinadors personals.

Entrant en els noranta, el desenvolupament en paral·lel de tres grans branques de la tecnologia (telecomunicacions, electrònica i informàtica) feu que els edificis convencionals afegissin múltiples millores i al seu torn les llars intel·ligents comencessin a ser una realitat més palpable, encara que això sí: més prop d'un interès promocional que real. Qualsevol edifici dotat de sistemes intel·ligents de climatització, d'accessos, d'il·luminació, i d’altres, era considerat intel·ligent quan en realitat les paraules més adequades haurien estat edifici domòtic.

2.2. Avantatges i inconvenients

Els avantatges d’una aula domòtica són els següents:

 Estalvi energètic: El fet d’automatitzar el funcionament d’instal·lacions com la climatització i processos com el de pujada i baixada de tendals, persianes i d’altres en funció de les condicions atmosfèriques reals del moment, permet obtenir un estalvi energètic elevat, perquè el sistema tria la millor opció en cada moment.

 Comoditat: És evident que la comoditat augmenta considerablement desentenent- se d’una gran quantitat d'activitats que, d’altra forma, requereixen la intervenció de les persones. Així, la comoditat augmenta amb, per exemple, el reg automàtic del jardí, el control del sistema de seguretat des d’una pantalla, el control de processos amb ordres de veu i altres.

 Seguretat: La incorporació en els sistemes de seguretat de la industria i habitatges de sensors de presència, de fum, d'inundació, d'obertura de portes, de trencament de vidres... ha permès una gran millora respecte els sistemes d'alarma convencionals, que no tenien capacitat per suportar aquesta quantitat de sensors. A més a més, els sistemes actuals es poden personalitzar de manera que, per exemple, cas que s’activi l'alarma de l’habitatge, industria o aula, a la vegada que el sistema truca a la policia arriba un missatge al telèfon mòbil del propietari o director o un correu electrònic informant de quin sensor ha fet saltar l'alarma amb l'hora i data. Llavors, el propietari o director pot accedir des del mòbil o des d’un ordinador al sistema de seguretat i veure, en temps real, què ocorre a la aula mitjançant les càmeres que hi ha instal·lades.

 Control de les instal·lacions de l'aula: Les instal·lacions d’una aula domòtica poden ser controlades de moltes formes, com ara des d'un comandament a distància, amb la veu, des d'una pantalla o des d’un mòbil intel·ligent a través d'Internet. Per exemple, abans de sortir de casa, des del mòbil es pot activar l'aire condicionat i així quan s’arriba a aula ja hi ha la temperatura desitjada.

 Informació: Hi molts sensors que informen sobre diferents tipus de magnituds, coma ara de la temperatura, la llum exterior, el vent, nivell de líquids, quantitat de fum...

L’adquisició automàtica d’informació sobre l’estat de la sortida d’un procés mitjançant sensors permet la realimentació del sistema de forma automàtica.

Un sistema realimentat modifica constantment i automàticament la manera d’actuar segons l’estat del procés.

Un exemple de sistema amb realimentació és l’aire condicionat: un cop l’operador ha fixat la temperatura, el sistema s’informa constantment de la temperatura real de l’habitació (procés a controlar) per mitjà d’un termòstat; si les dues temperatures no coincideixen, el sistema modifica la seva acció mitjançant l’alliberament d’aire fred.

Una peça clau dels sistemes de control són els sensors.

Un sensor és aquell dispositiu que altera l’estat quan alguna magnitud física canvia al seu voltant. I és aquesta alteració allò que s’utilitza com a informació.

La majoria de sensors són electrònics. Això significa que es basen en dispositius que alteren les seves propietats elèctriques, normalment la resistència, quan alguna cosa succeeix al seu voltant.

2.4. Parts fonamentals d’un sistema de control 2.4.1. Entrades

D’una banda, hi ha les entrades que introdueix l’operador accionant interruptors, cursors, cursors giratoris de múltiples posicions, o bé, si el sistema està informatitzat, per mitjà de perifèrics d’algun ordinador, com ara el teclat, el ratolí, les pantalles tàctils i d’altres.

D’una altra, hi ha les entrades que arriben dels sensors, les quals constantment aporten informació sobre l’estat del procés.

Segons aquestes informacions, el controlador pren decisions: engegar, aturar el procés, augmentar la intensitat, canviar de mode de funcionament, etc.

En un forn elèctric, per exemple, hi ha dos tipus de entrades:

Cursors giratoris de múltiples posicions: un permet escollir els minuts de cocció a partir dels quals el forn s’apagarà automàticament; una altra permet seleccionar la temperatura de cocció, i una última permet escollir des d’on cal generar calor (part inferior o part superior per al gratinat).

