Antecedentes
A lo largo de esta investigación se abordaran dos temas: la domotica y arduino desprendiéndonos de estos temas se explicaran a detalle que son, que ventajas y que características tiene cada uno de ellos para orientarla al objetivo principal que es conocer los elementos básicos para desarrollar un sistema domótico con Arduino.
Actualmente los sistemas domóticos tienen un precio muy alto de instalación con lo cual solo es posible verlo en casas de lujo. Estos suelen utilizar buses de transmisión de información que posibilitan una domótica robusta como son el EIB, X10, CEBus,
LonWorks/LongTalk y ZigBee. Una alternativa más barata y casera consiste en la utilización de placas Arduino.
Para crear el sistema domótico han de tenerse en cuenta varios aspectos. Hay que conocer el capital que disponemos para invertir en el sistema y seleccionar losdispositivos que más se ajusten a nuestras necesidades.
Basandonos en investigaciones orientadas a este tema pudimos observar que la mayoriaestan de acuerdo en que es posible instalar un sistema domótico apoyándonos en la plataforma Arduino, con un coste muy inferior al que se utiliza en las viviendas de lujo, a cambio de dedicarle un poco de tiempo.
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Planteamiento del problema
A lo largo de esta investigación se pretende que el lector logre adquirir conocimiento sobre que es la domótica, su origen, cuáles son sus ventajas y desventajas y conocer proyectos realizados en diferentes lugares, después de esta investigación se tendrá el conocimiento para después poder pensar o desarrollar alguna aplicación usando la domótica.
Por otro lado los arduinos permitirán abrir el panorama de opciones para resolver cualquier idea de nuevo proyecto innovador o sistema pensado por el lector, con esta investigación lograra tener los conocimientos previos para adentrarse más a fondo al tema de arduinos.
Los arduinos aplicados a la domótica es el tema central de la investigación se lograra que se vea e identifique la relación que hay entre ellos así como las aplicaciones que se pueden realizar al combinar estas dos áreas de trabajo.
Delimitación
La investigación se desarrolla por alumnos del Instituto Tecnológico de Aguascalientes que cursan el séptimo semestre de la carrera de Ingeniería en TIC’S. La información recaudada e utilizada en este documento es seleccionada de libros, revistas y algunas páginas web que sean de confianza. Esta investigación está enfocada a un público que desea conocer las cosas básicas de los arduinos y su aplicación a la domótica.
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Objetivo general
Conocer los elementos esenciales que integran los sistemas domóticos que se desarrollan con Arduino para establecer un punto de partida para aquellos interesados en conocer o implementar este tipo de sistemas.
Objetivos específicos
Conocer qué es la domótica, qué es un sistema domótico, los tipos de arquitecturas de los sistemas y los beneficios que ofrecen sus aplicaciones en el hogar.
Conocer qué esArduino, los dispositivos acoplables a él para comunicarse con su entorno, las características que lo distinguen de otros microcontroladores en el mercado y las ventajas que aporta para desarrollar un sistema domótico.
Identificar los elementos esenciales que contienen los sistemas domóticos, conocer qué dispositivos acoplables de Arduino trabajarán de manera adecuada con dichos elementos.
Preguntas de Investigación
¿Qué es la dómotica?
¿Qué es un sistema domótico?
¿Qué ventajas ofrece un sistema domótico?
¿Qué tipo de aplicaciones podemos cubrir con un sistema domótico?
¿Qué es una arquitectura de comunicación?
¿Cuáles son las arquitecturas de comunicación en un sistema domótico?
¿Qué es un arduino?
¿Cuáles son las ventajas del uso del arduino?
¿Qué dispositivos pueden acoplarse a Arduino?
¿Qué es el internet de las cosas?
¿Cómo se relaciona arduino y la domótica?
¿Cuáles son los elementos básicos a considerar en un sistema domótico?
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Marco teórico
A continuación, definiremos las variables de nuestro título de investigación que
seránarduino y domótica, al igual que algunas de sus características, basándonos
en algunos autores.
Después de haber definido estas variables nos basaremos en estos conceptos
para hablar de la última variable que son los elementos básicos en cualquier
sistema domótico desarrollado con arduino.
1.1 Origen del arduino
Basándonos en elLibro básico de Arduino: electrónica y programación, podemos
decir que el origen del arduino “comenzó en Ivrea, Italia (el sitio de la compañía de
computadoras Olivetti), en el año 2005 con el fin de crear un dispositivo para
estudiantes para el control integrado de proyectos de diseño e interacción, con la
finalidad de que fuera más barato que los sistemas de creación de prototipos
disponibles en ese entonces.”
1.2 Arduino como concepto
Tomando en cuenta al escritor Simón Monk, en el libro de 30 proyectos con
arduino, podemos conceptualizarlo como que “es una pequeña placa de
microcontrolador con un puerto USB para conectar al ordenador y diversos
zócalos de conexión que se pueden conectar mediante cableado a todo tipo de
componentes electrónicos externos, como motores, relés, sensores de luz, diodos
láser, altavoces, micrófonos, etc. Se puede alimentar mediante la conexión USB
del ordenador o con una pila de 9 V.“
1.3 Hardware que conforma al arduino
Las características técnicas de hardware que podemos encontrar en el arduino
uno son las siguientes desde el punto de vista deRosa Delia Alvarado González:
“Arduino es una placa con un microcontrolador de la marca Atmel y con toda la
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circuitería de soporte, que incluye, reguladores de tensión, un puerto USB
conectado a un módulo adaptador USB-Serie.
Un arduino dispone de 14 pines que pueden configurarse como entrada o salida y
a los que puede conectarse cualquier dispositivo que sea capaz de transmitir o
recibir señales digitales. También dispone de entradas y salidas analógicas.
Mediante las entradas analógicas podemos obtener datos de sensores en forma
de variaciones continuas de un voltaje. Las salidas analógicas suelen utilizarse
para enviar señales de control en forma de señales PWM.
Arduino UNO es la última versión de la placa, existen dos variantes, la Arduino
UNO convencional y la Arduino UNO SMD.
La única diferencia entre ambas es el tipo de microcontrolador que montan.
La primera es un microcontrolador Atmega en formato DIP.
Y la segunda dispone de un microcontrolador en formato SMD.”
1.4 Arduino como hardware libre
Arduino se considera que es un hardware libre porque “el hardware libre permite
que la gente pueda estudiarlo para entender su funcionamiento, modificarlo,
reutilizarlo, mejorarlo y compartir dichos cambios. Para conseguir esto, la
comunidad ha de poder tener acceso a los ficheros esquemáticos del diseño del
hardware en cuestión (que son ficheros de tipo CAD).
La placa Arduino es hardware libre porque sus ficheros esquemáticos están
disponibles para descargar de la página web del proyecto con la licencia
CreativeCommonsAttribution Share-Alike (http://es.creativecommons.org/licencia),
la cual es una licencia libre que permite realizar trabajos derivados tanto
personales como comerciales (siempre que estos den crédito a Arduino y
publiquen sus diseños bajo la misma licencia). Así pues, uno mismo se puede
construir su propia placa Arduino “a mano”. “Esto es lo que nos dice Óscar
Torrente Artero respecto a quearduino sea un hardware libre.
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1.5 Software que utiliza arduino
“La plataforma Arduino tiene un lenguaje propio que está basado en C/C++ y por
ello soporta las funciones del estándar C y algunas de C++. Sin embargo, es
posible utilizar otros lenguajes de programación y aplicaciones populares en
Arduino:
C.
C++.
Java.
Processing.
Pythion.
Mathematica.
Matlab.
Perl.
VisualBasic”.
Este software utiliza arduino para programar aplicaciones, tomando esta
información del autor Emilio Lledó Sánchez.
1.6 Arduino como software libre
El autor del libroARDUINO Curso práctico de formación, que es Óscar Torrente
Artero, nos dice que es un software libre y porque arduino se considera así, de la
siguiente manera.
“Para que un programa sea considerado libre a efectos legales ha de someterse a
algún tipo de licencia de distribución, entre las cuales se encuentran la licencia
GPL (General PublicLicense), o la LGPL, entre otras.
El software Arduino es software libre porque se publica con una combinación de la
licencia GPL (para el entorno visual de programación propiamente dicho) y la
licencia LGPL (para los códigos fuente de gestión y control del microcontrolador a
nivel más interno). La consecuencia de esto es, en pocas palabras, que cualquier
persona que quiera (y sepa), puede formar parte del desarrollo del software
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Arduino y contribuir así a mejorar dicho software, aportando nuevas
características, sugiriendo ideas de nuevas funcionalidades, compartiendo
soluciones a posibles errores existentes, etc.”
2.1 Domótica
Según el autor Emilio Lledó Sánchez la domótica “Se podría definir como el
conjunto de tecnologías aplicadas al control y la automatización inteligente de la
vivienda, que permite una gestión eficiente del uso de la energía además de
aportar seguridad, confort, y comunicación entre el usuario y el sistema. Para
poder conseguir las propiedades comentadas anteriormente es necesario que los
sistemas recojan la información de su entorno con sensores y dispongan de la
lógica para actuar en consecuencia utilizando actuadores”.
2.2 Servicios que ofrece la domótica
Los servicios que ofrece la domótica se pueden agrupar según cinco aspectos o
ámbitos principales, podemos identificar elementos claves de los cuales la
domótica pretende mejorar en una vivienda que son según el Autor Emilio Lledó
Sánchez:
Programación y ahorro energético
Confort
Seguridad
Comunicaciones
Accesibilidad
2.2.1 Gestión energética
La gestión energética consiste en la optimización en el uso de la energía
buscando un uso racional y eficiente, sin disminuir el nivel de prestaciones. A
través de la gestión energética se detectan oportunidades de mejora en aspectos
relacionados con la calidad y seguridad de sistemas energéticos, logrando que los
usuarios conozcan el sistema, identifiquen los puntos consumidores e implanten
mejoras, alcanzando altos niveles de eficiencia energética.
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Basándonos en lo que nos aporta Emilio Lledó Sánchez: “El ahorro energético no
es algo tangible, sino un concepto al que se puede llegar de muchas maneras. En
muchos casos no es necesario sustituir los aparatos o sistemas del hogar por
otros que consuman menos sino una gestión eficiente de los mismos”.
La gestión energética deberá contribuir a establecer objetivos a corto, medio y
largo plazo encaminados a conseguir la optimización en el uso de los recursos
energéticos y de sus técnicas:
• Uso de fuentes de energías renovables.
• Sustitución de algunas fuentes de energía.
• Análisis del ahorro energético de las acciones realizadas.
• Aislamiento térmico.
• Aprovechamiento de residuos.
• Análisis del entorno ambiental.
• Estudio de técnicas nuevas de producir y ahorrar energía.
• Análisis económico de la gestión.
• Para lograr esto con lo domótica se puede aplicar a:
• Control de la climatización y calderas utilizando termostatos.
• Control de toldos y persianas eléctricas.
• Racionalización de cargas eléctricas (desconexión de equipos de uso
no prioritario en función del consumo eléctrico en un momento dado).
• Gestión de tarifas (Derivando el funcionamiento de algunos aparatos
a horas de tarifa reducida).
2.2.2 Confort
El confort es aquello que produce bienestar y comodidades, en el hogar, cada
persona puede buscar su propio confort de acuerdo a sus intereses y
necesidades. Algunos asocian el confort al disfrute del tiempo libre en sus propios
hogares, para lo cual existe una amplia gama de productos tales como sistemas
de cine, mesas de billar, piscinas y equipos de hidromasaje, entre otras tantas
ofertas para quienes desean hacer de sus casas un completo centro de relajación.
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Según Emilio Sánchez Lledó: “El confort conlleva todas las actuaciones que se
puedan llevar a cabo que mejoren el confort en una vivienda. Dichas actuaciones
pueden ser de carácter tanto pasivo, como activo o mixtas”.
La domótica puede abarcar
La iluminación del hogar Apagado general de todas las luces de la
vivienda.
Automatización del apagado/encendido en cada punto de luz.
Regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiente.
Automatización de todos los distintos sistemas/instalaciones/dotándolos
de control eficiente y de fácil manejo.
Integración del portero al teléfono, o del videoportero al televisor.
Control vía Internet.
Gestión Multimedia y del ocio electrónicos.
Generación de macros y programas de forma sencilla para el usuario y
automatización.
2.2.3 Seguridad
Con respecto a la seguridad Emilio Sánchez Lledó nos dice: “Consiste en una red
de seguridad encargada de proteger tanto los bienes patrimoniales, como la
seguridad personal y la vida”.
La domótica pretende abarcar éste punto de las siguientes maneras:
• Alarmas de intrusión (antiintrusión): Se utilizan para detectar o
prevenir la presencia de personas extrañas en una vivienda o
edificio.
• Detección de un posible intruso (Detectores volumétricos o
perimetrales).
• Cierre de persianas puntual y seguro.
• Simulación de presencia.
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• Detectores y alarmas de detección de incendios (detector de calor,
detector de humo), detector de gas (fugas de gas, para cocinas no
eléctricas), escapes de agua e inundación, concentración de
monóxido de carbono en garajes cuando se usan vehículos de
combustión.
• Alerta médica y teleasistencia.
• Acceso a cámaras IP.
2.2.4 Comunicaciones
De manera sencilla Emilio Sánchez Lledó dice: “Son los sistemas o
infraestructuras de comunicaciones que posee el hogar”.
Con respecto a las comunicaciones, la domótica ofrece:
• Ubicuidad en el control tanto externo como interno, control remoto desde
Internet, PC, mandos inalámbricos (p.ej. PDA con Wi-Fi), aparellaje
eléctrico.
• Teleasistencia.
• Telemantenimiento.
• Informes de consumo y costes.
• Transmisión de alarmas.
• Intercomunicaciones.
• Telefonillos y videoporteros.
2.2.5 Accesibilidad
Emilio Sánchez Lledó dice: “Bajo este epígrafe se incluyen las aplicaciones o
instalaciones de control remoto del entorno que favorecen la autonomía personal
de personas con limitaciones funcionales, o discapacidad”.
El concepto diseño para todos es un movimiento que pretende crear la
sensibilidad necesaria para que al diseñar un producto o servicio se tengan en
cuenta las necesidades de todos los posibles usuarios, incluyendo las personas
con diferentes capacidades o discapacidades, es decir, favorecer un diseño
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accesible para la diversidad humana. La inclusión social y la igualdad son términos
o conceptos más generalistas y filosóficos. La domótica aplicada a favorecer la
accesibilidad es un reto ético y creativo pero sobre todo es la aplicación de la
tecnología en el campo más necesario, para suplir limitaciones funcionales de las
personas, incluyendo las personas discapacitadas o mayores. El objetivo no es
que las personas con discapacidad puedan acceder a estas tecnologías, porque
las tecnologías en si no son un objetivo, sino un medio. El objetivo de estas
tecnologías es favorecer la autonomía personal. Los destinatarios de estas
tecnologías son todas las personas, ya que por enfermedad, discapacidad o
envejecimiento.
3.1 Arduino utilizado para el desarrollo de aplicaciones en la domótica
“Gracias a su versatilidad, Arduino se ha convertido en la placa de desarrollo con
la que prácticamente se puede hacer de todo, desde domotizar tu hogar u oficina,
aplicaciones en robótica como cerebro de un robot has ser utilizado como nodos
de tecnologías WSN (Redes de sensores inalámbricos). Entre sus aplicaciones
más conocidas están:
• Control y monitoreo de sensores.
• Efectos con leds.
• Transponders (Transmisores/receptores).
• Educación.
• Monitoreo ambiental.
• Biomedicina.
• Telemedicina.
• Domótica.
• Robótica.”
Este fragmento de texto fue tomado del escrito 10 razones para usar arduino,
redactado por Álvaro Saburrido, que nos habla por que está siendo tan usada la
placa de arduino para la realización de proyecto de domótica.
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Además, en el texto ¿Por qué Arduino?, de autor TODO ELECTRONICA,
podemos leer algunas ventajas sobre el uso de arduino a continuación: “Además
de simplificar el proceso de trabajar con microcontroladores, ofrece algunas
ventajas respecto a otros sistemas a profesores, estudiantes y amateurs:
Es asequible.
Es Multi-plataforma.
Entorno de programación simple y directo.
Software ampliable y de código abierto.”
Conclusión
Al obtener conocimiento sobre las características del microcontrolador Arduino, las áreas donde puede aplicarse y la forma en cómo se mantiene la comunicación en la domótica pudimos percatarnos de que es una buena opción para desarrollar sistemas para el hogar por varias razones, es hardware y software libre, es multiplataforma, es barato y además cuenta con un sinfín de documentación en internet ya sea para programarlo o modificarlo.
Los elementos esenciales para un sistema domótico son:
Un servidor: que atiende las peticiones de las placas de arduino que los solicitan:
Una red (ya sea inalámbrica o alámbrica): para establecer la comunicación entre las placas de arduino y el servidor.
La placa Arduino: que estará situada en cada una de las habitaciones del hogar.
Dispositivos acoplables a arduino: Que son los elementos que recogerán información de su entorno para responder acorde a cómo fue programado.
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Tipo de estudio
Según las fuentes de información que recolectamos, la Investigación es documental, en base a nuestras variables, es experimental, según el nivel de medición y análisis de información, es del tipo descriptiva y en base al objeto de estudio, es pura.
Unidades de análisis
Instituto Tecnológico de Aguascalientes
Sujeto de estudio
Alumnos de la carrera de Tecnologías de la Información y la Comunicación de 7° Semestre del Turno matutino
Técnica de recolección de datos
Investigación en artículos de internet y libros referentes a los temas.
