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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
VICE
DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA
DESARROLLO DE UN SISTEMA D
CONTROL DE TEMPERATU
TRAVS
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
ANTONIO JOS DE SUCRE
VICE- RECTORADO PUERTO ORDAZ
DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA
TRABAJO DE GRADO
OLLO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIN
CONTROL DE TEMPERATURA DE UNA HABITACIN
TRAVS DEL PROTOCOLO TCP/IP
Br. Rodrguez Cova Csar Leonardo
CIUDAD GUAYANA, JUNIO DE 2014
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA
E SUPERVISIN Y
HABITACIN A
DEL PROTOCOLO TCP/IP.
Autor:
Cova Csar Leonardo
C.I. 18.666.425
-
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIN Y
CONTROL DE TEMPERATURA DE UNA HABITACIN A
TRAVS DEL PROTOCOLO TCP/IP.
-
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
VICE
DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA
DESARROLLO DE UN SIS
CONTROL DE TEMPERATU
TRAVS
En esta memoria se describenentender que es y cmo funciona un sistema domtico y cmo utilizando elhardware libre de Arduino se puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de las viviendas de alta categoranecesidad del hombre para controlar el entorno de manera remota para obtener as ms supervisin y control de dispositivos en el rea de la domtica bajo el protocolo TCP/IP. El trabajo de invuna serie de pruebas para as constatar el correcto funcionamiento del sistema. La consecuencia de la investigacin fue la comunicacin satisfactoria del uso del protocolo TCP/IP entre dos dispositivos ubicados en la misma red de rea local, en el que un dispositivo mvil hace la funcin de ordenar los comandocontrola dos salidas digitales ON/OFF y
PALABRAS CLAVES: Arduino, D
I
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
ANTONIO JOS DE SUCRE
VICE- RECTORADO PUERTO ORDAZ
DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA
TRABAJO DE GRADO
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIN
CONTROL DE TEMPERATURA DE UNA HABITACIN
RAVS DEL PROTOCOLO TCP/IP
Br. Rodrguez Cova Csar Leonardo
Tutor Acadmico:
Ing. Henry Romero
RESUMEN
En esta memoria se describen los conocimientos bsicos para entender que es y cmo funciona un sistema domtico y cmo utilizando elhardware libre de Arduino se puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de las viviendas de alta categoranecesidad del hombre para controlar el entorno de manera remota para
comodidad. Se plantea un diseo de un sistema de supervisin y control de dispositivos en el rea de la domtica bajo el protocolo TCP/IP. El trabajo de investigacin se llevar a cabo realizando una serie de pruebas para as constatar el correcto funcionamiento del
secuencia de la investigacin fue la comunicacin satisfactoria del uso del protocolo TCP/IP entre dos dispositivos ubicados en la misma red de rea local, en el que un dispositivo mvil hace la funcin de
comandos y as mismo recibirlos de un microcontrolador que controla dos salidas digitales ON/OFF y un dato digital de un
PALABRAS CLAVES: Arduino, Domtica, Comunicacin
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA
SUPERVISIN Y
HABITACIN A
DEL PROTOCOLO TCP/IP.
Autor:
Cova Csar Leonardo
Tutor Acadmico:
Ing. Henry Romero
los conocimientos bsicos para entender que es y cmo funciona un sistema domtico y cmo utilizando el hardware libre de Arduino se puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de las viviendas de alta categora motivado a la necesidad del hombre para controlar el entorno de manera remota para
iseo de un sistema de supervisin y control de dispositivos en el rea de la domtica bajo el
a cabo realizando una serie de pruebas para as constatar el correcto funcionamiento del
secuencia de la investigacin fue la comunicacin satisfactoria del uso del protocolo TCP/IP entre dos dispositivos ubicados en la misma red de rea local, en el que un dispositivo mvil hace la funcin de
microcontrolador que un dato digital de un sensor.
omunicacin TCP/IP.
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II
DEDICATORIA
Dedico este trabajo de grado principalmente al creador de todas las
cosas a Dios, por haberme dado la vida y as darme la oportunidad de haber
llegado hasta este momento tan importante en mi vida.
A mis Padres, Nancy Cova y Csar Rodrguez, por ser los pilares ms
importantes y por demostrarme siempre el apoyo incondicional, quienes a lo
largo de mi vida me han brindado siempre lo mejor de s y me han sabido
llevar hasta mis mayores logros tanto acadmico como personal, este logro
es para ustedes.
A mi hermana, Kreilys Rodrguez, este logro tambin es para ti,
gracias por ser como eres por ser tan exitosa, por estar ah en cada
momento de mi vida, eres mi mayor orgullo.
A toda mi familia en general y amigos, por estar siempre dispuesto a
escucharme y ayudarme en cualquier momento.
Csar Leonardo Rodrguez Cova
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III
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por darme fuerzas para superar obstculos y
dificultades y por protegerme a lo largo de mi camino.
Agradezco a mi madre Nancy Cova por su amor incondicional, a mi
padre Cesar Rodrguez por todo su apoyo y ayuda incondicional. A mis
hermanas Kreilys y Learennis ya que las amo y con ellas crec. Gracias a
DIOS por darme tan hermosa Familia.
Agradezco a mi tutor acadmico Ing. Henry Romero por sus
compromisos y apoyo en la realizacin de este trabajo de grado.
A la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de
sucre (UNEXPO), que como casa de estudio me brind la educacin
acadmica necesaria para mi formacin como profesional.
A todos los profesores de la UNEXPO, en especial a los
pertenecientes al Departamento de Ingeniera Electrnica, por todos los
conocimientos impartidos, las enseanzas y apoyo brindado.
Agradezco a todas y cada una de las personas especiales que Dios
me mando para que pudieran ayudarme de alguna u otra forma en la
realizacin de mi carrera.
GRACIAS
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IV
NDICE GENERAL
RESUMEN .......................................................................................................................... I
NDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... VII
NDICE DE TABLAS ......................................................................................................... IX
INTRODUCCIN .............................................................................................................. 1
CAPTULO I ........................................................................................................................ 4
EL PROBLEMA ............................................................................................................... 4
Planteamiento del problema ........................................................................................ 4
Objetivo general ......................................................................................................... 5
Objetivos especficos .................................................................................................. 6
Alcance ....................................................................................................................... 6
Justificacin ................................................................................................................ 7
CAPTULO II ...................................................................................................................... 8
MARCO TERICO ....................................................................................................... 8
Resea Histrica ........................................................................................................ 8
Antecedentes de la Investigacin ............................................................................. 13
Bases Tericas ......................................................................................................... 16
Android ................................................................................................................. 16
Dispositivos mviles. ............................................................................................. 19
PlataformaArduino ................................................................................................ 21
Definicin de trminos bsicos ................................................................................. 27
Domtica ............................................................................................................... 28
Microcontrolador ................................................................................................... 28
Telfono mvil ....................................................................................................... 28
Smartphone .......................................................................................................... 29
App Inventor .......................................................................................................... 29
Eclipse .................................................................................................................. 29
Router ................................................................................................................... 29
Wi-Fi ..................................................................................................................... 30
TCP/IP .................................................................................................................. 30
Red de rea Local ................................................................................................ 30
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V
CAPTULO III ................................................................................................................... 31
MARCO METODOLGICO ......................................................................................... 31
Diseo de investigacin ............................................................................................ 31
Tipo de Investigacin ................................................................................................ 33
Poblacin o universo de estudio ............................................................................... 34
Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos ..................................................... 35
Para la Obtencin de Datos e Investigaciones. ..................................................... 36
Para la Observacin Directa.................................................................................. 37
Para la Observacin Sistemtica. ......................................................................... 37
Procedimientos para la recoleccin de informacin .................................................. 38
CAPTULO IV .................................................................................................................. 40
PROPUESTA DEL DISEO......................................................................................... 40
Descripcin de funcionamiento ................................................................................. 41
Descripcin del desarrollo ......................................................................................... 45
Diagrama de flujo del programa del Arduino ......................................................... 54
Diagrama de flujo de la aplicacin para Android.................................................... 56
CAPTULO V ................................................................................................................... 63
RESULTADOS ............................................................................................................. 63
Analizar detalladamente el lenguaje de programacion utilizado para aplicaciones en Android. ...................................................................................... 63 Examinar el protocolo de comunicacin TCP/IP para conseguir la comunicacin conel dispositivo de control ............................................................ 66
Establecer un circuito capaz de transmitir datos por medio del protocoloTCP/IP y actuar sobre un dispositivo electrico como una regadera electrica
.............................................................................................................................. 67
Componer la seal de los sensores para que puedan enviar informacin al dispositivo mvil (telfono celular) por medio del protocolo de comunicaciones TCP/IP, utilizando un mtodo de encuesta.
. ............................................................................................................................. 68
Realizar las pruebas pertinentes del sistema de supervisin y control de temperatura de una habitacin a travs de protocolo TCP/IP Fase 1: Salidas Digitales. ............................................................................................................... 69
Fase 1: salidas Digitales. ...................................................................................... 73
Fase 2: entrada Digital .......................................................................................... 78
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VI
CONCLUSIONES ............................................................................................................ 81
RECOMENDACIONES .................................................................................................... 84
REFERENCIAS ............................................................................................................... 85
ANEXOS ......................................................................................................................... 87
Anexo 1: especificaciones tcnicas del mdulo Arduino UNO R3 ................................ 88
Anexo 2: especificaciones tcnicas de la placa Arduino Ethernet Shield ...................... 89
Anexo 3: cdigo de la aplicacin alojada en el mdulo Arduino UNO R3 ..................... 92
Anexo 4: cdigo de la aplicacin del dispositivo mvil ................................................ 103
Anexo 5: interfaz del sistema grafico de control de dispositivos ................................. 104
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VII
NDICE DE FIGURAS
Figura n 1 Arduino uno ................................................................................................... 24 Figura n 2 Elementos de la placa arduino uno ................................................................ 25 Figura n 3 Ethernet shield R3 ......................................................................................... 26 Figura n 4 Conexin arduino uno shield ethernet ........................................................ 27 Figura n 5 Diagrama de diseo propuesto ...................................................................... 41 Figura n 6 Diagrama del sistema de comunicacin entre un dispositivo mvil y un microcontrolador remoto utilizando protocolo TCP/IP ........................................................................................................................................ 41 Figura N 7 Diagrama de bloques del sistema grafico de control de dispositivos, utilizando un dispositivo mvil LG Otimus L9 y un microcontrolador ....................................................................................................................................... 43 Figura N 8 Diagrama de funcionamiento del sistema grafico de control ........................................................................................................................................ 45 Figura N 9 Circuito implementado para simulacion de sistema supervisin y control ........................................................................................................................................ 46 Figura N 10 Circuito implementado para simular el sistema domtico ........................................................................................................................................ 47 Figura N 11 Arduino Ethernet Shield (a) y Arduino UNO (b) ........................................................................................................................................ 52 Figura N 12 Diagrama de flujo del programa alojado en el Arduino UNO ........................................................................................................................................ 54 Figura N 13 Diagrama de flujo del programa de la aplicacin para Android ........................................................................................................................................ 57 Figura N 14 Pantalla de desarrollo de interfaz grfica de la aplicacin con App Inventor ........................................................................................................................................ 58 Figura N 15 Pantalla de desarrollo del cdigo de la aplicacin mvil ........................................................................................................................................ 60 Figura N 16 Interfaz de desarrollo de App Inventor ........................................................................................................................................ 65 Figura N 17 Herramienta para la edicin de bloques ........................................................................................................................................ 65 Figura N 18 Compilacin del programa del microcontrolador ........................................................................................................................................ 70 Figura N 19 Compilacin del cdigo de la aplicacin mvil ........................................................................................................................................ 71 Figura N 20 Configuracin del hardware del sistema ........................................................................................................................................ 72 Figura N 21 Conexin del dispositivo mvil a la misma red del hardware ........................................................................................................................................ 73 Figura N 22 Salidas en estado lgico 0 ........................................................................................................................................ 73 Figura N 23 Salida del LED 1 en estado lgico 1...........74
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VIII
Figura N 24 Circuito usado para la prueba de Buzzer.75 Figura N 25 Salida del LED 2 en estado lgico 1........76 Figura N 26 Salida de ambos LEDS en estado lgico 1 en representacin del Buzzer y el motor del Fan cooler.77 Figura N 27 Entrada digital del Sensor DTH11 e interfaz de temperatura y humedad..78
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IX
NDICE DE TABLAS
Tabla N 1 Caracteristicas de Arduino UNO .................................................................... 24
Tabla N 2 Costo de materiales utiilizados con el diseo para la fecha. ........................... 63
Tabla N 3 Voltaje de salida de los pines del microcontrolador cada estado de los dispositivos de control.. 79
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1
INTRODUCCIN
Innegablemente aunque el ser humano todava no est arraigado a las
propiedades que ofrece la domtica es un hecho que en un futuro estar
instalada en cualquier vivienda. Pero qu es la domtica? Se podra definir
como el conjunto de tecnologas aplicadas al control y la automatizacin
inteligente de la vivienda, que permite una gestin eficiente del uso de la
energa adems de aportar seguridad, confort, y comunicacin entre el
usuario y el sistema. Para poder conquistar las propiedades comentadas
anteriormente es necesario que los sistemas recojan la informacin de su
entorno con sensores y dispongan de la lgica para actuar en consecuencia
utilizando actuadores.
Actualmente los sistemas domticos tienen un precio muy alto con
respecto a la instalacin con lo que solo es posible verlo en casas de lujos.
Estos suelen utilizar sensores y buses de transmisin de informacin que
posibilitan una robusta domtica. Por consiguiente una alternativa ms
barata y original consiste en la utilizacin de placas Arduino.
Es por ello que se plante un sistema de supervisin y control de
temperatura en un recinto cerrado, como lo es una habitacin; es de esta
manera, que se originan los diversos sistemas hoy conocidos como
domtica. Dicho sistema apuesta por brindar una mayor comodidad a la hora
de ejecutar un control en ciertos procesos que se puedan realizar en estos
espacios.
La tecnologa aplicada en viviendas se va desarrollando por los
avances tecnolgicos de la ciencia a nivel mundial, ya que, la sociedad por
mayora escoge un estilo de vida ms eficiente acorde con sus necesidades
diarias.
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2
La domtica expone como principales aplicaciones la gestin
energtica, el confort, la seguridad, la comunicacin y accesibilidad. Anidado
a esto, gracias a las conexiones por medios no guiados como es el caso en
el protocolo de comunicacin TCP/IP que en resumen es la conexin a
internet, ha permitido la manipulacin y monitoreo de procesos en dichos
recintos a distancia de manera remota.
De modo que, cualquier diseador de software que tenga acceso a las
herramientas hacer o ajustar el planteamiento de sistema. Por tal motivo, los
usuarios no solo son los nicos encargados en concretar sus metas, sino
tambin los que pueden ejercer el control sobre los dispositivos electrnicos
que desean operar.
En este proyecto utilizaremos la plataforma Arduino y la placa Ethernet
Shield en la que nos apoyaremos con otros dispositivos para as poder
construir un sistema domtico, Arduino es una plataforma de hardware libre
creada en 2005, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno
de desarrollo, fabricada y diseada para facilitar el uso de la electrnica en
proyectos multidisciplinares.
Ahora bien, tomando en cuenta lo planteado, los objetivos que se
quieren alcanzar con este trabajo de investigacin estn ligados al lenguaje
de programacin utilizado para aplicaciones en Android. Siendo los
dispositivos mviles con dicho sistema operativo los seleccionados para
lograr cumplir con los objetivos de esta investigacin. De igual manera,
examinar el protocolo para conseguir la comunicacin con el dispositivo de
control; en tal sentido, disear un hardware para representar un sistema de
domtica, con la finalidad de, estudiar los distintos sistemas de conexin
entre el hardware e internet, logrando establecer la comunicacin entre el
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3
hardware y la aplicacin para dispositivos mviles en orden de realizar el
control.
Enfocado a brindar ventajas como el monitoreo y la seguridad a las
personas, es fundamental que los proyectos que se planteen hagan uso de la
conexin a internet, por la idea de desarrollar un sistema de supervisin y
control a travs del protocolo TCP/IP. Por lo que fue necesario verificar el
funcionamiento del sistema a travs de pruebas y corregir las fallas posibles.
La metodologa abordada en esta investigacin ser experimental, de tipo
proyectiva o proyecto factible. Este proyecto, se desarrollar en cinco
captulos, de los que se expone: En el primer captulo se expresar el
planteamiento del problema, los objetivos, la justificacin e importancia de la
presente investigacin, as como su delimitacin o alcance; en el segundo
captulo se dar cobertura al marco terico, comprendido por la resea
histrica, los antecedentes del problema y de la investigacin, las bases
tericas y la definicin de trminos bsicos; en el tercer captulo se precisar,
el marco metodolgico, comprendido por el diseo de investigacin, tipo de
investigacin, poblacin o universo de estudio, tcnicas e instrumentos de
recoleccin de datos, y procedimientos para la recoleccin y procesamiento
de informacin, el cuarto captulo, expondr la propuesta del diseo de esta
investigacin, paseando desde la descripcin del funcionamiento hasta la
descripcin del desarrollo; por ltimo, el captulo cinco, que englobar todo lo
referente al anlisis de resultados.
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CAPTULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del problema
En la actualidad los sistemas de supervisin y control en recintos
domsticos, comerciales e industriales se han vuelto una necesidad bsica.
Los mecanismos de seguridad electrnicos son fcilmente violados por
medio de cortes de alimentacin sin emitir una alarma correspondiente.
Adems para alimentar y controlar los dispositivos se requiere la instalacin
de cables adicionales al momento de colocar el sistema de control, lo que
genera un mayor costo y complejidad, tomando en cuenta la proteccin a los
cables para evitar un sabotaje electrnico.
Las alarmas de advertencia a menudo resultan intiles, porque no son
reportadas al usuario. Los avances tecnolgicos han permitido el gran
desarrollo de sistemas que permiten la supervisin de procesos con la
finalidad de contar con una mayor fiabilidad y eficiencia para un mejor
control. Por otra parte, la comunicacin brinda una mayor facilidad en el
manejo que pueda tener un usuario en cierto proceso.
Hoy en da existen diversas formas de comunicacin mediante de la
ayuda de la tecnologa para as poder hacer ms factible la comunicacin
entre los dispositivos electrnicos y el usuario. En definitiva, podemos
simplificar y mejorar la vida de los usuarios por medio del control a distancia
de los dispositivos, ya que, podramos monitorear mediante algn equipo
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5
electrnico la temperatura de un recinto en tiempo real sin la necesidad de
programarlo con anterioridad.
El desarrollo de sistemas de domtica ha apostado por una estacin
de control y monitoreo a travs de computadoras, en tal sentido, surge la
necesidad de contar con una estacin aun ms personal que represente
mayor factibilidad y ms libertad a la hora de manejar a distancia el recinto.
La domtica busca implementar diferentes dispositivos con los cuales se
logre realizar la supervisin y control del sistema. Motivo por el cual se
desarrollan aplicaciones que favorecen al proceso desde dispositivos como,
computadores, telfonos inteligentes y tabletas.
Por consecuencia, se creara una aplicacin para dispositivos
inteligentes con el sistema operativo Android que ofrezca la facilidad para el
estudio del funcionamiento de dichos sistemas desde este tipo de estacin
de supervisin y control.
Algunas preguntas que se pueden mencionar para el desarrollo de
esta investigacin serian. Cmo puedo empezar la investigacin?, Cmo
hago las pruebas?, Qu tipo de sensor se necesita para realizar la
supervisin de temperatura?, Cmo realizo el software y la comunicacin
entre los dispositivos?
Objetivo general
Desarrollar un sistema de supervisin y control de temperatura de una
habitacin a travs del protocolo TCP/IP.
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6
Objetivos especficos
Analizar detalladamente el lenguaje de programacin utilizado para
aplicaciones en Android.
Examinar el protocolo de comunicaciones TCP/IP para conseguir la
comunicacin con el dispositivo de control.
Establecer un circuito capaz de transmitir datos por medio del
protocolo TCP/IP y actuar sobre un dispositivo elctrico como una
regadera elctrica.
Componer la seal de los sensores para que puedan enviar
informacin al dispositivo mvil (telfono celular) por medio del
protocolo de comunicaciones TCP/IP, utilizando un mtodo de
encuesta.
Realizar las pruebas pertinentes del sistema de supervisin y control
de temperatura de una habitacin a travs de protocolo TCP/IP.
Alcance y Limitaciones
La investigacin se centrara en el diseo de un sistema de supervisin
y control de temperatura de una habitacin a travs de un circuito electrnico.
La exploracin se limitara a disear el sistema completo, y comprobar su
correcto funcionamiento. Es decir, el circuito electrnico deber ser capaz de
detectar la presencia de un incendio o detectar temperaturas elevadas y
notificarlo al usuario mediante de mensajes mviles.
La aplicacin destinada para realizar la supervisin y control propuesta
en este trabajo de investigacin ser implementada en el rea de la domtica
reservada para recintos cerrados.
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7
Justificacin o importancia
Este proyecto tiene como principal utilidad que el usuario tenga la
facilidad de interactuar con su propiedad en tiempo real. Siendo este servicio
de alerta de incendio de gran provecho que cada vez va abarcando las
aplicaciones mundiales en comunicacin, en la que es considerable
desarrollar este sistema contando con que esta aplicacin no es comn en
estos dispositivos mviles, permitiendo as la supervisin.
Gracias a la tecnologa inalmbrica y a los dispositivos mviles se
consigue una integracin personal en todo momento, con lo cual se maximiza
la eficiencia, por medio del aumento de la comunicacin.
El sistema operativo Android permite el desarrollo de aplicaciones de
manera ms sencilla por parte de investigadores independientes. Por otra
parte, los sistemas operativos con Android disponen de gran facilidad para
hacer conexin con otros dispositivos mviles. En definitiva, podemos
simplificar y mejorar la vida de los usuarios por medio del control a distancia
de los dispositivos, ya que, podramos monitorear mediante algn equipo
electrnico la temperatura de un recinto en tiempo real sin la necesidad de
programarlo con anterioridad.
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CAPTULO II
MARCO TERICO
En el presente captulo se muestra una investigacin detallada de un
sistema de supervisin y control de temperatura de un recinto cerrado
domtica, el sistema operativo mvil llamado Android y la transmisin de
datos mediante el protocolo TCP/IP con la finalidad de conseguir la relacin
necesaria con el problema planteado en este proyecto, desglosando desde
un enfoque histrico, que nos permite considerar la actualizacin que se ha
originado en este tema. Seguidamente, se presenta una revisin del material
bibliogrfico que se utilizo para abordarlo, constituyendo las referencias
tericas necesarias.
Resea Histrica
Hoy en da con el fin de brindar bienestar, seguridad y ahorro
energtico a la sociedad en la vivienda, se origina un innovador concepto
llamado Domotica, lo cual significa que le es posible al propietario del
reciento, casa u apartamento, tener el control de un conjunto de servicios
garantizados por un sistema que ejecuta varias funciones de manera
sincronizadas, sin la necesidad de su presencia, con lo que se obtiene una
gran variedad de beneficios tanto energticos como de seguridad.
El comienzo de la domtica se remonta a los aos setenta, tras
muchas investigaciones salieron a la luz los primeros indicios enfocados asa
la tecnologa en dispositivos de automatizacin de casa, edificios y locales,
basados en la aun existente tecnologa X-10. El desarrollo de la misma se ve
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9
un par de aos afectada por diferentes factores, los sistemas empleados no
respondan a las expectativas de los usuarios, por falta de experiencia de
parte de las empresas instaladoras, ausencia de normativas, inexistencia de
recomendaciones tcnicas y el factor econmico por el alto coste de estos
sistemas.
Esta tecnologa a evolucionando constantemente a medida que
aumenta la demanda en trminos de confort y seguridad. Posteriormente
estos automatismos destinados a recintos u oficinas, se han ido aplicando
tambin a las viviendas de personas particulares u otro tipo de edificios
donde las necesidades que hay que solventar han crecido progresivamente
junto con la demanda, dando origen as a la construccin de la vivienda
domtica.
Android es una de las plataformas ms notorias entre los Smartphone,
ya que, por ser de cdigo abierto, ha sido la eleccin de muchas compaas
fabricantes de telfonos inteligentes. Este sistema operativo est basado en
Linux, la idea fundamental de esta tecnologa era tener un nuevo software
para dispositivos mviles con pantallas tctil, as como los Smartphone y las
tablets. El mismo fue desarrollado por Android y patrocinado por Google.
El origen del sistema operativo para dispositivos celulares mviles
denominado Android, se debe a una persona en particular, al licenciado en
ciencias de la computacin, Andy Rubin, residenciado en los Estados Unidos,
y graduado en el ao 1986 de la Universidad de Utica, Nueva York, desde
ese mismo ao podemos considerar el comienzo de la formacin de todo lo
que luego se convertira Android.
Despus de haber trabajado inicialmente en un proyecto que
pretenda ser un sistema operativo para telfonos o PDAs, denominado
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10
Magic Cup; en una empresa que naci de Apple llamada General Magic,
Rubin sali de la compaa, ya que dicho proyecto jams funciono de tal
manera que la empresa quebr.
Posteriormente habiendo obtenido un poco de experiencia en el
campo de la tecnologa con algunos otros trabajos, decidi formar su propia
empresa llamada Danger Inc, la cual luego fue comprada por Microsoft.
Durante ese tiempo funciono como CEO del emporio llegando as a
desarrollar el Hiptop, que llegara a ser uno de los primeros pasos de los
Smartphone.
En el ao 2003 Andy Rubin abandona a Danger Inc y decide crear la
compaa Android Inc, la cual no era lo que es ahora, mucho menos Andy
sabia en que se convertira su creacin.
No fue sino hasta el 2005 que el imponente buscador Google compra
la compaa, algo que favoreci a Andy ya que paso a ser parte del gran
equipo de Google y este le ayudo a llegar a ser lo que Android actualmente
es, y paso a ser el primordial producto de la Open handset Alliance, que
segn Vicent (2010):
Representa una alianza comercial de 84 fabricantes y desarrolladores de hardware, software que se dedican a desarrollar estndares abiertos para dispositivos mviles. Algunos de sus miembros son Google, HTC, Dell, Intel, Motorola, Qualcomm, Texas Instruments, Samsung, LG, T-Mobile, Nvidia y Wind River Systems. (p.32).
Adems, segn Andoird Developers (2010):
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11
No fue sino hasta el 5 de Noviembre de 2007, que la Open Handset Alliance, se estren con el fin de desarrollar estndares abiertos para dispositivos mviles. Junto con la formacin de la Open Handset Alliance, la OHA estren su primer producto, Android, una plataforma para dispositivos mviles construida sobre la versin 2.6 del kernel de Linux. El 22 de octubre del 2008 fue lanzado el primer google phones al mercado el cual fue fabricado por la empresa HTC. (p.32).