Sensor de temperatura o termistor: A l’interior del forn hi ha un detector de temperatura. Aquest podria ser un termistor NTC, aquest dispositiu varia la resistència elèctrica proporcionalment als canvis de temperatura. Connectat a un circuit electrònic adequat, permetrà mesurar indirectament la temperatura.

2.4.2. Sortides

D’una banda, hi ha les sortides per a comunicar informació a l’operador, que s’utilitzen quan l’estat del procés no es observable a simple vista, són els visualitzadors o sistemes d’avís. Són dispositius que presenten informació en forma de llum, alarmes, indicadors d’agulla, visualitzadors de dígits numèrics o qualsevol perifèric de sortida d’un ordinador, com ara la pantalla, la impressora i d’altres.

Seguint amb l’exemple del forn elèctric, també acostuma a haver-hi:

Llum d’activació: un LED indica si el forn està encès o apagat.

Avisador acústic: un timbre permet avisar que ja ha transcorregut el temps fixat de cocció.

D’un altra banda, hi ha un tipus de senyals de sortida que no van dirigides cap a l’operador com a informació visual sinó destinades a controlar les actuacions que es fan sobre el procés mitjançant els actuadors.

Així doncs, els actuadors són els dispositius que reaccionen als senyals de sortida fent una acció.

Els actuadors en un forn elèctric són les resistències calefactores, que hi ha instal·lades tant a la part superior com a la inferior del forn i s’escalfen per efecte Joule quan les travessa un corrent elèctric.

2.4.3. Controlador

Per a cada combinació de possibles senyals d’entrada, el controlador ha de generar una combinació de sortides. Aquesta relació entre entrades i sortides s’anomena algorisme d’un controlador. Naturalment, un algorisme no és res que es pugui tocar, sinó una llei abstracta que descriu què fa en cada cas un controlador, és a dir el programa informàtic que introduïm a la placa controladora perquè faci allò que volem.

L’Algorisme que descriu el control del forn elèctric de l’exemple, podria ser aquest:

3. MARC PRÀCTIC: MAQUETA D’UNA AULA DOMÒTICA

La realització de la maqueta d’una aula domòtica requereix la realització de totes les fases d’un procés tecnològic: disseny, construcció i avaluació.

3.1. Disseny 3.1.1. Necessitat

L’objectiu d’aquest treball és el disseny i la construcció de la maqueta d’una aula domòtica que em permeti realitzar el disseny i control de diversos processos de forma automàtica.

3.1.2. Condicions inicials

Les condicions inicials que establim per a la maqueta són:

 Ha de ser lleugera per a que pugui transportar-se d’un lloc a un altre per a la seva exposició.  Ha de tenir algunes parets transparents per a que es pugui observar el funcionament de determinats mecanismes.  Ha d’estar protegida per a que no es tingui accés directe als mecanismes que puguin espatllar-se ni es trenqui amb facilitat.  Ha de disposar de diversos mecanismes que es puguin controlar de forma automàtica.  Els elements de control han de quedar ocults per donar una major sensació de realisme. 3.1.3. Material i components.

Tot i que a la part de construcció hi ha tot el material que s’utilitza en la realització de la maqueta, en aquest apartat ens centrem en l’explicació del funcionament dels components més rellevants. Hem utilitzat, sempre que ens ha estat possible, materials que teníem per casa per tal de reduir la generació de residus i reutilitzar materials donant-los altres utilitats abans de reciclar-los.

 Brunzidor: És un mecanisme de senyalització o avís que emet un so quan és travessat per un corrent elèctric. En la meva maqueta forma part del sistema d’alarma.

 Cartró ploma: Per a la construcció de la maqueta hem triat cartró ploma de 5 mm de gruix perquè és fàcil de treballar (és talla amb cúter), té una resistència i duresa adequats al tipus de maqueta i és lleuger, d’aquesta manera el conjunt final pesa poc i és resistent.

 Interruptor: Element de control elèctric que permet obrir i tancar circuits des d’un únic punt.

 LDR: És una resistència variable amb la llum que té la propietat de variar el seu valor en funció de la llum incident. N’hi ha una instal·lada al circuit de l’enllumenat.

 LED: Díode emissor de llum. Element electrònic que emet llum quan es sobrepassa la seva tensió llindar. En el nostre treball fan de llum, i de pilot de senyalització per a la calefacció.

 Metacrilat: Per a les parets transparents hem triat metacrilat de 3 mm perquè permet la visualització de determinats mecanismes, que d’altre forma quedarien ocults.

 NTC: Resistència variable amb la temperatura. En aquest cas si la temperatura puja el valor de la seva resistència disminueix deixant passar el corrent elèctric. És l’element que fa funcionar la calefacció.