Referencias bibliográficas
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Melisa Barrera Durango, Nelson Londoño Ospina, Jorge Carvajal, Alejandro Fonseca. (2012). Análisis y diseño de un prototipo de sistema domótico de bajo costo. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia. Sitio web: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-62302012000200011&lng=en&nrm=iso&tlng=es
Óscar Torrente Artero. (2013). ARDUINO Curso práctico de formación. México D.F.: Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V.
Autor: Emilio Lledó Sánchez
Año: 2012
Título: Arquitecturas de comunicación en un sistema domótico
Grado académico: Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas
Lugar de publicación: Valencia
Institución: Universitat politécnica de valencia
https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/18228/Memoria.pdf
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Autor: Wikipedia
Fecha: 26 Junio del 2015
Título: Aplicaciones de la Domótica
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3tica
Autor: AlvaroSaburido
Fecha: 20 Mayo del 2014
Título: 10 Razones para usar Arduino
Fuente: http://www.modulo0tutoriales.com/10-razones-para-usar-arduino/
Autor: Emilio Lledó Sánchez
Año: 2012
Rosa Delia Alvarado Gonzalez. (2013). “Conociendo la placa arduino uno”. 2013, de Blog personal. Sitio web: http://www3.gobiernodecanarias.org/medusa/ecoblog/ralvgon/2013/05/17/tarea-1-conociendo-la-placa-arduino-uno/
Título: Diseño de un sistema de control domótico basado en la plataforma Arduino
Grado académico: Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas
Lugar de publicación: Valencia
Institución: Universitat politécnica de valencia
https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/18228/Memoria.pdf
Autor: Emilio Lledó Sánchez
Año: 2012
Título: Dispositivos acoplables a Arduino
Grado académico: Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas
Lugar de publicación: Valencia
Institución: Universitat politécnica de valencia
https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/18228/Memoria.pdf
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Titulo: Domotica
Fuente: http://www.mayores.uji.es/proyectos/proyectos2005/domotica.pdf
Autor: Domingo Soláns Campo
Fecha: Mayo 2005
Titulo: Domótica, Un enfoque sociotécnico
Fuente: https://www.gsi.dit.upm.es/~fsaez/intl/libro_domotica.pdf
Autor: Hugo Martín Domínguez
Fecha:2006
Titulo: Domótica e Inmótica
Fuente: http://www.nebrija.es/~jmaestro/ATA018/Domotica.pdf
Autor: Juan Antonio Maestro
Fecha: 2009
Autor: Alejandro de Andrade Fernández
Año: 2013
Título: Implementación del sistema de domótica en el hogar
Grado académico: Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas
Institución: universidad católica de Pereira
Autor: Juan Antonio Maestro
Fecha: 2009
Titulo: Manual ilustrado para la instalación de Domotica
Fuente: https://books.google.com.mx/books?id=eB5Mp-b0asAC&lpg=PA24&dq=instalacion+alarma&pg=PP1&redir_esc=y#v=onepage&q&f=true
Autor: José Maria Rivas Arias
Autor: TODOELETRONICA
Fecha: 2014
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Daniel Glez. (2015). Objetos inteligentes: cuando la domótica evolucionó hacia el Internet de las cosas. 20 minutos. Sitio web: http://www.20minutos.es/noticia/2560747/0/domotica/internet-de-las-cosas/futuro/#xtor=AD-15&xts=467263
Autor: Emilio Lledó Sánchez
Año: 2012
Título: ¿Por qué Arduino?
Fuente: http://www.todoelectronica.com/%C3%82%C2%BFpor-que-arduino-ventajas-sobre-otros-microcontroladores-p-13507.html
Simón Monk. (2012). 30 Proyectos con Arduino. Madrid, España: Estribor.
Varios. (2012). Libro básico de Arduino: electrónica y programación. Bogotá, Colombia: Tienda de Robótica.
Título: Software que maneja Arduino
Grado académico: Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas
Lugar de publicación: Valencia
Institución: Universitat politécnica de valencia
https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/18228/Memoria.pdf
María González. (2015). Windows 10 y Arduino se llevarán muy bien para hacerse fuertes en el futuro del Internet de las Cosas. 2015, de xataka Sitio web: http://www.xataka.com/aplicaciones/windows-10-y-arduino-se-llevaran-muy-bien-para-hacerse-fuertes-en-el-futuro-del-internet-de-las-cosas
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