El nacimiento de Arduino tuve lugar en el ao 2005 enfocado
netamente para estudiantes en el Instituto Italiano de diseo interactivo Ivrea,
ya que en ese tiempo los estudiantes utilizaban microcontroladores de muy
alto costo que llegaban a los 100 dlares estadounidenses, lo que cual se
consideraba bastante costoso para ellos. El equipo que desarrollo dicho
proyecto estaba constituido por profesores y estudiantes del instituto, entre
los cuales vale la pena mencionar a Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom
Igoe, Gianluca Martino, David Mellis y Nicholas Zambetti.
La designacin del proyecto viene dada gracias a Banzi, ya que este
pasaba algunas horas en el Bar di Re Arduino (Bar del Rey Arduino), la
tarjeta electrnica Wiring, el lenguaje de programacin y la plataforma de
desarrollo fue creada por un estudiante colombiano llamado Hernando
Barragn el cual fue de gran ayuda en este proyecto.
El proyecto Arduino se origino con el propsito final de la creacin de
un dispositivos de hardware libre, lo cual quiere decir que se pudiera utilizar
libremente para desarrollo de cualquier tipo de investigacin u proyecto son
la necesidad de comprar ninguna licencia. Tal como dijo Banzi (2005):
Arduino se implemento como un proyecto open source de modo que todo el
mundo pudiera participar y contribuir con sus ideas. (p.4)
-
12
Actualmente la empresa ha creado ms de 120 mil placas Arduino y
en lo que respecta a ventas se han registrado aproximadamente ms de
40.000 unidades de la versin Arduino USB, la cual han llenado todas las
expectativas de los usuarios.
Finalmente abordaremos al protocolo TCP/IP en referencia a dos de
los protocolos ms importantes que lo componen, que son: protocolo de
control de transmisin (TCP) y protocolo de internet (IP), que fueron dos de
los primeros en definirse y que son los ms utilizados en la familia de
protocolos de internet. Segn se define en el RFC 1122 TCP/IP posee 4
capas de abstraccin que a menudo es comparada con el modelo OSI de
siete capas.
Una de su funcin primordial ms importante es el uso bidireccional en
origen o destino de comunicacin para llevar a cabo la transmisin de datos
mediante un protocolo no encaminado a conexiones transfieran paquetes
conmutados a travs de diversas redes fsicas previamente enlazadas segn
las normas OSI de enlace de datos.
El modelo descrito anteriormente se desarrollo en los aos 70 por
Vinton Cerf y Robert E. Kahn. Fue implementado en la red ARPANET, la
primera red de rea amplia. Luego nace la primera red interconectada el 21
de noviembre de 1969 cuando se crea la primera conexin entre las
universidades de UCLA y Stanford mediante lneas telefnicas conmutadas,
gracias a los proyectos e investigaciones realizados por varios cientficos y
organizaciones desde 1959.
De esta manera es que se origina una de las mejores formas
actualmente para la comunicacin avanzada que nos permite emitir
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13
informacin desde los sitios ms remotos en la cualquier parte del mundo
con tan solo unos pocos dispositivos que nos aprueben dicho vnculo.
Antecedentes de la investigacin
ltimamente se han consumado algunos proyectos en los ltimos
aos que han contribuido eficazmente al desarrollo de un software para la
implementacin del mismo en los sistemas de telfonos mviles y redes de
comunicacin para ser configuradas como aplicaciones principalmente
enfocadas en la Domotica, tales como la climatizacin, iluminacin,
comunicacin y seguridad.
El acelerado avance tecnolgico del punto de vista electrnico en los
ltimos aos ha contribuido en el desarrollo eficaz de la Domotica. En el ao
2007 Un grupo de ingenieros y tcnicos entre los cuales estn, Jos Manuel
Huidrobo, Beatriz Novel y Christian Calafat se unieron donde desarrollaron
una gua en donde se pretende dar a conocer los beneficios que ofrecen los
equipamientos e instalaciones domesticas entre los distintos colectivos del
sector y as contribuir a su incorporacin en los hogares del mundo.
La gua desarrollada por los cientficos y tcnicos brinda una gran
variedad de conceptos bsicos de dicho campo, tambin as como unas
normativas establecidas para la implementacin de estos sistemas, aqu se
resaltan las medidas a tomar para la arquitectura de las instalaciones y la
seguridad entre otros.
Dando referencia de gran importancia al internet en este tipo de
trabajos de investigacin, Plazas David (2010), explica:
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14
Desde tiempos inmemoriales, tener la informacin justa en el momento oportuno ha significado poder y solamente las personas o grupos de personas que se podan permitir financiar ese intercambio de informacin disfrutaron de ese privilegio. Sin embargo, con el nacimiento de Internet ha disminuido drsticamente el tiempo que transcurre entre buscar y conseguir la informacin. (p. 7)
Lo cual significa que el manejo de informacin ser una tarea ms
rpida y eficiente gracias a las grandes ofertas de aplicaciones que nos
provee internet. Es decir que habr disminucin de tiempo de acceso a la
informacin gracias a los beneficios que nos aportaran este tipo de conexin
para revisar, buscar o publicar la informacin desde cualquier punto del
mundo que tenga una conexin a internet.
Para el ao 2010, Plazas David, desarrollo un capturador de Datos
Web, como trabajo de Grado para el Departamento de Ingeniera Electrnica
de la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jose de Sucre,
el cual diseo e implemento una aplicacin que realiza capturas de la
informacin mediante el internet, se plantea la utilizacin del mismo para
hacer una aplicacin que nos permita realizar el control de dispositivos de
una manera remota y con mayor rapidez de procesamiento de datos.
Los ingenieros de Google. J.J. Barrons y Joe Fernandez, en el 2012
desarrollaron un sistema de Riego combinando Android y Arduino que
consisti en un control de manera remota a travs de internet, el proyecto lo
llamaron Irrduino de riego en ingles irrigation ms arduino, el mismo se
baso en la implementacin de mdulos Arduino como parte del Hardware. Ya
que parte del xito de Android es por su naturaleza de cdigo abierto o
software libre acierto que comparte con su primo hermano Arduino, que viene
siendo la plataforma de Hardware libre de la que hemos venido hablando, se
desarrollo un aplicacin para los dispositivos mviles y adicional para una
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15
pgina web que funciona para el control y supervisin del sistema que
crearon.
La placa Arduino al ser totalmente libre para los usuarios, es de gran
compresin las dificultades que se presentan al momento de seleccionar
trabajos de tesis o de grado, que provengan de cualquier universidad del
mundo, empresa o persona. Por el anterior motivo los antecedentes de
investigacin del presente proyecto, se ven dirigidos asa nociones o ideas
de algunos personajes antecesores, los cuales en su mayora son annimos.
Gracias a la Domotica y los anteriores proyectos realizados, se planteo
el presente proyecto donde un sistema con una salida y una salida analgica
nos puedan representar diferentes variables presentes en un recinto cerrado
u habitacin. En conclusin, realizar la supervisin y control de la
temperatura de una habitacin a travs de una aplicacin desarrollada en el
dispositivo mvil.
Para explicar el sistema operativo utilizado mvil Android, usado para
este trabajo de investigacin, podemos citar a Fuentes Iranzo (2012) que
expresa:
Android es un sistema operativo mvil basado en la tecnologa ya renombrada Linux, por lo cual podemos decir, que este funciona de la misma manera que un Desktop corriendo un sistema operativo moderno y con accesos a internet, pero con la diferencia de un hardware adicional como una cmara fotogrfica o un GPS, lo cual significa que al igual que cualquier computador, Android tiene los mismos riesgos. (p. 15)
Ahora bien podemos concluir que gracias al desarrollo de este sistema
operativo tenemos los beneficios de un computador personal en un
dispositivo mvil factible a la hora de trasladarnos a cualquier lugar con solo
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16
tener acceso a una conexin de internet. Obviamente este innovador
proyecto est enfocado en los sistemas de Domotica,
Bases Tericas
En esta seccin, se enuncian todos los conceptos y marcos que se
relacionan con el proyecto, donde se abarca todo el campo trabajado por su
progreso, con el fin de mejorar la interpretacin y conocimiento de la
investigacin efectuada.
Android
Android, es el sistema operativo basado en el Kernel de Linux
principalmente diseado para dispositivos mviles con pantalla tctil, como
telfonos inteligentes o tabletas, inicialmente desarrollado por Android, Inc.
Es el ms vendido a nivel mundial con un 52.5% de ventas mundiales por
encima de Symbian y IOS de Apple lo cual est revolucionando actualmente
el mercado mundial del Smartphone, haciendo de este sistema operativo
mvil un gigante de la industria de las telecomunicaciones.
Una de las caractersticas ms notables de Android, es la plataforma de
cdigo abierto, as como el hecho de lograr provisionar cualquier elemento
que haga falta o se pierda por un sinfn de usuarios pertenecientes a la
comunidad de Android a nivel mundial.
Entre algunos nombres que fueron asociados a sus diferentes versiones,
estn: Donut, Eclair, Froyo, Gingerbread, Honeycomb y las ms reciente Ice
Cream-Sandwich, tambin lo hacen un sistema operativo especial dado la
originalidad utilizada en los mismos.
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Comenta Ducrohet (2011) que: La arquitectura de Android, se rige por
capas y utiliza el Kernel de Linux para comunicarse con la capa de Hardware,
lo cual le permite ser compatible con la mayora de los drivers creados para
Linux. (p.22).
Sobre el kernel de Linux, Android contiene herramientas, servicios y
libreras que le dan ms potencia al sistema. Con la ayuda de estas libreras
existe la mquina virtual Dalvik, que ejecuta ficheros .dex empaquetados en
un .apk, que es una compresin en formato zip, similar al usado por java con
los .jar. Adems Dalvik permite traducir las .class de JAVA a .dex usando una
herramienta llamada DX. Sobre estas tres capas existe un Framework que se
encarga de gestionar las distintas llamadas que realicen nuestros programas.
Dada esta arquitectura, un programador podra crear programas en C
y compilarlos para Linux ARM que no es ms que un software que permite la
programacin de procesadores o equipos con la arquitectura RISC, una
arquitectura con conjunto de instrucciones reducidas, es decir, todas las
instrucciones se ejecutan en un solo ciclo de reloj, posee modos de
direccionamiento simples, control sobre la ULA, entre otras cosas. Tambin
podra crear un programa .dex o .java que corriera sobre la mquina virtual
Dalvik o por ltimo podra crear un programa que use el framework. Cuando
se crea una aplicacin, se utilizan cuatro tipos de clases bsicas distintas,
que pueden crearse segn su objetivo.
La arquitectura de Android define estos cuatro elementos de los que
podemos heredar:
Activities: Toda clase que como consecuencia de instanciarla implique
una impresin por pantalla. Por ejemplo, en un programa lector de
RSS sera la pantalla donde se listan los elementos nuevos.
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Services: Un servicio es un proceso que corre sin necesidad de utilizar
una interfaz grfica. En el ejemplo anterior, un servicio sera el
proceso que se encarga de ir comprobando por periodos de tiempo
estipulados, si hay o no algo nuevo en el RSS.
Intent: Es la interpretacin abstracta de una accin. Es semejante a
un evento o a una interrupcin. Como por ejemplo un clic, pulsacin
en pantalla o pulsacin de un botn.
Content Providers & Broadcast Receivers: Es uno de los mejores
aspectos de Android y est enfocado a la reutilizacin de cdigo en
una aplicacin, por tanto una aplicacin puede tener ciertos elementos
que sean llamados por cualquier otra aplicacin para que realice una
accin.
Android es un sistema operativo mvil basado en la tecnologa ya
renombrada Linux, por lo cual podemos decir, que este funciona de la misma
manera que un Desktop corriendo un sistema operativo moderno y con
accesos a internet, pero con la diferencia de un hardware adicional como una
cmara fotogrfica o un GPS, lo cual significa que al igual que cualquier
computador, Android tiene los mismos riesgos.
Las aplicaciones en Android pueden ser instaladas de diferentes
maneras, de las cuales la ms utilizada es el Android Market de Google e
igualmente es posible tambin instalarlas por medio de una Shell conectada
a una USB.
Segn Aponte y Dvila (2011) se tiene que: En las 4 capas de la
arquitectura Android, se sigue la misma tnica de usuario/permisos como un
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sistema Linux normal, sin embargo aqu hay unas diferencias importantes a
resaltar (p. 65).
En resumen, el modelo es suficientemente robusto y est bien
construido; sin embargo, como en la mayora de los casos, es el factor
humano el causante de los problemas. Si un usuario permite que las
aplicaciones accedan a todo o si el desarrollador ejecuta una aplicacin que
solicite permisos para acceder a todo igualmente, la seguridad queda
vulnerada y expuesta definitivamente.
La solucin a este problema sera controlar cuales aplicaciones
pueden ser instaladas y no permitir al usuario instalar aplicaciones
adicionales, lo cual es prcticamente imposible dada la alta demanda en el
Android Market a diario.
Otra solucin es configurar el dispositivo para evitar la instalacin de
aplicaciones de fuentes diferentes al mercado de aplicaciones oficial.
Dispositivos mviles
La dimensin de los dispositivos mviles no ha sido un factor
determinante en su adquisicin, ya que da tras da, los usuarios se han ido
involucrando por conocer las grandes capacidades o funciones que stos
pueden brindarles. Entre algunas de sus capacidades, se encuentran las
destacadas en la siguiente definicin:
Un dispositivo mvil se puede definir como un aparato de pequeo
tamao, con algunas capacidades de procesamiento, con conexin
permanente o intermitente a una red, con memoria limitada, que ha sido
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diseado especficamente para una funcin, pero que puede llevar a cabo
otras funciones ms generales. Baz, Ferreira, y lvarez (2010). (p.2).
Entre algunos de los artculos o categora de mviles que han
combinado distintas formas de tecnologa, tenemos: los Smartphone,
tabletas, Feature Phones, Dumb Phones.
Hardware abierto
En relacin al tema del hardware abierto, ha existido mucha controversia,
cuestin que ratifican muchos expertos, como Cuartielles (2006), quin
seala:
El hardware abierto significa tener la posibilidad de mirar lo que hay dentro de las cosas, que eso sea ticamente correcto, y que permita mejorar la educacin. Educar en cmo funcionan las cosas. El hardware, aunque sea libre, no puede ser gratuito, es fsico y cuesta dinero, lo que hicimos fue buscar el precio justo. Arduino no fabrica nada, disea y mantiene un sitio web. (p. 8).
El concepto de hardware libre se ha usado principalmente para reflejar el
uso del software libre con el hardware y el lanzamiento libre de la informacin
con respecto al hardware, a menudo incluyendo el lanzamiento de los
diagramas esquemticos, diseos, tamaos y otra informacin acerca del
hardware.
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Plataforma Arduino
Es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un
microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseada para facilitar el uso de
la electrnica en proyectos multidisciplinares.
El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y
puertos de entrada/salida. Los microcontroladores ms usados son el
Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo
coste que permiten el desarrollo de mltiples diseos. Por otro lado el
software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de
programacin Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que
corre en la placa.4
Segn Joshua (2009): Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos
interactivos autnomos o puede ser conectado a software del ordenador, por
otra parte, las placas se pueden montar a mano o adquirirse y el entorno de
desarrollo integrado se puede descargar gratuitamente. (p.4).
Las tarjetas Arduino contienen para interaccin con el usuario trece
entradas/salidas digitales, seis entradas analgicas y un puerto serial que
permite realizar comunicacin con perifrico, adems de un puerto serial una
conexin USB. Tambin tiene un pulsador para resetear cualquier fallo que
exista en los procesos que se vayan a realiza con la tarjeta Arduino.
El entorno de desarrollo (IDE), para programar la placa Arduino se debe
descargar de la pgina web de Arduino. Se dispone de versiones para
Windows y para MAC, as como las fuentes para compilarlas en LINUX. En el
caso de disponer de una placa USB es necesario instalar los drivers FTDI.
Estos drivers vienen incluidos en el paquete de Arduino mencionado
anteriormente.
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22
Para comenzar a trabajar con el entorno de desarrollo de Arduino se debe
configurar las comunicaciones entre la placa Arduino y el PC. Para ello se
deber abrir en el men "Tools" la opcin "Serial Port". En esta opcin se
seleccionar el puerto serie al que est conectada nuestra placa y posterior a
ello se descargaran programas hacia la placa a fin de lograr resolver ciertos
objetivos.
La estructura bsica de programacin de Arduino es expresada por
Lozano (2009) como:
Una estructura bastante simple que divide la ejecucin en dos partes: setup y loop. Setup( ) constituye la preparacin del programa y loop ( ) es la ejecucin. En la funcin Setup ( ) se incluye la declaracin de variables y se trata de la primera funcin que se ejecuta en el programa. Esta funcin se ejecuta una nica vez y es empleada para configurar el pinMode e inicializar la comunicacin serie. La funcin loop ( ) incluye el cdigo a ser ejecutado continuamente. (p.33).
Arduino Uno
El Arduino Uno es una placa electrnica basada en el microprocesador
Atmega328. Cuenta con 14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales
6 pueden ser utilizados como salidas PWM), 6 entradas analgicas, un
16 MHz resonador cermico, una conexin USB, un conector de
alimentacin, un header ICSP, y un botn de reinicio. Contiene todo lo
necesario para apoyar el microcontrolador; basta con conectarlo a un
ordenador con un cable USB, o alimentarla con un adaptador o la batera
para empezar de CA a CC.
Revisin 3 de la junta directiva tiene las siguientes caractersticas nuevas:
pinout: aadido pines SDA y SCL cerca al pin AREF y otros dos
nuevos pernos colocados cerca del pin RESET, el IOREF que
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23
permiten a los escudos para adaptarse al voltaje suministrado desde
la pizarra. En el futuro, los escudos sern compatibles tanto con el
tablero que utiliza el AVR, que funciona con 5V y con el Arduino
Debido que opera con 3.3V. El segundo es un pin no est conectado,
que se reserva para usos futuros.
Circuito de rearme fuerte.
ATmega 16U2 sustituir el 8U2.
"Uno" significa uno en italiano y es nombrado para conmemorar el prximo
lanzamiento de Arduino 1.0. El Uno y la versin 1.0 ser la versin de
referencia de Arduino, movindose hacia adelante. El Uno es el ltimo de
una serie de placas Arduino USB y el modelo de referencia para la
plataforma Arduino; para una comparacin con las versiones anteriores,
consulte el ndice de la placa Arduino .
En la tabla 1 puede observarse un resumen de las caractersticas que
presenta el Arduino uno:
Microcontroladores ATmega328
Tensin de funcionamiento 5V
Voltaje de entrada
(recomendado)
7-12V
Voltaje de entrada (lmites) 6-20V
Pines E/S digitales 14(de los cuales 6 proporcionan PWM)
Pines de entrada analgica 6
Corriente DC por pin E/S 40 mA
Corriente de la CC para pin
3.3V
50 mA
Memoria Flash 32 KB ( 0,5 KB utilizado por el gestor de arranque)
SRAM 2 KB
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EEPROM 1 KB
Velocidad del reloj 16 Mhz
Tabla N 1 Caractersticas de Arduino Uno
Fuente:(Arduino)
Figura 1. Arduino Uno.
Fuente: http://arduino.cc/es.
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Figura 2. Elementos de la placa Arduino UNO.
Fuente:
http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/18228/Memoria.pdf?seq
uence=1
Arduino Shield Ethernet R3
Permite a una placa Arduino conectarse a Internet. Se basa en el
W5100 Wiznet chip de Ethernet Soporta hasta cuatro conexiones de socket
simultneos. Utiliza la librera de Ethernet para escribir sketches que se
conectan a Internet a travs de la shield o escudo. La placa Ethernet se
conecta con una Arduino a travs de los pines que se extienden por todo el
modulo. Esto mantiene la disposicin de pines intacto y permite que otros
escudos puedan ser apilados en la parte superior.
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El Shield Ethernet Arduino se conecta la placa Arduino a Internet en
cuestin de minutos. Slo tiene que conectar este mdulo a tu placa Arduino,
conctelo a su red con un conector RJ45 del cable (no incluido) y seguir
algunas instrucciones sencillas para empezar a controlar su mundo a travs
de Internet. Como siempre con Arduino, todos los elementos de la plataforma
- hardware, software y documentacin - es de libre acceso y de fuente
abierta. Esto significa que usted puede aprender exactamente cmo se hace
y utilice su diseo como punto de partida para sus propios circuitos. Cientos
de miles de placas Arduino ya estn impulsando la creatividad de las
personas en todo el mundo, todos los das. nase a nosotros ahora, Arduino
es usted!
Requiere una placa Arduino (no incluido)
5V Tensin de funcionamiento (suministrado por la placa Arduino)
Controlador Ethernet: W5100 con buffer interno de 16K
Velocidad de conexin: 10/100Mb
Conexin con Arduino en el puerto SPI
Figura 3. Ethernet Shield R3.
Fuente: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield
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Figura 4. Conexin Arduino UNO-Shield Ethernet.
Fuente: http://www.emartee.com/product/42103/ethernet
Definicin de Trminos Bsicos
La seguridad ha sido una de las preocupaciones prioritarias para las
personas desde los comienzos de la civilizacin, favoreciendo as a la
creacin de puertas, cerraduras, cercas, seguros para ventanas, y otros
sistemas que han evolucionado incorporando nuevas tecnologas y
materiales. En la actualidad estos dispositivos mecnicos no son suficientes
para brindar la proteccin necesaria en el hogar o en establecimientos
comerciales. Gracias a la invencin del transistor hace 60 aos se
incorporaron sistemas electrnicos de seguridad fundados en diferentes
tecnologas y protocolos. El manejo de la tecnologa de comunicacin celular
se ha complementado con la seguridad en los ltimos aos, esta expansin
tecnolgica ha permitido a los diversos sistemas de Domotica ser controlados
desde lugares remotos, mediante mensajes de texto, pginas web entre
otros.
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Domtica
El diccionario de la Real Academia Espaola defino el trmino
domtica como: conjunto de sistemas que automatizan las diferentes
instalaciones de una vivienda (2001). Es decir, la domtica aumenta la
comodidad y seguridad del hogar; adems de proveer ahorro energtico y
facilitar la comunicacin por medio de la autorizacin. Una definicin tcnica
es:
Domtica: conjunto de servicios de la vivienda garantizada por
sistemas que realizan varias funciones, los cuales pueden estar
conectados entre s y redes interiores y exteriores de
comunicacin. Gracias a ello se obtiene un notable ahorro de
energa, una eficaz gestin tcnica de la vivienda, una buena
comunicacin con el exterior y un alto nivel de seguridad.
(junestrand, 2002).
Microcontrolador
El microcontrolador representa un factor importante para el desarrollo
tecnolgico alcanzado en la actualidad y, como explica Aguayo (2004) Un
microcontrolador es un dispositivo electrnico capaz de llevar a cabo
procesos lgicos. Estos procesos o acciones son programados en lenguaje
ensamblador por el usuario, y son introducidos en este a travs de un
programador. (p. 3)
Telfono mvil
Es un dispositivo inalmbrico electrnico que permite acceder y utilizar
los servicios de la red de telefona celular o mvil. Tambin se denomina
celular en la mayora de pases latinoamericanos debido a que el servicio
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funciona mediante una red de celdas, donde cada antena repetidora de seal
es una clula.
Smartphone
Es un telfono mvil construido sobre una plataforma informtica
mvil, con una mayor capacidad de computacin y conectividad que un
telfono mvil convencional
App Inventor
Wolber (2011) plantea que App Inventor es una herramienta visual
para el desarrollo de aplicaciones para la plataforma Android, dado que
utiliza un mtodo de arrastrar y posicionar bloques para realizar la lgica del
programa.
Eclipse
Es una herramienta multiplataforma de desarrollo de aplicaciones en
diversos lenguajes de programacin. De esta manera, implementa un
entorno de desarrollo de aplicaciones para la plataforma Android.
Router
Gutierrez (2012) se refiere de una manera bien explicita sobre los
routers al decir: Un router es un dispositivo que sirve para interconectar
redes. Por ejemplo la red de PCs de una casa u oficina con Internet. Puede
hacerlo mediante cables o transfiriendo los datos a travs del aire. De esta
manera, determina al Router como el transportador de datos de una red.
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Wi-Fi
Wi-Fi son las siglas en ingles de Wireless-Fidelity y, es un conjunto de
estndares para redes inalmbricas basados en las especificaciones IEEE
802.11.
TCP/IP
De forma explicativa Reina y Ruiz (2001) se refieren a TCP/IP de la
siguiente forma: Cuando se habla de TCP/IP, se relaciona automticamente
como el protocolo sobre el que funciona la red Internet. Esto, en cierta forma
es cierto, ya que se le llama TCP/IP, a la familia de protocolos que nos
permite estar conectados a la red Internet.
Red de rea Local
Como explican Reina y Ruiz (2001) las redes de rea local: Son redes
de propiedad privada, de hasta unos cuantos kilmetros de extensin. Por
ejemplo una oficina o un centro educativo.
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CAPTULO III
MARCO METODOLGICO
En este captulo se presenta la metodologa que permiti desarrollar el
presente Trabajo de Grado. Se muestran aspectos como el tipo de
investigacin, diseo de investigacin, unidades de anlisis, eventos o
variables, tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos, procedimientos
de recoleccin de datos, procesamiento de la informacin y anlisis de la
informacin que fueron utilizados para llevar a cabo dicha investigacin.
Es conveniente mencionar que para detallar el siguiente marco
metodolgico, se han estudiado varios autores, con la finalidad de contar con
la respectiva informacin necesaria para desarrollar el contenido de este
captulo de manera especificada.
Diseo de Investigacin
El Presente estudio se realizo partiendo de una investigacin tal como
lo sealan Hernndez, Fernndez y Baptista (1991); "El diseo seala al
investigador lo que debe hacer para alcanzar sus objetivos de estudio,
contestar las interrogantes que se ha planteado y analizar la certeza de la(s)
hiptesis formuladas en un contexto en particular". (p.100)
Los distintos diseos de investigacin pueden ser clasificados de dos
maneras, entre los cuales estn los diseos documentales y los diseos de
campo. Entre los diseos de campo podemos nombrar los de tipo
experimental y de tipo no experimental. En trminos generales, no
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consideramos que un tipo de investigacin y los consecuentes diseos sea
mejor que otros el experimental frente al no experimental. Como mencionan
Kerlinger y Lee (2002): ambos son relevantes y necesarios, ya que tienen un
valor propio.
En esta investigacin se define por el autor, Kerlinger (1975), quien lo
define de la siguiente manera: el plan la estructura y la estrategia de
investigacin concebidos para obtener respuestas a preguntas de
investigacin y controlar la varianza. (p.8)
Dicho lo anterior, Hernndez y otros (1991) dicen: "Cada uno posee
sus caractersticas y la eleccin sobre qu clase de investigacin y diseo
especfico hemos de solicitar, depende de los objetivo, las preguntas
planteadas, el tipo de estudio y las hiptesis formuladas".
Los diseos de campo se caracterizan ya que los datos se obtienen
directamente de la realidad, mediante de la ejecucin del investigador. Para
la universidad Pedaggica Experimental Libertador (2001) la investigacin de
campo es:
El anlisis sistemtico de problemas en la realidad, con el propsito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos, o predecir su ocurrencia, haciendo uso de mtodos Caractersticos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacin conocidos o en desarrollo. Los datos de inters son recogidos en forma directa de la realidad; en este sentido se trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios. (p.5).
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33
Conforme a este esclarecimiento, vale la pena destacar que en la
investigacin a desarrollar, los datos se conseguirn directamente de la
realidad, en consecuencia, estar asociada a un objeto de estudio de campo.
Ahora bien, se realizara la comunicacin mediante la conexin entre
un Smartphone con el sistema operativo Android y una plataforma Arduino a
travs del protocolo de comunicacin TCP/IP. De modo que, para la
comunicacin se har un envi previo de un cdigo por parte de la
aplicacin cliente para su reconocimiento por parte de la aplicacin servidor,
la recepcin y reconocimiento de la informacin de validacin por parte del
controlador y finalmente se genera el intercambio de datos entre ambas
aplicaciones y ambos dispositivos. Por ende fue fundamental seleccionar el
diseo de investigacin a realizar, para as poner a prueba y llevar a cabo los
pasos determinados anteriormente.
Tipo de Investigacin
Pineda, Alvarado y Canales (1994) sealan: hay diferentes tipo de
investigacin, los cuales se clasifican segn distintos criterios (p.53).
En el presente segmento se presentan varios mtodos y tcnicas que
permitieron el desarrollo planteado, por lo que fue necesario definir
primeramente el tipo de estudio acordado a esta investigacin, de acuerdo
con los objetivos generales y los objetivos especficos anteriormente
establecidos; por ello se expone el tipo de diseo que oriento el desarrollo del
trabajo.
Fidias Arias (1999) expone; la metodologa del proyecto incluye el tipo o tipos de investigacin, las tcnicas y los procedimientos que sern utilizados para llevar a cabo la indagacin. En donde se
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34
define el como se realizara el estudio para responder al problema planteado.
La investigacin corresponde a una de tipo proyectiva ya que cuyo
principal objetivo es desarrollar un sistema de domtica bajo el uso de
software libre y programacin. Esta afirmacin segn Hurtado (2000) se
define como investigacin proyectiva a todas aquellas investigaciones que
conducen a inventos, programas, diseos o a creaciones dirigidas a cubrir
una determinada necesidad (p.323).
Intrnsecamente en la definicin se detalla claramente el mensaje con
el desarrollo actual, ya que el presente proyecto plantea desarrollar un
sistema de supervisin y control de temperatura de una habitacin, mediante
una plataforma Arduino y un Dispositivos celular mvil; que nos va a permitir
realizar la comunicacin entre ellos utilizando un medio no fsico como lo es
la conexin de internet.
Poblacin o universo de Estudio
La poblacin o universo se refiere a la generalidad del fenmeno a
estudiar, donde las unidades de poblacin tienen una caracterstica comn
en la que se estudia y da origen a los datos de la investigacin. Por
consiguiente, Morles (1994) expresa:
La poblacin o universo se refiere al conjunto para el cual sern vlidas las conclusiones que se obtengan: a los elementos o unidades (personas, instituciones o cosas) involucradas en la investigacin. (p. 17)
Habiendo ya entendido lo mencionado anteriormente podemos tomar
como poblacin para el presente proyecto las aplicaciones y los dispositivos
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35
que actan de manera principal en la comunicacin usando la conexin de
internet mediante el protocolo de comunicacin TCP/IP.
Considerando el planteamiento anterior, se tom como muestra al
microcontrolador Arduino UNO Rev 3 conjunto con la placa Arduino Ethernet
Shield, la cual permite que el microcontrolador haga la conexin a internet;
teniendo en cuenta que los dispositivos mviles con sistema operativo
Android y cualquier microcontrolador que pueda acceder a una conexin de
internet tienen un papel principal en el presente proyecto. De esta manera se
selecciono el dispositivo mvil LG Optimus L9 con una versin de sistema
operativo Android 4.1.2.
Tcnicas e instrumentos de recoleccin de Datos
Las tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos, son los medios
mediante el cual el investigador se relaciona con los participantes para
conseguir la informacin necesaria que permite alcanzar los objetivos del
planteamiento de proyecto. En tal sentido, Arias (1999) seala: las tcnicas
de recoleccin de datos son las distintas formas de obtener la informacin.
(p.53).
De los instrumentos de medicin segn, Hernndez, Fernndez y
Batista (1991) han aclarado:
Toda medicin o instrumento de recoleccin de los datos debe reunir dos requisitos esenciales: confiabilidad y validez. La confiabilidad de un instrumento de medicin se refiere al grado en que su aplicacin repetida al mismo sujeto u objeto, produce iguales resultados. (p. 286)
Lo que nos permitir que la investigacin se lleve a cabo de manera
satisfactoria y confiable ser haciendo la mejor eleccin del conjunto de
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36
instrumentos y tcnicas de recoleccin de informacin. Respecto a la
confiabilidad de un instrumento de medicin, destaca Sampieri (2000): la
confiabilidad de medicin se refiere al grado en que su aplicacin repetida al
mismo sujeto u objeto produce iguales resultados. (p.23)
De manera que se emplean las tcnicas de revisin enfocadas en el
anlisis de la documentacin recolectada en textos, artculos de revistas
universitarias y documentos en internet para fundamentar la investigacin,
as como la tcnica de observacin directa y sistemtica sobre el objeto de
estudio, que se llevara a cabo mediante las mediciones de las variables, de
tal forma, que se pueda realizar la verificacin del buen funcionamiento del
sistema y de cualquier fenmeno que pudiera estar presente de manera
prctica.
El proceso de obtencin de informacin se lleva a cabo mediante la
utilizacin de instrumentos que presenten las caractersticas ms
convenientes para lograr llegar al objetivo de la investigacin nombradas
anteriormente. Donde, Arias (1999) explica: los instrumentos son los medios
materiales que se emplean para recoger y almacenar la informacin.
Ejemplo: fichas, formatos de cuestionario, guas de entrevistas, lista de
cotejo, grabadores, escalas de actitudes u opiniones (tipo likert), etc.. (p.25).
Para la obtencin de Datos e Investigaciones
Revisin bibliogrfica y documental: se refiere al conjunto de
informacin recopilada mediante documentacin escrita y procesada tales
como: tesis de grado, libros, artculos tcnicos y documentacin de Internet.
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Para la Observacin Directa
Multmetro digital: Es un instrumento que permite la captura de
variables elctricas con un nivel de precisin y exactitud como: voltaje,
corriente, resistencia, frecuencia, capacitancia.
Osciloscopio: Instrumento de visualizacin porttil que entre muchas
funciones permite observar el comportamiento de cristales osciladores, su
frecuencia, y no slo observar en tiempo real las formas de las seales, sino
tambin, almacenarlas en una memoria interna o transmitirlas a un
computador para su posterior anlisis.
Para la Observacin Sistemtica
Computador Personal: tambin conocido por la abreviatura PC
(Personal Computer), es un equipo electrnico con grandes capacidades de
cmputo y procesamiento de palabras y videos, el cual es usado para
obtener la generacin, programacin del algoritmo, control e interfaz en este
proyecto.
Software de Arduino: instrumento o herramienta informtica que
permite codificar el lenguaje de programacin de las plataformas Arduino.
Adems de permitir la revisin del envi y entrega de dato en forma
satisfactoria.
Software App inventor: Programa informtico desarrollado en el
instituto de Tecnologa de Massachusetts a travs de la cual se pueden
programar y simular aplicaciones proyectadas para el Sistema operativo
Android.
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Procedimientos para la recoleccin de informacin
Inmediatamente de aplicadas las tcnicas de recoleccin de datos, as
como almacenados se procedi a utilizar las tcnicas lgicas para analizar y
clasificar la informacin obtenida, esta facilito el uso y manejo de la misma. Al
respecto Arias (2006) determina lo siguiente: Para el anlisis de datos se
definir las tcnicas lgicas (induccin, deduccin, anlisis y sntesis).
(p.28).
Arias (1999) explica:
En lo referente al anlisis, se definirn las tcnicas lgicas (induccin, deduccin, anlisis, sntesis), o estadsticas (descriptivas o inferenciales), que sern empleadas para descifrar lo que revelan los datos que sean recogidos. (p. 26).
A continuacin se pronuncia el procedimiento para analizar la
informacin recolectada en esta investigacin.
Primeramente se realizo un anlisis previo en el que se familiarizo con
el contenido y los temas relacionados a la investigacin mediante el uso de la
lectura, posteriormente desglosando toda la informacin tcnica relacionada
con el objeto de estudio, es decir, con los dispositivos que intervienen en la
implementacin del sistema de comunicacin. De igual manera, se analizo e
investigo a cerca los programas y herramientas a utilizarse para el desarrollo
de las aplicaciones pertinentes enfocadas al proyecto a ejecutar, entre ellos,
el software de Arduino y App Inventor para as poder conseguir completar
satisfactoriamente esta investigacin.
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Los programas y herramientas anteriormente nombrados, gozan de
una gran cantidad de aplicaciones, las mismas fueron necesarias abordar en
su totalidad, gracias a su vasta versatilidad para hacer las simulaciones y
pruebas del sistema a implementar.
Ya habiendo recolectado y procesada toda la informacin pertinente a
las herramientas a utilizar, as como los programas para el desarrollo de las
aplicaciones y de igual manera, las tcnicas y protocolos usados en la
transmisin de datos y otras etapas, se procedi a la realizacin de la
explotacin de los resultados, haciendo uso de la programacin para
codificar la plataforma Arduino y el Smartphone a fin de conseguir su
satisfactorio funcionamiento.
Al culminar el desarrollo de la aplicacin destinada para el dispositivo
mvil, as como, la aplicacin del microcontrolador mediante el software
Arduino, se realizo la conexin de ambos dispositivos por medio de una red
de rea local para completar el intercambio datos entre ellos y ejercer el
control sobre la plataforma Arduino mediante del dispositivo mvil.
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CAPTULO IV
PROPUESTA DEL DISEO
En el presente captulo, se detallar la propuesta realizada para el
diseo del sistema de supervisin y control de temperatura referente al
objetivo general del presente proyecto; as como, explicar las caractersticas,
los fundamentos tcnicos necesarios para la implementacin, el correcto
funcionamiento del mismo y la aplicacin diseada para dar por cumplido a
ciertos objetivos especficos que abordan la simulacin de un sistema de
domtica.
Figura 5. Diagrama del diseo propuesto.
Fuente: elaboracin propia.
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Descripcin de funcionamiento
Para el desarrollo del sistema de supervisin y control de temperatura
de una habitacin a travs del protocolo TCP/IP, se realizo un diagrama con
imgenes para dar un mejor entendimiento a esta idea, como se ejemplifica
de forma general en la figura 2, con la finalidad de mostrar de manera
practica el funcionamiento del sistema a desarrollar.
Figura 6. Diagrama del sistema de comunicacin entre un dispositivo
mvil y un microcontrolador remoto utilizando el protocolo TCP/IP.
Fuente: elaboracin propia.
Para explicar sencillamente lo reflejado en la Figura 6; se tiene que
empezar por, que una vez que el usuario ejecute la aplicacin instalada en el
sistema operativo Android alojada en el dispositivo mvil, se muestra la
interfaz grafica diseada para realizar el control, la cual consta de dos
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botones que ejercen el control sobre los dos dispositivos de activacin
ON/OFF y la informacin de la temperatura de dicho recinto.
Por otra parte, en el microcontrolador Arduino previamente energizado
se realizar la codificacin pertinente para poder transmitir y recibir datos
provenientes del dispositivo mvil y viceversa, para as ejercer el control
sobre los dispositivos asociados a sus salidas. Finalmente estos datos sern
usados para la activacin de dos puertos ON/OFF.
Posteriormente de que ambas aplicaciones estn en correcto
funcionamiento, conectadas y sincronizadas a las misma red de rea local;
procede el usuario a manipular las variables desde el dispositivo mvil.
Cuando una variable es alterada desde el dispositivo mvil, este enva un
paquete de datos de manera inalmbrica al microcontrolador, luego el
receptor determina la variable que fue alterada o modificada desde el mvil
para despus ejercer un comando de modificacin de dicha variable, para as
realizar el accionamiento pertinente en la salida del sistema.
De esta forma, se plantea el sistema de supervisin y control de
dispositivos que ofrece grandes ventajas y variedad de aplicaciones en
distintas ramas de la ingeniera como la electrnica entre otras y
comodidades a la hora de operar las variables de un recinto cerrado, sin
tener que permanecer cerca del receptor cuando se quiera realizar el control.
Este sistema propuesto para este trabajo de investigacin, tiene la
ventaja de brindar un tiempo de respuesta muy eficaz gracias al medio de
comunicacin usado; ya que, utilizar una conexin inalmbrica implica el uso
de un enrutador de datos inalmbrico mejor conocido como Router. Lo que
significa acortar los tiempos de respuestas gracias a las tecnologas y
dispositivos utilizados en los Router o enrutadores actuales.
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En la Figura 7 se muestra el diagrama de bloques del sistema a
desarrollar con sus respectivas salidas de dispositivos On/Off y entrada
digital.
Figura 7. Diagrama de bloques del sistema de supervisin y control de
dispositivos, utilizando un dispositivo mvil LG Optimus L9 y un
microcontrolador Arduino UNO.
Fuente: elaboracin propia.
Como aqu se muestra en la figura 7 el dispositivo mvil hace la
funcin maestro, mientras que el modulo Arduino se comporta como esclavo
ejecutando los comando de control que previamente enva el maestro
conectado a la misma red de rea local, sin embargo esto cambia en la
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primera entrada de Arduino que acta el sensor como maestro enviando los
datos del sensor DHT11 al dispositivo mvil, haciendo as que se
experimente una comunicacin de tipo full dplex.
La figura 8 desglosa los pasos a seguir para lograr el funcionamiento.
Figura 8. Diagrama de funcionamiento del sistema de supervisin y control.
Fuente: Elaboracin propia.
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Para poner en funcionamiento el sistema de supervisin y control de
dispositivos, se debe realizar primeramente la conexin de la plataforma
Arduino con los dispositivos a controlar; de igual forma, hay que conectar la
plataforma Arduino con el router inalmbrico que es el proveedor de una red
de rea local mediante la Shield Ethernet. Posteriormente, se alimenta la
plataforma Arduino, en tal sentido, que se el cdigo compilado en el
microcontrolador donde se declaran las variables, entradas y salidas a
utilizar. Luego se inicia el ciclo del cdigo que se estar corriendo en el
microcontrolador a la espera de la alteracin de alguna variable.
Se establece la conexin del dispositivo mvil a la misma red de rea
local en la que se encuentra la plataforma Arduino. Para finalizar el
funcionamiento del sistema, se ejecuta la aplicacin alojada en el dispositivo
mvil; se abre la interfaz grafica donde se visualizan ambos botones de
accionamiento de las salidas ON/OFF y el censado de la temperatura. En tal
sentido, espera la modificacin de alguna de las variables, para as realizar
un envi de modificacin de la direccin ip en la que se aloja la pagina
compilada en la plataforma Arduino.
La direccin nueva tiene la variable que ha sido alterada o modificada
con su respectivo valor nuevo; en otras palabras, se enva una cadena de
caracteres o string con los datos de la variable modificada y su valor
modificado. El microcontrolador en este sentido, hace las funciones de
comparacin para verificar cual variable fue modificada.
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Descripcin del desarrollo
Primeramente se explicara el diseo del hardware necesario para
simular un sistema domtico. Como se ha dicho anteriormente, consiste en
dos salidas de activacin ON/OFF y una entrada digital que en este caso
viene siendo la del sensor de temperatura DHT11.
En este nuevo caso, se elaborar un arreglo con una alarma y un fan
cooler como representacin de un sistema de enfriamiento para las salidas
ON/OFF y de un sensor de temperatura DHT11 para la entrada digital.
Figura 9. Circuito Implementado para la simulacin de Sistema de
supervisin y control.
Fuente: elaboracin propia.
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El sistema de supervisin y control de temperatura posee un circuito
como se muestra en la figura 9, se implementan como salida ON/OFF un
Buzzer de 5v y un motor DC de Fan Cooler de 5v, por ultimo una entrada
digital por donde se recibe el dato del sensor de temperatura. El
microcontrolador alojado en la placa Arduino UNO REV3 es el
ATMEGA328P.
Sistema de Potencia para el fan cooler y Sistema de alarma sonora
Figura 10. Circuito implementado para simular el sistema Domtico.
Fuente: elaboracin propia.
Para la implementacin de las salidas ON/OFF se utiliza un motor DC
de fan cooler de 5v y un Buzzer de 5v, de igual manera se necesito
implementar unas resistencias de proteccin a estos dispositivos, ya que se
ven obligados a variar sus niveles de voltaje constantemente. A continuacin,
se muestran los clculos realizados para poder determinar los valores
exactos que se implementaron en el circuito para el funcionamiento
satisfactorio del mismo.
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Con respecto al Buzzer de 5v se sabe que alcanza hasta un pico de
20mA de corriente en un excelente funcionamiento; por otra parte posee una
cada de tensin de 1,3v en polarizacin directa, se entiende como
polarizacin directa cuando la cada de tensin en el polo positivo es mayor a
la cada de tensin en polo negativo.
El Buzzer se enciende cuando el microcontrolador arroja por el pin de
salida al que est conectado el mismo un valor de 0 lgico, es decir, ajusta
la salida con una cada de tensin de 0v, de tal manera, se toma la siguiente
ecuacin 1 cuando el Buzzer est encendido.
= + Ecu. 1
De la ecuacin 1 se tiene que la tensin de alimentacin que es Vcc
igual a 5v, adicional conocemos el voltaje del Buzzer VB que es de 1,3v. Por
consiguiente, se determinara la cada de tensin en la resistencia Vr
posteriormente determinar la corriente haciendo uso de la ley de ohm.
= Ecu. 2
= 5 1,3
= 3,7
Despajando el voltaje de la resistencia de la ecuacin 1, si tiene la
ecuacin 2 procedemos a sustituir los valores de la dems variables y
operando, se consigue la cada de tensin en la resistencia que est en serie
con el Buzzer. Con el propsito de utilizar dicho valor para obtener el valor de
resistencia necesaria para prevenir daos en el dispositivo. La ley de ohm
determina la siguiente relacin:
= . Ecu. 3
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Lo cual significa que multiplicar la co
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