 Placa Arduino UNO: És una placa de circuit imprès simple bassada en un microcontrolador. És la placa que utilitzem per al control dels circuits electrònics de la nostra maqueta.

 Placa Protoboard: És una placa d’us genèric reutilitzable, usada per a construir prototips de circuits electrònics. La utilitzem per a la connexió d’elements.

 Pins 0 i 1: permeten la connexió sèrie per poder enviar i rebre dades pel bluetooth.  Pins 2 a 13: serveixen com a entrades i/o sortides digitals. Exemple d’utilització són els LED utilitzats en el meu treball que poden estar apagats i encesos (dos valors, 0 i 1).  Pins 3, 5, 6, 9, 10 i 11: aquests pins digitals poden utilitzar-se també com a sortides analògiques (valors entre 0 i 256). Exemples d’utilització són el llum del menjador i els del camí.  Pins A0 a A5: aquets pins són entrades per als sensors, entrades analògiques (valors entre 0 i 1024). En aquests pins hem connectat la LDR, NTC i el potenciòmetre.  GND: pin de connexió a terra o pol negatiu.  Pin font reguladora de 5 V: Pol positiu. S’hi poden connectar elements que tinguin aquesta tensió de funcionament.  Pin font reguladora de 3,3V: s’hi poden connectar elements que tinguin aquesta tensió de funcionament.  Font d’alimentació externa: la placa es pot connectar a una font d’alimentació externa d’entre 5 a 12 V. Hem utilitzat una pila de 9V per tal independitzar-la.  Connector USB: connector que permet programar la placa. Mentre està connectada al port USB també rep alimentació elèctrica.  Botó reset: botó per a reiniciar la placa en cas de bloqueig, com per exemple si connectes molts elements demanant més corrent del que pot subministrar.

Arduino té un entorn de programació propi mitjançant llenguatge C++ (codi escrit) que fa que programar sigui complex. Nosaltres hem utilitzat Ardublock com a sistema alternatiu, degut a que és una eina de programació visual per blocs per a Arduino. Funciona com un trencaclosques de blocs de diferents colors.

3.1.5. Altres programes 3.1.5.1. Fritzing

És un programa lliure de disseny de circuits electrònics que permet visualitzar el muntatge d’un circuit dissenyat prèviament.

L’hem utilitzat per al disseny de tots els circuits. Aquí, hi ha un exemple:

3.2.2. Implementació real a l’aula

Per poder implementar aquest projecte a una aula real i suposant que disposem dels circuits reals (llum, alarma, calefacció i aire condicionat) instal·lats a l’aula, s’hauria de:

 Posar relés per a poder adaptar el voltatge de 5 a 230 volts.  Posar un servomotor amb potència suficient per a poder arrastrar la porta d’entrada.  Realitzar les instal·lacions adequades des del sistema de control fins a la posició de cadascun dels elements.

Això suposaria un cost per aula de:

Núm. Nom

PRESSUPOST

Preu unitari Quantitat Preu 1 Relé 5 V DC a 230 V AC 10,00 € 4 40,00 € 2 Servomotor 285,00 € 1 285,00 € 3 Instal·lacions 1000 ,00 € 1 1000 ,00 €

TOTAL 1325 , 0 0 €

3.2.3. Realització de la maqueta

En aquest apartat es pot veure el desenvolupament del procés en imatges.

Fitxa núm. 1 MECANISME D’OBERTURA DE LA PORTA DE L ‘AULA MATERIALS:

 Placa Arduino  Cable USB

 Cables de connexió  Servomotor  Resistencia

 Protoboard  Interruptor

FUNCIONAMENT:

Quan s’activa el programa des de l’interruptor connectat al pin 13, s’envia l’ordre per a que el servo es posi a 0º i quan es desactiva el servo es posa a 90º fent que, la porta s’obri i es tanqui. Podríem variar els graus fent que la porta s’obri més o menys.

IMATGE: CIRCUIT:

Del servo surten tres cables: positiu i negatiu per alimentar-lo i el de control que està connectat al pin 10 , i l’activarem a partir del pin 13.

PROGRAMACIÓ ARDUBLOCK:

Fitxa núm. 2 ACCIONAMENT DELS LLUMS DE L’AULA AMB LDR

MATERIALS:

 Placa Arduino  Cable USB  Protoboard

 Cables de connexió  6 LED  LDR

 6 Resistències 220 Ω  Resistència 10 kΩ

FUNCIONAMENT:

Els llums de l’aula es controlen de manera automàtica amb una LDR (sensor de llum) que regula la lluminositat dels LEDs segons la llum que rep. Quan més llum rep, menys lluminositat dels LEDs i, a l’inrevés.

IMATGE: CIRCUIT:

PROGRAMACIÓ ARDUBLOCK: