PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR SEDE SANTO DOMINGO ESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y COMPUTACIÓN
Disertación de Grado Previa la obtención del título de Ingeniero en Sistemas y Computación
CONTROL AUTOMATIZADO DE LUMINARIAS – PROTOTIPO AULARIO 1
AUTORES: MARGOTH ELISA GUARACA MOYOTA MYRIAM ALEXANDRA DELGADO ARROBO
DIRECTOR: Ms. MILTON TEMISTOCLES ANDRADE SALAZAR
SANTO DOMINGO- ECUADOR
2012
ii
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR SEDE SANTO DOMINGO APROBACIÓN DE LA DISERTACION DE GRADO
CONTROL AUTOMATIZADO DE LUMINARIAS – PROTOTIPO AULARIO 1
AUTORES: MARGOTH ELISA GUARACA MOYOTA MYRIAM ALEXANDRA DELGADO ARROBO
TRIBUNAL
Ms. MILTON TEMISTOCLES ANDRADE SALAZAR
ING. JOSÉ LUIS CENTENO LARA
ING. FAUSTO ERNESTO OROZCO IGUASNIA
SANTO DOMINGO, JULIO DE 2012
iii
DEDICATORIA A mi madre, Lourdes Moyota A. por todo su apoyo incondicional, esfuerzo y sacrificio, es una mujer luchadora que amo y admiro mucho, con su ejemplo y amor me enseñó a luchar para lograr mis metas y objetivos. A mi hijo, J. Mateo Sánchez G. por ser mi inspiración para seguir siempre adelante y por todo el tiempo que le quité para poder realizar este proyecto. A mi esposo F. Daniel Sánchez M. por comprenderme y apoyarme durante todo el tiempo que compartimos nuestras vidas.
Margoth Elisa Guaraca Moyota
Dedico este proyecto a mi padre por brindarme los recursos necesarios y estar a mi lado apoyándome y aconsejándome siempre, a mi madre por hacer de mí una persona de bien a través de sus consejos y amor, ambos quienes a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación. A mi esposo Cristian, por su amor, porque junto a él hemos crecido profesionalmente y eso me llena de satisfacción. Para mi hija Doménica, ella es lo mejor que me ha pasado y ha venido a este mundo para darme el último empujón para terminar este trabajo, es sin duda el mayor impulso que tengo en mi vida.
Myriam Alexandra Delgado Arrobo
iv
AGRADECIMIENTOS Nuestra gratitud y agradecimientos a todas las personas que colaboraron de diferentes formas para la realización del presente trabajo. A Dios, por acompañarnos con su divina presencia en cada momento de nuestras vidas, por darnos luz y claridad en los momentos difíciles de este proyecto, por todo lo bueno que nos ha concedido y sin el cual no fuera posible la realización de este proyecto. Al Ms. Milton Andrade, nuestro Director de disertación de grado, por su guía, colaboración y apoyo durante todo el proceso de desarrollo de nuestro proyecto, además por su confianza y afecto que nos ha brindado. A la PUCE SD y sus directivos, por habernos brindado la oportunidad de realizar este proyecto de gran importancia para sus edificaciones y habernos permitido levantar información de sus instalaciones eléctricas. Además nos permite poner en práctica los conocimientos adquiridos a lo largo de nuestra carrera y lo que es más importante, investigar un campo nuevo como es la electrónica con un tema afín a nuestra carrera. Al Sr. Diego López y Al Sr. Antonio Redín, por compartir sus conocimientos de electrónica que hizo posible la realización de este proyecto y habernos apoyado durante todo el proceso.
v
RESUMEN El presente proyecto tiene como finalidad la realización de un prototipo que controlará de manera automatizada las luminarias del Aulario 1 (Aula 15 y pasillo planta alta) de la PUCE SD mediante la utilización de un microcontrolador, permitiendo realizar un control automatizado de bajo costo al no utilizar tecnologías propietarias, también se utilizarán detectores de presencia (sensores) los mismos que permitirán apagar las luminarias que se encuentren encendidas innecesariamente, produciendo de esta manera un ahorro de energía eléctrica. El control automatizado se compone de tres partes fundamentales: La Interfaz para PC “amigable e intuitiva” realizada en Visual Basic.Net, conectada a una base de datos diseñada en MySQL, la base de datos contendrá información de usuarios y horarios en los que se debe realizar el control de las luminarias; también presentará reportes del encendido y apagado de las mismas. El circuito de control está compuesto por un microcontrolador PIC 16F628A, un integrado MAX232 que permite la comunicación del microcontrolador con el puerto serial del computador, también se utilizan opto-acopladores y triacs que son los encargados de acoplar las señales digitales del microcontrolador con la etapa de encendido o apagado que utiliza corriente alterna para las lámparas. El circuito de iluminación está compuesto de lámparas, balastros y los sensores que enviarán las señales al microcontrolador de encendido/apagado.
vi
ABSTRACT The present research paper has the aim of developing a prototype that will automatically control the lamps of Aulario 1 (Class 15 and the upstairs aisle) of PUCE SD through the use of a microcontroller, giving the possibility to carry out a low-cost automatic control because there is no need of proprietary technologies; presence detectors (sensors) will also be used and they will allow to turn off the lamps that remain turned on unnecessarily, this resulting in a significant energy saving. The automatic control has three main parts: The interface for “friendly and intuitive� PC, made by Visual Basic.Net connected to a data base designed in MySQL, the data base will include user’s information and the schedule where the lamps control should be carried out. It will also show reports of the lamps turning on and off. The control circuit is formed by a microcontroller PIC 16F628A, an integrate MAX232 that allows the communications of the microcontroller with the serial port of the computer. Opto-couplers and triacs are also used, which are in charge of couple the digital signals of the microcontroller with the running on and off stages, which uses alternating current for thee lamps. The lighting circuit is formed by lamps, ballast and sensors that will send the signals to the microcontroller for turning on and off.
vii
ÍNDICE DE CONTENIDO DEDICATORIA ................................................................................................................. iii AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... iv RESUMEN
................................................................................................................... v
ABSTRACT
.................................................................................................................. vi
ÍNDICE DE CONTENIDO ................................................................................................ vii ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ......................................................................................... xii ÍNDICE DE TABLAS ....................................................................................................... xiv ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN .............................................................................15 OBJETIVO GENERAL .....................................................................................................16 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................17 MARCO INSTITUCIONAL ...............................................................................................17 PROCESO
.................................................................................................................17
1.
MARCO TEóRICO ....................................................................................20
1.1.
INTRODUCCIÓN ......................................................................................20
1.1.1.
Definición de Domótica .............................................................................21
1.1.2.
Aplicaciones domóticas .............................................................................21
1.2.
SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DE ILUMINACIÓN ...................22
1.3.
COMPONENTES DEL CONTROL AUTOMÁTICO DE ILUMINACIÓN .....22
1.4.
LÁMPARAS ..............................................................................................23
1.4.1.
Lámparas incandescentes ........................................................................23
1.4.2.
Lámparas de descarga .............................................................................23
1.4.3.
Lámparas fluorescentes ............................................................................23
1.4.4.
Lámparas fluorescentes compactas ..........................................................24
1.5.
LOS BALASTROS ....................................................................................25
1.5.1.
Balastro electromagnético .........................................................................25
1.5.2.
Balastro electrónico...................................................................................25
1.6.
LUMINARIAS ............................................................................................26
1.6.1.
Clasificación de las luminarias ..................................................................27
1.6.2.
Las luminarias para interiores ...................................................................27
1.7.
SENSORES ..............................................................................................28
1.7.1.
Sensor de presencia .................................................................................28
viii
1.8.
MICROCONTROLADORES ......................................................................28
1.8.1.
Diferencia entre microprocesador y microcontrolador ...............................29
1.8.2.
Arquitectura del microcontrolador..............................................................29
1.8.3.
Componentes de un microcontrolador.......................................................30
1.9.
TIRISTORES ............................................................................................32
1.9.1.
La familia de los tiristores ..........................................................................33
1.9.2.
El TRIAC ...................................................................................................33
1.9.3.
El fotodetector triac o FOTOTRIAC. ..........................................................34
1.10.
OPTOACOPLADOR .................................................................................34
1.10.1.
Definición ..................................................................................................34
1.10.2.
Funcionamiento del opto-acoplador ..........................................................35
1.10.3.
Tipos de opto-acopladores ........................................................................36
1.11.
COMUNICACIÓN SERIAL ........................................................................37
1.12.
LA NORMA RS-232 ..................................................................................37
1.12.1.
La tasa de baudios ....................................................................................38
1.12.2.
Bits de datos .............................................................................................39
1.12.3.
Los bits de parada.....................................................................................39
1.12.4.
Paridad .....................................................................................................40
1.12.5.
Conector DB-9 ..........................................................................................40
1.12.6.
Intercambio de pulsos de sincronización ...................................................41
1.13.
LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN ...........................................................41
1.13.1.
Lenguaje de bajo nivel ..............................................................................42
1.13.2.
Lenguaje assembly (lenguaje "ensamblador" ) .........................................43
1.13.3.
Lenguaje de alto nivel ...............................................................................43
1.14.
CONTROL AUTOMATIZADO ...................................................................44
1.15.
SISTEMA INFORMÁTICO ........................................................................44
1.16.
BASE DE DATOS .....................................................................................45
1.16.1.
Definición ..................................................................................................45
1.16.2.
Características ..........................................................................................45
1.16.3.
Tipos de base de datos .............................................................................46
1.16.4.
Modelo Entidad - Relación ........................................................................46
1.16.5.
Cardinalidad de las relaciones ..................................................................47
2.
METODOLOGÍA .......................................................................................48
2.1.
INTRODUCCIÓN ......................................................................................48
ix
2.2.
METODOLOGÍA DE DESARROLLO DEL PROYECTO. ...........................48
2.3.
INVESTIGACIÓN DIAGNÓSTICA.............................................................50
2.3.1.
Objetivo Diagnóstico .................................................................................50
2.3.2.
Mecánica Operativa ..................................................................................50
2.3.2.1.
Información primaria. ................................................................................50
2.3.2.2.
Información secundaria .............................................................................50
2.4.
ANÁLISIS Y ESPECIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS.........................50
2.4.1.
Elección de la lámparas y balastros ..........................................................51
2.4.2.
Elección y ubicación del sensor de presencia ...........................................51
2.4.3.
Elección de Microcontrolador ....................................................................52
2.4.3.1.
Parámetros para la elección del microcontrolador. ....................................53
2.4.3.2.
Estudio de la mejor opción de microcontrolador: .......................................54
2.4.4.
Herramientas de desarrollo del proyecto ...................................................55
2.4.4.1.
Herramientas de software PC ...................................................................55
2.4.4.2.
Herramientas de software para microcontrolador PIC 16F628A ................56
2.4.4.3.
Herramienta de software para diseño del circuito impreso ........................56
2.4.5.
Especificación de equipos a utilizar para el desarrollo del proyecto ..........57
2.5.
DISEÑO TÉCNICO ...................................................................................57
2.5.1.
Diseño del control automatizado de luminarias .........................................57
2.5.1.1.
Prototipo Aulario 1.....................................................................................58
2.5.2.
Diseño del hardware (Módulo de Control Electrónico) ...............................61
2.5.3.
Diseño del Software para PC del Sistema de Control ...............................61
2.6.
DESARROLLO Y PRUEBA .......................................................................62
3.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................63
3.1.
INVESTIGACIÓN DIAGNÓSTICA.............................................................63
3.1.1.
Antecedentes ............................................................................................63
3.1.2.
Objetivo diagnóstico ..................................................................................63
3.1.3.
Mecánica operativa ...................................................................................64
3.1.3.1.
Fuentes de Información. ...........................................................................64
3.1.3.1.1.
Información primaria. ................................................................................64
3.1.3.1.2.
Información secundaria .............................................................................64
3.1.4.
TABULACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN..................................64
3.1.4.1.
Observación ..............................................................................................64
3.1.4.2.
Entrevistas ................................................................................................65
x
3.1.4.2.1.
Entrevista aplicada a la directora de recursos físicos. ...............................65
3.1.4.2.2.
Entrevista aplicada al encargado del mantenimiento de los edificios de la PUCE SD. .................................................................................................68
3.2.
ESPECIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS .............................................68
3.3.
PROTOTIPO AULARIO 1 PLANTA ALTA (MAQUETA) ............................69
3.4.
DISEÑO DEL HARDWARE (Módulo de Control Electrónico) ....................70
3.4.1.
Arquitectura del hardware .........................................................................70
3.4.2.
Unidad de control ......................................................................................71
3.4.2.1.
Microcontrolador PIC 16F628A .................................................................71
3.4.2.1.1.
Recursos utilizados del microcontrolador PIC16F628A .............................72
3.4.2.2.
Interfaz RS232 ..........................................................................................74
3.4.2.2.1.
MAX232 ....................................................................................................74
3.4.2.3.
Opto-acopladores y Triacs ........................................................................75
3.4.2.4.
Fuente de alimentación .............................................................................76
3.5.
PROCESO DE DESARROLLO DE SOFTWARE PARA EL PIC16F628A. 76
3.5.1.
Protocolo de comunicación entre el PIC 16F628A y el software de aplicación en la PC. ..................................................................................77
3.5.2.
Diagramas de flujo PIC 16F628A ..............................................................78
3.5.3.
Desarrollo de software. .............................................................................80
3.5.3.1.
Código fuente del microcontrolador PIC en lenguaje assembly (prueba2.asm)...........................................................................................81
3.5.4.
Programación del microcontrolador PIC 16F628A ....................................90
3.5.4.1.
Código fuente código máquina (prueba2.hex) ...........................................92
3.5.5.
Circuito de prueba y verificación (prototipo) ..............................................93
3.5.6.
Esquemático del circuito probado y finalizado ..........................................94
3.6.
CIRCUITO DE CONTROL ELECTRÓNICO ..............................................96
3.7.
DISEÑO DEL SOFTWARE PARA PC DEL SISTEMA DE CONTROL ......96
3.7.1.
Diagrama de procesos ..............................................................................97
3.7.2.
Diseño conceptual y técnico ......................................................................98
3.7.3.
Diseño de base de datos...........................................................................99
3.7.4.
Diseño relacional ....................................................................................104
3.7.5.
Diseño de la interfaz gráfica en el software para PC ...............................105
3.7.5.1.
Módulo administración de usuarios y datos .............................................105
3.7.5.2.
Módulo de Control de Luminarias............................................................106
3.8.
FASE DESARROLLO Y PRUEBA DEL SISTEMA ..................................107
xi
3.8.1.
Conectividad externa del sistema............................................................107
3.8.2.
Conectividad interna del sistema.............................................................107
3.8.3.
Codificación del Sistema Automatizado de Control de Luminarias ..........108
3.8.3.1.
Código fuente del software desarrollado para el PC................................108
3.8.4.
Pruebas del Sistema Automatizado de Control de Luminarias ................110
3.9.
ENTREGA DEL PROYECTO CONTROL AUTOMATIZADO DE LUMINARIAS ..........................................................................................110
3.9.1.
Circuito de control electrónico. ................................................................111
3.9.2.
Maqueta Aulario1. ...................................................................................111
3.9.3.
Sistema Automatizado de control de luminarias (SYSLIGTH). ................112
3.9.4.
Manual técnico de instalación y configuración.........................................112
3.9.5.
Manual de usuario...................................................................................112
3.9.6.
Código fuente..........................................................................................112
CONCLUSIONES ..........................................................................................................113 RECOMENDACIONES ..................................................................................................114 BIBLIOGRAFÍA ..............................................................................................................115 GLOSARIO
...............................................................................................................117
ANEXO 1 (PLANO ELÉCTRICO)...................................................................................120 ANEXO 2 (Data sheet PIC 16F628A) ............................................................................121 ANEXO 3 (Data sheet MAX232) ....................................................................................125 ANEXO 4 (INFORME DE DISERTACIÓN DE GRADO) .................................................128 ANEXO 5 (MANUAL TÉCNICO) ....................................................................................129 ANEXO 6 (MANUAL DE USUARIO ...............................................................................163
xii
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Esquema del proceso de control de luminarias ...........................................16 Ilustración 2. Lámpara fluorescente tubular .....................................................................24 Ilustración 3. Lámpara Fluorescente Compacta ...............................................................24 Ilustración 4. Balastro electromagnético...........................................................................25 Ilustración 5. Balastro electrónico ....................................................................................26 Ilustración 6. Tipo de luminarias ubicadas en aula 15 ......................................................26 Ilustración 7. Clasificación de luminarias según la distribución de la luz .........................27 Ilustración 8. Sensor infrarrojo .........................................................................................28 Ilustración 9. Arquitectura del Microcontrolador ..............................................................29 Ilustración 10. Arquitectura de Von Neumann ..................................................................30 Ilustración 11. Arquitectura de Harvard ............................................................................30 Ilustración 12. Estructura de un tiristor (SCR) ..................................................................32 Ilustración 13. Símbolo y esquema de un Triac................................................................33 Ilustración 14. Triac .........................................................................................................34 Ilustración 15. Opto-acoplador .........................................................................................35 Ilustración 16. Encapsulado y símbolo del opto-acoplador ...............................................35 Ilustración 17. Fototransistor ............................................................................................36 Ilustración 18. Opto-acoplador LED-Triac ........................................................................36 Ilustración 19. Fototriac de paso por cero ........................................................................36 Ilustración 20. Conector DB-9 DCE a DCE ......................................................................40 Ilustración 21. Esquema de la automatización de un problema........................................44 Ilustración 22. Modelo Entidad-Relación ..........................................................................46 Ilustración 23. Etapas de la metodología del proyecto. ....................................................49 Ilustración 24. Diagrama del Sistema de Control Automatizado de Luminarias ................58 Ilustración 25. Caja de breaker ubicada en el aula 15 ......................................................58 Ilustración 26. Aulario 1 ...................................................................................................59 Ilustración 27. Aulario 1, Aula 15 .....................................................................................59 Ilustración 28. Diagrama Aulario 1, Aula 15 .....................................................................60 Ilustración 29. Pasillo planta alta, Vista frontal y lateral ....................................................60
xiii
Ilustración 30. Distribución de Lámparas en el pasillo planta alta del Aulario 1 ................61 Ilustración 31. Maqueta Aulario1, planta alta ...................................................................70 Ilustración 32. Arquitectura del Módulo Electrónico ..........................................................70 Ilustración 33. Microcontrolador PIC16F628A ..................................................................72 Ilustración 34. Diagrama de Pines Microcontrolador PIC16F628A ...................................72 Ilustración 35. Diagrama de pines Max-2332 ...................................................................75 Ilustración 36. Esquema del funcionamiento del Opto-acoplador (MOC3020) y Triac (TIC226D) ........................................................................................................................76 Ilustración 37. Esquema de la Fuente de alimentación del circuito electrónico ...............76 Ilustración 38. Diagrama principal de instrucciones PIC16F628A ....................................78 Ilustración 39. Subrutina "Recibe entradas" PIC ..............................................................79 Ilustración 40. Subrutina "Status" del PIC ........................................................................79 Ilustración 41. Subrutina "Ejecutar comando" del PIC ......................................................80 Ilustración 42 Diagrama de las etapas de desarrollo de software para un PIC .................81 Ilustración 43. Diagrama del Proceso de grabación del PIC.............................................91 Ilustración 44. Hardware programador para PIC, PICKIT USB 2.0..................................91 Ilustración 45. Circuito de prueba.....................................................................................94 Ilustración 46. Diagrama del circuito de control electrónico ..............................................95 Ilustración 47. Circuito impreso de control .......................................................................96 Ilustración 48. Diagrama de proceso para el módulo administración de usuarios ............97 Ilustración 49. Diagrama de procesos módulo de control .................................................98 Ilustración 50. Diseño conceptual y técnico .....................................................................99 Ilustración 51. Diseño Relacional ...................................................................................104 Ilustración 52. Interfaz Inicio de Sesión ..........................................................................105 Ilustración 53. Interfaz menú de opciones tipo MDI ........................................................106 Ilustración 54. Interfaz de control de luminarias ............................................................106 Ilustración 55. Estructura de conexión externa...............................................................107 Ilustración 56. Estructura de conexión externa...............................................................107 Ilustración 57. Circuito Electrónico. ................................................................................111 Ilustración 58. Maqueta. .................................................................................................111
xiv
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Descripción de los pines serial RS-232 ..............................................................41 Tabla 2. Sensores de Presencia. .....................................................................................52 Tabla 3. Cuadro comparativo de microcontroladores .......................................................53 Tabla 4. Pesos para la ponderación.................................................................................54 Tabla 5. Calificación de microcontroladores .....................................................................54 Tabla 6. Matriz de puntos ................................................................................................55 Tabla 7. Configuración de los pines PIC16F628A ............................................................74 Tabla 8. Descripción del diseño de la tabla tbl_usuarios. ..............................................100 Tabla 9. Descripción del diseño de la tabla tbl_perfiles. .................................................100 Tabla 10. Descripción del diseño de la tabla tbl_per_usuario.........................................101 Tabla 11. Descripción del diseño de la tabla tbl_per_opsistema ....................................101 Tabla 12. Descripción del diseño de la tabla tbl_opcion_sistema. ..................................101 Tabla 13. Descripción del diseño de la tabla tbl_no_breakers........................................101 Tabla 14. Descripción del diseño de la tabla tbl_breaker ...............................................102 Tabla 15. Descripción del diseño de la tabla tbl_edificio ................................................102 Tabla 16. Descripción del diseño de la tabla tbl_eventos ...............................................102 Tabla 17. Descripción del diseño de la tabla tbl_horario ................................................103 Tabla 18. Descripción del diseño de la tabla tbl_periodo ...............................................103 Tabla 19. Columnas de la tabla tbl_sensor ....................................................................103
ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN La PUCE SD, actualmente no cuenta con un sistema de control automatizado de luminarias en sus edificios administrativos, como en los destinados para los estudiantes, dentro de los cuales están sus aulas de proyección sin embargo las luminarias exteriores que se encuentran en los jardines del campus universitario si cuentan con un control automatizado electrónico en los que se puede programar las horas de encendido y apagado según los días. El proceso de control de luminarias en los diferentes edificios lo realizan los señores oficiales de seguridad, los cuales son responsables de encender y apagar las luminarias de las diferentes oficinas, pero especialmente en los edificios de las aulas de proyección de la PUCE SD. En ciertas ocasiones son los mismos estudiantes quienes realizan la tarea de encender o apagar las luminarias. Este procedimiento lo realiza día a día el guardia de turno de forma manual de acuerdo con los horarios de clases y después de la jornada nocturna, sin embargo hay aulas que no se están utilizando cuyas luminarias permanecen encendidas hasta que termine la jornada nocturna. El control actual a veces no se lo realiza de forma eficaz ya que pueden quedar luminarias prendidas incluso hasta la siguiente noche, esto implica un gasto elevado de energía eléctrica Cabe destacar además, que el control actual no se ajusta a la tendencia actual del ahorro energético y cuidado del medio ambiente. Es por ello que es necesario realizar un sistema de control para automatizar y controlar el tiempo en que las luminarias deben ser encendidas y apagadas dentro de los horarios de clase establecidos en sus aulas y salas de proyección, detectar automáticamente qué luminarias deben encenderse o apagarse al detectar o no la presencia de personas, además contar con reportes que presenten un informe de cuáles son las luminarias que han permanecido encendidas con su respectiva fecha y hora. Para desarrollar e implementar el prototipo del control automatizado de luminarias en el Aulario 1 de la PUCE SD, se ha escogido el aula 15 y el pasillo planta alta del edificio denominado Aulario 1.
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El diseño y desarrollo del prototipo del control automatizado se lo realizará de acuerdo a los requerimientos y/o necesidades que tenga la PUCE SD; utilizando todas las herramientas necesarias tanto en hardware y software; El hardware básicamente constará de una placa integrada por un microcontrolador, sensores, opto-acopladores, triacs, y demás dispositivos electrónicos; el software permitirá la seguridad en el acceso al sistema para personas no autorizadas, también permitirá el registro y consulta de datos por medio de una base de datos estable y de software libre. El hardware y software estarán intercomunicados (conectados) por medio del puerto serial RS-232. Ilustración 1. Esquema del proceso de control de luminarias
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Los beneficios esperados a través de la realización de este proyecto es: permitir el ahorro de energía a través del control automatizado de las luminarias, el servicio que se preste a los estudiantes será de calidad, de esta manera se realzará la imagen de la PUCE SD al contar con un control de este tipo. Por lo antes mencionado los beneficiarios directos con este proyecto serán los estudiantes, docentes, el área financiera y el área de Recursos Físicos de la PUCE SD. Los estudiantes y docentes se verán beneficiados con este control debido a que se aumentaría el confort puesto que no tendrán que preocuparse de encender o apagar las luminarias. El área financiera se beneficiaría reduciendo los gastos de energía eléctrica al implementar un control de esta naturaleza. También se beneficiará el área de Recursos Físicos al no tener que ocupar el recurso humano asignado para realizar ésta tarea.
OBJETIVO GENERAL Diseñar, desarrollar e implementar un prototipo del control automatizado de luminarias en la
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PUCE SD (pasillo y aula 15 de la planta alta), por medio de un microcontrolador y un PC.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Diseñar y construir un dispositivo electrónico con un microcontrolador que por medio de un circuito de control pueda encender y apagar las luminarias. Realizar un software con interfaz gráfica que permita operar el circuito electrónico y controlar el encendido y apagado de las luminarias a nivel de breaker. Enlazar el software con una base de datos de software libre, la misma que almacenará los horarios de encendido y apagado de las luminarias y registrará cada uno de los eventos producidos sobre las luminarias. Presentar reportes del control realizado sobre las luminarias.
MARCO INSTITUCIONAL El control automatizado de luminarias forma parte de la domótica que se lo está utilizando cada vez más en nuevas y antiguas construcciones ya sea de vivienda o edificios (inmótica), a nivel internacional y en un pequeño porcentaje a nivel nacional. En Latinoamérica, en la ciudad de México la Universidad Nacional de México (UNAM), Implementó un alumbrado público inteligente en el campus universitario. A nivel nacional en la Universidad particular de Loja, se realizó un proyecto denominado “Análisis de tecnologías disponibles para el control lumínico eficiente”, y se han realizado diversos proyectos domóticos en algunas instituciones de educación superior como lo son la ESPOL, ESPOCH en sus respectivas facultades. En nuestra ciudad no hay este tipo de controles automatizados de luminarias en las viviendas o edificios, por lo que será el primer proyecto en que se realizará un control de este tipo. El proyecto será realizado en Ecuador en la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas en la ciudad de Santo Domingo en la Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Santo Domingo.
PROCESO Las personas responsables de este proyecto son: las Sras. Myriam Alexandra Delgado Arrobo y Margoth Elisa Guaraca Moyota que con la ayuda del Director de Tesis se desarrollaron todas las etapas con las que cuenta el proyecto.
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Primero se realizó una entrevista a la Directora de Recursos Físicos y al encargado del mantenimiento del Aulario 1 para determinar los requerimientos del sistema. También se analizó directamente el tipo de instalación eléctrica e iluminación del Aulario 1, además se revisó el plano eléctrico. Luego se realizó una amplia investigación del tema, para lo cual se utilizó el internet y libros electrónicos sobre el tema con el fin de poder determinar los alcances y limitaciones del proyecto y así poder cumplir con los requerimientos del sistema. También se realizó una investigación sobre el software de programación propietario que dispone la universidad y que alternativas estables existen en software libre para desarrollar el software de aplicación que controlará las luminarias. Para el circuito electrónico se analizó cual será el microcontrolador más apropiado para desarrollar el prototipo del proyecto. Para poder encaminar el proyecto se realizaron constantes reuniones con nuestro director de tesis, con lo que se determinó que el desarrollo del software de aplicación para el control automatizado se lo realizaría bajo la herramienta Visual Basic .Net 2008 ya que la universidad tiene licencia, y se utilizaría la base de datos MySQL por ser de software libre. Después se realizó el diseño de la base de datos, con sus respectivas tablas y sus relaciones, luego se presentó el diseño a un experto en la materia para que puedan hacer observaciones y recomendaciones, de esta manera se pudo obtener un buen diseño para que su funcionamiento a futuro sea apropiado. Posteriormente se diseñó la interfaz gráfica con la que el usuario podrá interactuar y controlar las luminarias, a continuación se realizó la conexión a la base de datos por lo que fue necesario instalar la herramienta MySQL Connector / Net que permite realizar la conexión con la base de datos MySQL. Posteriormente se programaron los diversos módulos de seguridad y de control, paralelamente se realizaron diseños del circuito de control, la programación del microcontrolador en lenguaje ensamblador; esto se pudo realizar con la guía de un técnico electrónico. Luego se programó la comunicación con el puerto serial RS232, para que el software se pueda comunicar con el circuito electrónico. Finalmente se realizaron pruebas del sistema integrado con la parte del software y la del control electrónico.
19
Despu茅s de probado el funcionamiento del prototipo de control automatizado de luminarias en una maqueta, queda a consideraci贸n de las autoridades de la Universidad su implementaci贸n.
I 1. MARCO TEÓRICO 1.1.
INTRODUCCIÓN A lo largo de la historia han sido numerosos los avances tecnológicos con el propósito de mejorar la calidad de vida de las personas, desde la electricidad, el televisor y ahora las computadoras. Así nació el control y la automatización que han sido fundamentales para el desarrollo productivo y económico de las naciones. Los diseños automáticos para plantas industriales pudieron ser aplicados en viviendas y edificios, iniciándose una etapa en la que se fueron automatizando, de manera autónoma distintos servicios y sistemas en los edificios. A mediados del siglo XX
empezaron a desarrollar e implantar sistemas
automáticos de control en edificios y en viviendas, logrando el dominio de instalaciones como la iluminación, calefacción, aire acondicionado, telefonía. En 1984 el primer país en impulsar y favorecer el desarrollo de la domótica fue Estados Unidos con el proyecto denominado “Smart House” dirigido por la NAHB (National Association of Home Builders). El proyecto pretendía reunir en un cable unificado a los distintos sistemas que pueden existir en una vivienda. En Europa, el surgimiento de la domótica data del año 1985 a cargo del programa EUREKA (una estrategia europea adoptada para reforzar su capacidad industrial frente a las otras grandes potencias), además integraba el subproyecto específico denominado IHS (Integrated Home Systems), tenía como objetivo implantar una red doméstica con normas de utilización comunes y desarrollar productos compatibles con esta red. En 1987 la Asociación de Industrias Electrónicas de Japón (EIAJ) presentó un proyecto, el cual se trataba de una normativa de bus doméstico, denominada HBS (Home Bus System) con la participación de distintos fabricantes. Luego
de
una
época
de
transición,
la
domótica
ha
evolucionado
21
considerablemente gracias a los distintos proyectos realizados, producto de los cuales han surgido en el mercado nuevos estándares domóticos tales como: CEBus (Consumer Electronic Bus), X10 (Protocolo de comunicación para el control de dispositivos eléctricos), EIB (European Installation Bus),
Lonwork
(Local Operating Network), ZigBee (Conjunto de protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica), etc. Al mismo tiempo, debido a la disponibilidad y flexibilidad del microprocesador y a la drástica caída de los precios del hardware electrónico, es posible construir sensores y actuadores con inteligencia suficiente como para implementar una red de área local de control distribuido. La automatización de la iluminación ha crecido ampliamente gracias a los avances de la domótica. La aplicación de la tecnología a los sistemas de iluminación ha permitido que en la actualidad existan una gran cantidad de alternativas luminotécnicas a la hora de realizar cualquier tipo de aplicación, con el control automatizado de iluminación se busca el ahorro energético
1.1.1.
Definición de Domótica La domótica consiste en un conjunto de sistemas capaces de controlar y automatizar una vivienda. En la actualidad la domótica va de la mano con la informática y las nuevas tecnologías de la información y la comunicación, tiene como finalidad aumentar: La seguridad El ahorro energético El confort La comunicación
1.1.2.
Aplicaciones domóticas Un sistema domótico se compone básicamente de tres controles domóticos que deben ir encaminados al mejoramiento del confort y ahorro energético: Sistema de control automático de iluminación Sistema de control automático de climatización Sistema de control automático de seguridad
22
1.2.
SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DE ILUMINACIÓN En la actualidad la Iluminación artificial es imprescindible porque tiene un rol fundamental en el desarrollo de las diferentes actividades sociales, comerciales, educativas e industriales. Las finalidades de automatizar el control de iluminación son el confort y el ahorro energético, puesto que pueden ser regulados en función del estado de ocupación de las áreas controladas en función de horarios de clase y que todos estos parámetros puedan monitorearse y controlarse desde de un computador. Proveen
de
un
control
tal
que
evita
que
haya
áreas
iluminadas
innecesariamente. Las funciones básicas de un sistema de control automático de iluminación son: a) Encendido b) Apagado c) Atenuación (control del flujo luminoso)
1.3.
COMPONENTES DEL CONTROL AUTOMÁTICO DE ILUMINACIÓN Para el proyecto se requiere que el sistema de iluminación esté formado principalmente por: Lámparas de iluminación Sensores infrarrojos Circuito de control: o
Microcontrolador
o
Opto-acopladores y Triacs
o
Computador (software)
Protocolo de Comunicación: o
El Serial RS-232, por su utilidad en el control que se va a implementar y por facilidad en el manejo y comunicación con el puerto.
23
1.4.
LÁMPARAS Básicamente una lámpara es un convertidor de energía, transforma energía eléctrica en radiación electromagnética visible. Existen varios tipos de lámparas se describen las principales:
1.4.1.
Lámparas incandescentes Una lámpara incandescente consiste en un filamento de material de elevada temperatura de fusión dentro de una lámpara de vidrio, en cuyo interior se ha formado de vació, o bien se llena de un gas inerte. Su principio de funcionamiento es simple, se pasa corriente eléctrica por un filamento hasta que alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles para el ojo humano.
1.4.2.
Lámparas de descarga Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias características luminosas.1 Los principales tipos lámparas de descarga son: Lámparas halógenas Lámparas de descarga de alta intensidad Lámparas de sodio de alta presión Lámparas de vapor de mercurio Lámparas fluorescentes
1.4.3.
Lámparas fluorescentes Las lámparas fluorescentes son lámparas de descarga de vapor de mercurio a
1
García Fernández, Javier, Lámparas de descarga. Conceptos, http://edison.upc.edu/curs/llum/lamparas/ldesc1.html. 25/08/2009, página 1.
24
baja presión. La descarga genera radiación ultravioleta que es convertida como luz visible. Para que estas radiaciones sean visibles se recubre las partes interiores del tubo con polvos fluorescentes. Actualmente las lámparas están compuestas por dos tipos de polvos; los que producen un espectro continuo y los trifósforos que emiten un espectro de tres bandas con los colores primarios (rojo, amarillo y azul). De esta combinación de colores se obtiene la luz blanca. Los sistemas de iluminación Fluorescentes gozan de una gran popularidad debido a su gran eficiencia de lumen por watt (hasta 100 lumens por watt) frente a la que se puede obtener en las lámparas incandescentes tradicionales. Para encender efectivamente la lámpara fluorescente y regular su operación cada una de estas requiere un balastro. Ilustración 2. Lámpara fluorescente tubular
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.4.4.
Lámparas fluorescentes compactas Las lámparas fluorescentes compactas brindan un alto rendimiento de la luz en tamaños mucho más pequeños que las lámparas fluorescentes convencionales, debido a sus diámetros más pequeños y sus configuraciones plegadas, ofrecen ahorro (hasta el 70%) de energía y repuestos de vida más larga que los focos incandescentes. Además estas lámparas llevan incorporado el balastro y el cebador, tienen un casquillo de rosca o bayoneta para sustituir directamente a las lámparas incandescentes. Ilustración 3. Lámpara Fluorescente Compacta
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
25
1.5.
LOS BALASTROS Conocido también como balasto, es un circuito limitador de corriente, que se encarga de controlar el flujo de la corriente a través de la lámpara, si no existiera este control la lámpara puede dañarse a causa de una corriente muy elevada. A lo largo de los años se han venido utilizando los balastros electromagnéticos, pero actualmente los balastros han tenido un importante desarrollo tecnológico, los que brindan un mejor rendimiento y ahorro eléctrico son los balastros electrónicos.
1.5.1.
Balastro electromagnético También Consiste básicamente de un núcleo de láminas de acero rodeadas por 2 bobinas de cobre o aluminio, este arreglo transforma potencia eléctrica en una forma apropiada para arrancar y regular la corriente en la lámpara fluorescente. El tercer componente principal de la mayoría de balastros electromagnéticos es el capacitor, el mismo que optimiza el factor de potencia, de tal forma que puede utilizar la energía de manera más eficiente. Los balastros electromagnéticos que están equipados con el capacitor son considerados balastros de alto factor de potencia. Ilustración 4. Balastro electromagnético
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.5.2.
Balastro electrónico El balastro electrónico está basado en una tecnología enteramente diferente a la del balastro electromagnético. Enciende y regula las lámparas en altas frecuencias generalmente mayores a 20 Khz, usando componentes electrónicos en vez del tradicional transformador. Las ventajas que presentan los balastros
26
electrónicos frente a los electromagnéticos tradicionales son: La eliminación del parpadeo de la lámpara en el encendido, el ruido audible, la habilidad para ajustar la salida de la luz de la lámpara a casi cualquier nivel cuando es usado con un control de intensidad luminosa. Por otro lado en relación con los balastros electromagnéticos presentan las siguientes desventajas. Sus dimensiones son mayores, lo que puede dificultar la sustitución directa y requerir, por tanto, un aparato de iluminación (lámparas). Su precio es elevado, aproximadamente desde los $40 - $100 dólares americanos, según los modelos. Ilustración 5. Balastro electrónico
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.6.
LUMINARIAS Una luminaria representa un completo sistema de iluminación. Una luminaria consiste de un cuerpo o caja, portalámparas, lámparas, en ocasiones un balasto o un transformador y el sistema óptico: compuesto por el reflector, y según el caso espejos, louvers o difusores para controlar el deslumbramiento. Ilustración 6. Tipo de luminarias ubicadas en aula 15
Fuente: Luminarias aula 15 PUCESD Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
27
1.6.1.
Clasificación de las luminarias Luminarias directas, donde toda la luz es dirigida hacia abajo. Luminarias semi-directas, donde la mayoría de la luz es dirigida hacia abajo. Luminarias general difusas, donde la luz se distribuye en todas las direcciones. Luminarias directa-indirectas, donde la luz es distribuida en el mismo porcentaje tanto hacia arriba como hacia abajo. Luminarias semi-indirectas, donde la mayoría de la luz es dirigida hacia arriba. Luminarias indirectas, donde toda la luz es dirigida hacia arriba.
Ilustración 7. Clasificación de luminarias según la distribución de la luz
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.6.2.
Las luminarias para interiores Básicamente, las luminarias para interiores se pueden clasificar en tres grupos:
2
1.
Luminarias para lámparas incandescentes
2.
Luminarias para lámparas fluorescentes
3.
Luminarias para pequeñas lámparas a descarga2
Loy D., Myriam. Las luminarias: conceptos de calidad. https://www.ucursos.cl/fau/2008/2/AE606/4/material_docente/bajar?id_material=3230. 05/09/2010, paginas 2, 3, 9, 15.
28
1.7.
SENSORES Los sensores son utilizados en los sistemas de control automatizado de iluminación para evaluar las condiciones de los ambientes los cuales pueden ser: presencia o ausencia de ocupantes, cantidad de luz natural, entre otras cosas. Los tipos de sensor más conocidos son: sensor de presencia, sensor fotoeléctrico, sensor horario (temporizador)
1.7.1.
Sensor de presencia Detecta la presencia de personas en los ambientes a controlar y realiza el control ya sea de encendido o apagado. Están basados principalmente en dos tipos de tecnología:
Sensores infrarrojos: Son detectores (PIR, pasivo infrarrojo), reaccionan solo ante determinadas fuentes de energía tales como la del cuerpo humano, captando la diferencia de temperatura del cuerpo en movimiento y el ambiente. Ilustración 8. Sensor infrarrojo
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Sensor ultrasónico: Este tipo de sensores es utilizado para detectar el movimiento, utilizan el principio de Doppler. Este sensor no es muy recomendable porque este tipo de cobertura puede detectar movimiento a través de puertas y ventanas, por lo que es necesario darle una ubicación adecuada.
1.8.
MICROCONTROLADORES El microcontrolador es un circuito integrado programable que tiene todos los componentes del computador digital: Unidad Central de Procesamiento (CPU),
29
memoria para almacenar el programa, una memoria para almacenar datos y puertos de entrada/salida, capaz de ejecutar las instrucciones grabadas en su memoria. Pero a diferencia de un computador tiene todo integrado en un solo chip. Ilustración 9. Arquitectura del Microcontrolador
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Los microcontroladores son ampliamente usados como el cerebro de sistemas complejos
como:
controles
domóticos,
aplicaciones
industriales
de
automatización y robótica, en fin los encontramos en casi todos los dispositivos electrónicos domésticos como lavadoras, microondas, televisores, autos, etc. El tipo de funcionamiento de los microcontroladores está determinado por la forma en que han sido programados, dependiendo del área en que vayan a ser utilizado y del programa almacenado en su memoria esto quiere decir que van a gobernar una aplicación determinada.
1.8.1.
Diferencia entre microprocesador y microcontrolador La diferencia básica entre un microcontrolador y un microprocesador es que el microprocesador es un sistema abierto y de propósito general con el que puede construirse un computador con las características que desee, acoplándole los módulos necesarios y un microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un microcomputador completo, de propósito más específico y de prestaciones limitadas que no se pueden modificar.
1.8.2.
Arquitectura del microcontrolador Inicialmente todos los microcontroladores adoptaron la arquitectura de Von
30
Neumann: Esta arquitectura se caracteriza por tener una sola memoria principal para almacenar tanto datos como instrucciones de forma indistinta. A este tipo de memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control). Ilustración 10. Arquitectura de Von Neumann
MEMORIA
CPU INSTRUCCIONES Y DATOS
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Pero en la actualidad los microcontroladores son diseñados con la arquitectura Harvard: Esta arquitectura dispone de dos memorias que son independientes, una contiene solo instrucciones y la otra contiene solo datos. Los dos tipos de memoria disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) de forma simultánea en las dos memorias.
Ilustración 11. Arquitectura de Harvard
MEMORIA DE INSTRUCCIONES
CPU
MEMORIA DE DATOS
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.8.3.
Componentes de un microcontrolador Los componentes que normalmente encontramos en un microcontrolador son los siguientes: Unidad Central de Procesamiento (CPU): Es el encargado de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción. Existen
31
desde 8 bits, 32 y hasta de 64 bits, además hay tres tipos de arquitectura y funcionalidad. o CISC
(Computadores
de
juego
de
instrucciones
complejo):
Estos
procesadores disponen de más de 80 Instrucciones máquina en su repertorio, requieren muchos ciclos para su ejecución y las instrucciones son muy sofisticadas y potentes. o RISC (Computadores de juego de instrucciones reducido): Los modernos microcontroladores tienen esta arquitectura, porque su repertorio de instrucciones máquina es reducido y simple, la mayoría de sus instrucciones se ejecutan en un ciclo. o SISC (Computadores de juego de instrucciones específico): Esta arquitectura se usa en microcontroladores de aplicaciones muy concretas. Memoria: En los microcontroladores la memoria ya está integrada en el mismo chip. Conformada por dos partes que son independientes: o Memoria de programa: Es una memoria no volátil que contiene el conjunto de instrucciones (programa) que gobierna la aplicación. Puede ser una memoria ROM (Read only memory), EPROM (Erasable programmable readonly memory), EEPROM (Electrically erasable programmable read-only memory) O FLASH, que va desde un 1kilibyte a varios megabytes.
o Memoria de datos: Es una memoria RAM (Ramdom access memory) que contiene las variables y los datos. Que típicamente puede ser de 1, 2, 4, 8, 16, 32 kilobytes. Generador del reloj: es un cristal de cuarzo de frecuencias que genera una señal oscilatoria de entre 1 a 40 MHz, o pueden ser resonadores o circuitos RC. Puertos de Entrada/Salida digitales: Todos los microcontroladores destinan algunos de sus pines a soportar líneas de E/S digitales que comunican el computador interno con los periféricos exteriores. Puertos de comunicación: Algunos modelos de microprocesadores disponen de recursos que permiten comunicarse directamente con otros dispositivos externos tales como: buses de microprocesadores,
buses de sistemas los
mismos que pueden comunicar con otros elementos bajo las correspondientes
32
normas y protocolos. Estos puertos pueden ser paralelos, seriales (UARTs, adaptador
de
comunicación
serie
Asíncrona;
USART,
adaptador
de
comunicación serie síncrona y asíncrona), I2C (Interfaz serie de dos hilos desarrollado por Philips), USB (Universal Serial Bus) que es un moderno bus serie para PC, CAN (Controler Area Network) que permite la adaptación con redes.
1.9.
TIRISTORES El tiristor es un semiconductor sólido de silicio formado por cuatro capas (pnpn) alternativamente, dispuestas como se observa en la Ilustración 12. Actúan como circuitos abiertos capaces de soportar cierto rango de voltaje hasta que se disparan. Una vez disparados, pasan a ser trayectorias de corriente de baja resistencia y permanecen así, aún después de haber quitado la señal de disparo, hasta que se reduzca la corriente a cierto nivel o hasta que se los desactive, dependiendo del tipo de dispositivo. Existen dispositivos tiristores unidireccionales y bidireccionales.
Ilustración 12. Estructura de un tiristor (SCR)
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Entre las principales ventajas de los tiristores tenemos innecesidad de precalentamiento, volumen reducido, fuerte resistencia a los choques y aceleraciones, posibilidad de trabajo en todaslas posiciones, insensibilidad a la sobrecarga, fiabilidad, vida media muy larga, velocidad elevada de conmutacion, caida de tensión directa muy baja y poca dependencia de la corriente. Todo esto explica el hecho de que el tiristor haya conquistado o esté en vias de hacerlo, nuevos y vastos dominios tales como la alimantación, la televisión en color, la opto electrónica, la lógica industrial, la regulación, automatismos,
33
telefonía, entre otros.
1.9.1.
La familia de los tiristores Los semiconductores conocidos como tiristores incluyen: Transistor unijuntura (UJT), transistor unijuntura programable (PUT) el diodo shockey, el rectificador controlado de silicio (SCR), El interrruptor controlado de silicio (SCS), el Diac y el Triac, tiristores bloqueables (GTO), conmutador unilateral de silicio (SUS) y otros.
1.9.2.
El TRIAC Es un dispositivo de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio hacia una carga. Un Triac difiere de un SCR en que al encenderse, puede conducir en cualquier dirección. El símbolo y el esquema lo muestra la ilustración 13. Cuando el triac es apagado, no puede fluir corriente entre los terminales principales, sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado. El triac por lo tanto actúa como interruptor abierto. De forma coloquial podría decirse que el Triac es un switch que puede conmutar la corriente alterna a la carga. Ilustración 13. Símbolo y esquema de un Triac
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Cuando el triac se enciende, hay una trayectoria de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo de la dirección del flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es mas positivo en MT2, la corriente fluye de de MT2 a MT1, cuando el voltaje es más positivo en MT1, la corriente fluye de MT1 a MT2. En ambos casos, el triac se comporta como un interruptor cerrado. Como se observa en la ilustración 13, un triac es colocado en serie con la carga al igual que un SCR.
34
Los triacs tienen la misma ventaja que los SCR y los transistores, sobre interruptores mecánicos. No tienen rebotes de contacto, no existen arcos entre contactos paracialmente abiertos y operan con mucha mayor rapidez que los interruptores mecánicos,
proporcionando por tanto control de corriente mas
preciso. Ilustración 14. Triac
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.9.3.
El fotodetector triac o FOTOTRIAC. El fototriac es un detector óptico en el que la condición de condución o de no conducción está determinada por la luz a la que se exponen sus junturas (NPN o PNP). Para disparar un triac se inyecta una corriente en la compuerta, lo que produce su saturación, la exposición del elemento a la luz puede equivaler a una corriente en la compuerta, en efecto, la iluminación crea pares electrón-hueco que separa el campo electrico a nivel de la unión y los inyecta en la compuerta del elemento considerado, en forma de portadores mayoritarios, creando así la corriente para el disparo.3
1.10.
OPTOACOPLADOR
1.10.1.
Definición Un opto-acoplador combina un dispositivo semiconductor formado por un fotoemisor, un fotoreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP.
3
Repositorio EPN. _. http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/2425/1/CD-0108.pdf. 28/11/2010, paginas 18-20.
35
Ilustración 15. Opto-acoplador
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.10.2.
Funcionamiento del opto-acoplador La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran ventaja de un opto-acoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida. Ilustración 16. Encapsulado y símbolo del opto-acoplador
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser tiristores o transistores. Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite un haz de rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guía-ondas de plástico o cristal hacia el fotoreceptor. La energía luminosa que incide sobre el fotoreceptor hace que este genere una tensión eléctrica a su salida (corriente alterna). Este responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión.
36
1.10.3.
Tipos de opto-acopladores
Fototransistor: se compone de un opto-acoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT. Ilustración 17. Fototransistor
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Fototriac: se compone de un opto-acoplador con una etapa de salida formada por un triac.
Ilustración 18. Opto-acoplador LED-Triac
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Fototriac de paso por cero: Opto-acoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la corriente alterna.4
Ilustración 19. Fototriac de paso por cero
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
4
Mazziota, Facundo M. Electrónica y control I. http://electroraggio.com/fs_files/user_img/TALLERfm.pdf. 29/11/2010, paginas 15,16.
37
1.11.
COMUNICACIÓN SERIAL Hoy en día se tienen muchos tipos de comunicación serial, el RS-232 que ha sido y sigue siendo utilizado para aplicaciones electrónicas e industriales, el USB (Universal Serial Bus), el RS-232, el SATA (Serial Advanced Technology Attachment), entre otros. Para este proyecto se ha escogido la comunicación serial RS-232. El puerto serial envía y recibe bytes de información, un bit a la vez, aunque esto es más lento que la comunicación paralela la cual permite la transmisión entera de bytes de una sola vez. Es más sencillo y lo más importante se puede utilizarlo en mayores distancias. Los equipos de comunicación serie se pueden dividir entre: simplex, half-duplex y full-duplex. Una comunicación serie simplex envía información en una sola dirección (ejemplo: una emisora de radio comercial). Half-duplex significa que los datos pueden ser enviados en ambas direcciones entre dos sistemas, pero en una sola dirección al mismo tiempo. En una transmisión full-duplex cada sistema puede enviar y recibir datos al mismo tiempo. Hay dos tipos de comunicaciones: síncronas o asíncronas. En una transmisión síncrona los datos son enviados en bloques, el transmisor y el receptor son sincronizados por uno o más caracteres especiales llamados Caracteres Sync. El puerto serie del PC es un dispositivo asíncrono. En una transmisión asíncrona, un bit identifica su bit de comienzo y 1 o 2 bits identifican su final, no es necesario ningún carácter de sincronismo. Los bits de datos son enviados al receptor después del bit de
parada. El bit de menos peso es transmitido
primero. Un caracter de datos suele consistir en 7 o 8 bits; dependiendo de la configuración de la transmisión, un bit de paridad es enviado después de cada bit de datos. Se utiliza para corregir errores en los caracteres de datos. Finalmente 1 o 2 bits de stop son enviados.
1.12.
LA NORMA RS-232 RS-232C, EIA RS-232 o RS-232 (Recommended Standard-232). Este estándar fue diseñado en los 60s para comunicar un equipo terminal de datos o DTE (Data Terminal Equipment, el PC en este caso) y un equipo de comunicación de datos o DCE (Data Communication Equipment, habitualmente un modem).
38
Ante la gran variedad de equipos, sistemas y protocolos que existen surgió la necesidad de un acuerdo que permitiera a los equipos de varios fabricantes comunicarse entre sí. La EIA (Electronics Industry Association) elaboró la norma RS-232, la cual define la interface mecánica, los pines, las señales y los protocolos que debe cumplir la comunicación serial. Todas las normas RS-232 cumplen con los siguientes niveles de voltaje: Un “1” lógico es un voltaje comprendido entre –5v y –15v en el transmisor y entre -3v y –25v en el receptor. Un “0” lógico es un voltaje comprendido entre +5v y +15 v en el trasmisor y entre +3v y +25 v en el receptor. El envío de niveles lógicos (bits) a través de cables o líneas de transmisión necesita la conversión a voltajes apropiados. En los microcontroladores para representar un 0 lógico se trabaja con voltajes inferiores a 0.8v, y para un 1 lógico con voltajes mayores a 2.0V. En general cuando se trabaja con familias TTL y CMOS se asume que un “0” lógico es igual a cero Volts y un “1” lógico es igual a cinco Volts. La importancia de conocer esta norma, radica en los niveles de voltaje que maneja el puerto serial del ordenador, ya que son diferentes a los que utilizan los microcontroladores y los demás circuitos integrados. Por lo tanto se necesita de una interface que haga posible la conversión de los niveles de voltaje a los estándares manejados por los CI TTL. Para mayor información en lo referente a la norma TIA/EIA-232, ver la Bibliografía5. Debido a que serial es asíncrono, el puerto puede transmitir datos en una línea mientras recibe datos en otra. Otras líneas están disponibles para el intercambio de pulsos de sincronización pero no son requeridas. Las características seriales importantes son: tasa de baudios, bits de datos, bits de paro, y paridad. Para que dos puertos se comuniquen, estos parámetros deben ser iguales.
1.12.1.
La tasa de baudios Es una unidad de medición para comunicación que indica el número de bits transferidos por segundo. Por ejemplo, 300 baudios son 300 bits por segundo.
5
López Pérez, Eric. Protocolo RS-232. Tutorial del Protocolo RS-232. 22/03/2010, página 3, 4.
39
Cuando los ingenieros se refieren a un ciclo de reloj, se refieren a la tasa en baudios, así que si el protocolo indica una razón en baudios de 4800, el reloj está ejecutándose a 4800 Hz. Esto quiere decir que el puerto serial está muestreando la línea de datos a 4800 Hz. Las tasas de baudios para líneas telefónicas son 14400, 28800, y 33600. Tasas de baudios mayores a estas son posibles, pero reducen la distancia disponible para la separación de dispositivos. Utilizan estas tasas de baudios para comunicación donde los dispositivos están localizados entre sí.
1.12.2.
Bits de datos Son mediciones de los bits de datos actuales en una transmisión (los bits de datos son el número de bits de una palabra). Cuando una computadora envía un paquete de información la cantidad de datos actuales puede ser que no complete 8 bits, los valores estándar para los paquetes de datos son de 5, 7, y 8 bits. El tipo de transmisión que elija dependerá de la información a transmitir, por ejemplo, el ASCII estándar tiene valores de 0 a 127 (7 bits). El ASCII extendido utiliza de 0 a 255 (8 bits), los datos que usted está transfiriendo se encuentran en texto simple (ASCII estándar), enviar 7 bits de datos por paquete, es suficiente para la comunicación. Un paquete se refiere a la transferencia de un sólo byte, incluyendo los bits de inicio/paro, bits de datos, y paridad. Debido a que el número de bits actuales depende del protocolo seleccionado, se puede utilizar el término “paquete” para cubrir todas las instancias.
1.12.3.
Los bits de parada Son utilizados para señalar el término de comunicaciones en un paquete sencillo. Los valores típicos son 1, 1.5 y 2 bits. Debido a que los datos se encuentran sincronizados a través de las líneas y cada dispositivo tiene su propio reloj, es posible que los dos dispositivos pierdan sincronización. Por lo tanto, los bits de parada no solamente indican el final de una transmisión, también le da un margen de error a las velocidades de reloj de la computadora. A medida que se utilizan más bits para bits de paro, mayor oportunidad para sincronizar los diferentes relojes, pero más lenta la razón de transferencia de datos.
40
1.12.4.
Paridad Es una forma de revisión de error simple utilizada en la comunicación serial. Existen cuatro tipos de paridad: pares, impares, marcados y espaciados. También puede utilizar los que excluyen de paridad. Para paridad impar y par, el puerto serial fija el bit de paridad (el último bit después de los bits de datos) a un valor que asegura que la transmisión tenga un número par o impar de bits lógicos. Por ejemplo, si el dato es 011, para paridad par, el bit de paridad es 0 para mantener el número par de bits altamente lógicos. Si la paridad es impar, el bit de paridad es 1, resultando en 3 bits altamente lógicos. La paridad marcada y espaciada no revisa específicamente los bits de datos, simplemente fija la paridad de los bits como alta para la paridad marcada o baja para la paridad espaciada. Esto permite que el dispositivo receptor conozca el estado de un bit para así determinar si el ruido está corrompiendo los datos o si los relojes del dispositivo de transmisión y recepción se encuentran fuera de sincronización.
1.12.5.
Conector DB-9 Ilustración 20. Conector DB-9 DCE a DCE
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
A continuación las funciones específica de cada pin en el cable serial RS-232, conector DCE:
41
Tabla 1. Descripción de los pines serial RS-232 PIN
NOMBRE
DESCRIPCIÓN
1 DCD
(Data Carrier Detect)
El modem pone esta señal a 1 cuando ha detectado el ordenador.
2 RxD
(Recepción de datos):
El modem transmite datos al PC. Rx
3 TxD
(Transmisión de datos):
El modem recibe datos desde el PC
4 DTR
(Data Terminal Ready):
El PC indica al modem que está encendido y listo para enviar datos.
5 GND
Tierra
Tierra
6 DSR
(Data Set Ready):
El modem indica al PC que está encendido y listo para transmitir o recibir datos
7 RTS
(Request To Send):
El PC pone esta señal a 1 cuando tiene un caracter listo para ser enviado, le indica al Modem que la UART no está lista para establecer comunicación.
8 CTS
(Clear to Send):
El modem está preparado para transmitir datos. El ordenador empezara a enviar datos al modem.
9 RI
(Ring Indicator):
Se activa cuando el Modem detecta una señal de ring desde el PSTN.
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.12.6.
Intercambio de pulsos de sincronización Este método de comunicación RS-232 permite una conexión sencilla de tres líneas Tx, Rx, y tierra. Sin embargo, para que los datos sean transmitidos, ambos lados deben presentar los datos de forma sincronizada a la misma tasa de baudios; aunque este método es suficiente para algunas aplicaciones se limita para resolver problemas como receptores sobrecargados. Aquí es donde los seriales tipo intercambio de pulsos de sincronización (handshake) pueden ayudar. Tres formas de intercambio de pulsos de sincronización son las más populares con RS-232: intercambio de pulsos de sincronización por software, intercambio de pulsos de sincronización por hardware y Xmodem.
1.13.
LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN Un lenguaje de programación es un conjunto de símbolos, reglas sintácticas, semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y
42
expresiones, es utilizado para controlar el comportamiento físico y lógico de una máquina.6 Un lenguaje de programación permite especificar de manera precisa sobre qué datos debe operar una
computadora, cómo estos datos deben ser
almacenados o transmitidos y qué acciones debe tomar bajo una variada gama de circunstancias. La computadora no entiende nuestras instrucciones, para ello debe usarse un lenguaje específico conocido como código máquina, el cual consiste en el sistema de numeración binaria (0 y 1). Pero en vista de que el código máquina era excesivamente complicado los primeros programadores realizaron un traductor para reemplazar los 0 y 1 por palabras de abstracción y letras, pero en el idioma Inglés que se lo conoce cómo lenguaje assembly. Posteriormente fue imperiosa la necesidad de programar en lenguajes más “amigables” por lo que aparecieron diferentes lenguajes de programación porque tienen una estructura sintáctica similar al lenguaje humano, éstos son denominados lenguajes de alto nivel.
1.13.1.
Lenguaje de bajo nivel Un lenguaje de bajo nivel es el que proporciona poca o ninguna abstracción del microprocesador de un ordenador. Consecuentemente, es fácilmente trasladado a lenguaje de máquina. En este tipo de lenguajes se trabaja a nivel de instrucciones, es decir, su programación es al más fino detalle, además, está completamente orientado a la máquina. Ventajas o
Mayor adaptación al equipo.
o
Posibilidad de obtener la máxima velocidad con mínimo uso de memoria.
6
_. Lenguajes de programación. http://frt.utn.edu.ar/sistemas/paradigmas/lenguajes.htm. 23/04/20210. Página 1.
43
Desventajas o
Imposibilidad de escribir código independiente de la máquina.
o
Mayor dificultad en la programación y en la comprensión de los programas.
1.13.2.
o
El programador debe conocer más de un centenar de instrucciones.
o
Es necesario conocer en detalle la arquitectura de la máquina.
Lenguaje assembly (lenguaje "ensamblador" ) Es un tipo de lenguaje de bajo nivel utilizado para escribir programas, y constituye la representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura de computadoras legible por un programador. Hoy en día solo se lo usa en niveles académicos, investigación o para manipular directamente el hardware, puesto que han sido reemplazados por los poderosos lenguajes de alto nivel Aunque a veces suele llamárselo con el nombre “ensamblador”, en realidad es un
programa que realiza la interpretación del código assembly y genera el
código de máquina deseado. En la actualidad existen muchos dispositivos programables (como los microcontroladores) que aun cuentan con el lenguaje assembly como la única manera de ser manipulados. Sin embargo
existen otros que si pueden ser
programados en un lenguaje de alto nivel pero demandan mayor uso de memoria.
1.13.3.
Lenguaje de alto nivel Un lenguaje de alto nivel se caracteriza porque sus instrucciones son sencillas apropiadas a la capacidad cognitiva humana, en lugar de la capacidad ejecutora de las máquinas. Para utilizar este tipo de lenguajes se necesita de ciertos conocimientos de programación,
Entre los Principales tenemos: C++, C#, PHYTON, BASIC,
JAVA, entre otros.
44
1.14.
CONTROL AUTOMATIZADO Es la acción que garantiza que las cosas ocurran de acuerdo con lo planificado, es la
ejecución de las acciones necesarias
específica
para llevar a cabo una tarea
pero de una forma automática, teniendo como resultado ciertas
características fundamentales que se distinguen de un control normal, por ejemplo, rapidez y confiabilidad; además no necesitan obligatoriamente de un recurso humano para su funcionamiento. La automatización de un problema para que pueda ser desarrollado por un sistema informático, se muestra en el siguiente esquema: Ilustración 21. Esquema de la automatización de un problema
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
1.15.
SISTEMA INFORMÁTICO El término sistema informático se utiliza para nombrar al conjunto de elementos que hace posible el tratamiento automatizado de información; aún más, en sentido restringido se usa para denominar a un ordenador personal junto al software que éste ejecuta.7 El Hardware es el elemento físico de un sistema, es decir todos los materiales que lo componen, como la propia computadora, los dispositivos externos, los cables, los soportes de información y en definitiva todos aquellos elementos que tienen entidad física. El Software es la parte lógica que dota al equipo físico de capacidad para realizar cualquier tipo de trabajos, tiene su origen en ideas y procesos desarrollados por el elemento humano, plasmadas sobre un soporte determinado del hardware y bajo cuya dirección trabaja siempre la computadora.
7
CSI·F Sevilla. “Los sistemas informáticos: conceptos básicos”. http://www.eligemejorar.es/archivos/FC917.pdf. 08/06/2010, pagina1.
45
El elemento humano, denominado comúnmente personal informático, es el conjunto de personas que desarrollan las distintas funciones relacionadas con el uso de los sistemas, en general, se denomina usuario, a la persona que utiliza en última instancia la computadora y el software de aplicación como herramienta para desarrollar su trabajo o ayudarse en su actividad.
1.16.
BASE DE DATOS
1.16.1.
Definición Una base de datos es un “almacén” que nos permite guardar grandes cantidades de información de forma organizada y relacionada para que pueda ser encontrada y utilizada fácilmente cuando se la requiera. Desde el punto de vista informático, la base de datos es un sistema formado por un conjunto de datos almacenados en discos que permiten el acceso directo a ellos y de programas que manipulen ese conjunto de datos. Cada base de datos se compone de una o más tablas que guarda un sin número de datos. Cada tabla tiene una o más columnas y filas, las columnas guardan una parte de la información sobre cada elemento que queramos guardar en la tabla, cada fila de la tabla conforma un registro.
1.16.2.
Características Entre las principales características de los sistemas de base de datos podemos mencionar: Independencia lógica y física de los datos. Redundancia mínima. Acceso concurrente por parte de múltiples usuarios. Integridad de los datos. Consultas complejas optimizadas. Seguridad de acceso y auditoria. Respaldo y recuperación.
46
Acceso a través de lenguajes de programación estándar.
1.16.3.
Tipos de base de datos Entre los diferentes tipos de base de datos, podemos encontrar los siguientes:
MySql: Es una base de datos con licencia GPL (Licencia Pública General) basada en un servidor. Se caracteriza por su rapidez. No es recomendable usar para grandes volúmenes de datos.
PostgreSql y Oracle: Son sistemas de base de datos poderosos. Administra muy bien grandes cantidades de datos, y suelen ser utilizadas en intranets y sistemas de gran calibre.
Access: Es una base de datos desarrollada por Microsoft. Esta base de datos, debe ser creada bajo el programa Access, el cual crea un archivo .mdb con la estructura ya explicada.
Microsoft SQL Server: Es una base de datos más potente que Access desarrollada por Microsoft. Se utiliza para manejar grandes volúmenes de informaciones.
1.16.4.
Modelo Entidad - Relación Los diagramas o modelos entidad-relación (denominado por su siglas, ERD “Diagram Entity Relationship”) son una herramienta para el modelado de datos de un sistema de información. Estos modelos expresan entidades relevantes para un sistema de información, inter-relaciones y propiedades. Ilustración 22. Modelo Entidad-Relación
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
47
1.16.5.
Cardinalidad de las relaciones El diseño de relaciones entre las tablas de una base de datos puede ser la siguiente:
Relaciones de uno a uno: una instancia de la entidad A se relaciona con una solamente una de la entidad B.
Relaciones de uno a muchos: cada instancia de la entidad A se relaciona con varias instancias de la entidad B.
Relaciones de muchos a muchos: cualquier instancia de la entidad A se relaciona con cualquier instancia de la entidad B.
II 2. METODOLOGÍA 2.1.
INTRODUCCIÓN Para el desarrollo del presente proyecto se ha hecho uso de diferentes metodologías que permiten llevar paso a paso cada una de las partes del proyecto. Se usó de la Investigación diagnóstica para definir el problema. Para la programación de las instrucciones en el microcontrolador se utiliza la programación estructurada donde se van definiendo cada una de las acciones que tendrá
lugar en el microcontrolador. Para el desarrollo del software de
aplicación que gestionará el prototipo del control automatizado de luminarias se utiliza la programación orientado a objetos y todo el proyecto en conjunto utiliza una metodología en base a prototipos, la misma que permitió crear versiones incompletas del software para probar el funcionamiento con el microcontrolador, el cual nos permitió detectar problemas, solucionarlos y continuar con la siguiente fase.
2.2.
METODOLOGÍA DE DESARROLLO DEL PROYECTO. El proyecto se compone de dos partes fundamentales que van de la mano con los objetivos planteados en el presente proyecto: El Diseño y construcción de un circuito electrónico para el control automatizado de las Luminarias. El Diseño y desarrollo de un software que gestione de forma amigable el circuito
electrónico
el
mismo
que
permita
almacenar
los
eventos
(encendido/apagado) en una base de datos. Esto permitió buscar una metodología que permita integrar la parte electrónica con la parte informática para desarrollar este tipo de proyecto. En la práctica, en la construcción de un Sistema de Información no se suelen
49
seguir los modelos en su forma pura sino que de acuerdo con las peculiaridades del sistema y de la experiencia del responsable del proyecto, se pueden adoptar aspectos de otros modelos que sean más adecuados al caso concreto. Esto es así porque no existe un modelo mejor que los demás, cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes. La Metodología utilizada para el presente proyecto se basa en el diagrama presentado en la Ilustración 23. Basado en el Modelo de Prototipo en donde se puede distinguir cada una las diferentes etapas. Ilustración 23. Etapas de la metodología del proyecto.
Investigación Preliminar • Definición del Problema
Definición y Analisis de Requisitos
Especificación de Requerimientos y Prototipado.
• Especificación de Requerimientos.
Diseño y Construcción • Prototipo Inicial
Evaluación • Verificación y Requerimientos
Modificación • Modificación del Prototipo
Diseño Técnico • Diseño detallado • Rediseño del Prototipo
Desarrollo y Prueba • Las especificaciones del diseño técnico son implementadas y probadas.
Entrega del Proyecto • Implementación del proyecto y modificaciones posteriores
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
50
2.3.
INVESTIGACIÓN DIAGNÓSTICA La investigación diagnóstica permite definir las necesidades y problemas del tema de investigación. El diagnóstico es el fundamento de las estrategias que van a servir en la práctica para lograr los objetivos propuestos en el presente proyecto.
2.3.1.
Objetivo Diagnóstico Permite identificar los problemas existentes en el control manual de las luminarias del edificio denominado Aulario 1 planta alta de la PUCE SD.
2.3.2.
Mecánica Operativa Con esta técnica se define las técnicas de recolección de datos, las fuentes de información primaria y secundaria.
2.3.2.1.
Información primaria. Para recolectar esta información se hace uso de la observación y la entrevista, estas técnicas de investigación permiten obtener información de primera mano sobre la problemática investigada.
2.3.2.2.
Información secundaria Se recolecta información sobre investigaciones de otros autores sobre temas relacionados con el presente proyecto, las fuentes pueden ser libros, manuales, memorias, tesis de otros autores, internet, etc.
2.4.
ANÁLISIS Y ESPECIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS El objetivo de esta etapa es registrar todos los requerimientos y deseos que los usuarios tienen en relación al proyecto bajo desarrollo. Esta etapa es la más importante de todo el ciclo de vida del desarrollo orientado a prototipos, es aquí donde el desarrollador determina los requisitos mediante la construcción, demostración y retroalimentaciones del prototipo. Esta es una etapa iterativa hasta que el prototipo haya evolucionado hacia un sistema de producción. Para poder determinar los requerimientos, se hizo una entrevista a la Directora de Recursos Físicos, la Sra. Fanny Peña y al encargado de mantenimiento del Aulario 1, se estudió el plano eléctrico (ver Anexo 1) facilitado previa solicitud al
51
departamento mencionado anteriormente y la observación directa del lugar a ser controlado. Los prototipos construidos fueron probados y evaluados constantemente hasta obtener el producto final. En la especificación y análisis de requisitos para el presente proyecto es fundamental determinar las lámparas, balastros, microcontrolador, software a utilizar para el diseño, desarrollo y construcción del prototipo.
2.4.1.
Elección de la lámparas y balastros Debido a que se va a controlar dos tipos de ambientes (pasillo y aula 15) del Aulario 1, se determinó que las lámparas fluorescentes compactas ubicadas en el pasillo son adecuadas para el diseño y control automatizado de los mismos, pero en el caso de las aulas tienen lámparas fluorescentes convencionales, poder regular la intensidad de la luz
para
habrá que cambiar las 18 lámparas
fluorescentes por otras que permitan este tipo de control y consecuentemente cambiar los balastos actuales por balastos electrónicos regulables, además que se necesitan equipos especiales como dimmers, reguladores y cableado especial adicional esto quiere decir que habría que cambiar todo el circuito eléctrico, pero la implementación de este tipo de dispositivos electrónicos es costosa por los implementos necesarios y la mano de obra profesional. Por lo mencionado anteriormente se ha decidido utilizar los balastros y lámparas que están utilizadas actualmente, por lo que, el prototipo controlará únicamente el encendido y apagado de las mismas.
2.4.2.
Elección y ubicación del sensor de presencia Después de investigar y analizar la tecnología de los sensores de presencia ultrasónicos y fotoeléctricos se describen sus principales ventajas y desventajas en la Tabla 2. En el cuadro comparativo se puede observar que los más apropiados para el control automatizado son los sensores fotoeléctricos en este caso un sensor infrarrojo el mismo que capta la diferencia de temperatura del cuerpo en movimiento y el ambiente, además este tipo de sensores no están expuestos a interferencias como es el caso de los sensores ultrasónicos.
52
Tabla 2. Sensores de Presencia. TIPOS DE SENSORES
VENTAJAS
Sensor ultrasónico
Sensor fotoeléctrico
Grandes Distancias de detección. La detección no depende del color del objeto. Estable en ambientes no variables. Apertura angular de 30° C en la emisión de la onda. Costo relativamente menor.
Pueden ser led, infrarrojos o laser. Alta velocidad de respuesta. Piezas pequeñas son fáciles de detectar.
DESVENTAJAS
Baja velocidad de respuesta.
El exceso de calor influye en la señal.
Detecta movimiento a través de puertas y ventanas.
Costo elevado.
No detecta transparentes.
cuerpos
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
El sensor de presencia infrarrojo debe ser colocado en un lugar estratégico, preferentemente en las esquinas de manera que su “campo de visión” abarque a todo agente móvil que pueda existir. Estos serán los encargados de detectar el movimiento de las personas en el espacio de detección, y comunicar al microcontrolador por medio de una señal digital de 5V DC.
2.4.3.
Elección de Microcontrolador Los principales fabricantes de microcontroladores por la diversidad de modelos y volumen de ventas son los siguientes: Microchip Technology Corp. STMicroelectronics Atmel Corp. (Intel) Motorola Semiconductors Corp. (Freescale) Para escoger el microcontrolador a utilizar en el proyecto se analizaron 3 modelos semejantes de las 2 principales marcas de microcontroladores: Microchip e Intel (producido por Atmel).
53
En la Tabla 3, se muestra un cuadro comparativo de los modelos de 8 bits considerados para la selección: Tabla 3. Cuadro comparativo de microcontroladores Características
PIC 16F628A (Microchip)
ATmega8 (Atmel)
16F876A (Microchip)
Número de instrucciones por segundo
20 MHZ
16 MHZ
20 MHZ
I/O
16, DIP 18 PIN
23, DIP 28 PIN
22, DIP, 28 PIN
Arquitectura
Harvard
Harvard
Harvard
Flash
2 Kb
8 Kb
8 Kb
EEPROM
128 bytes
512 bytes
256 bytes
SRAM
224 bytes
1 Kb
368 bytes
Procesador
RISC
RISC
RISC
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
2.4.3.1.
Parámetros para la elección del microcontrolador. Para seleccionar el microcontrolador a emplear en un proyecto concreto hay que tener en cuenta multitud de factores, como la documentación y herramientas de desarrollo disponibles, precio, la cantidad de fabricantes que lo producen y por supuesto las características del microcontrolador (memoria de programa, memoria de datos, número de entradas/salidas, arquitectura), a continuación tomaremos las siguientes características para el proceso de selección del microcontrolador. Documentación: Ésta característica es importante ya que de esta depende el éxito del diseño y desarrollo del proyecto a realizar. Sencillez de Programación: Se requiere un set de instrucciones reducido, que el encapsulado sea tipo DIP para facilitar su grabación y poder realizar pruebas primero en un protoboard. Disponibilidad en el mercado: Facilidad de compra a nivel nacional. Bajo precio: Ésta característica influye directamente en el precio del producto final y la aceptación del mismo en el mercado.
54
Tamaño: Del tamaño del Microcontrolador también depende el tamaño final de la placa del circuito impreso.
2.4.3.2.
Estudio de la mejor opción de microcontrolador: Para elegir el microcontrolador mas adecuado para el desarrollo del proyecto se utiliza el Método Ponderado, se asignan pesos o valores del 1 a 10 a cada uno de los parámetros a medir para la ponderación (Tabla 4). Tabla 4. Pesos para la ponderación Pesos para la Parámetros o métricas Ponderación ponderación Documentación
10
0,23
Programación
10
0,23
Disponibilidad
9
0,20
Bajo Precio
8
0,18
Tamaño
7
0,16
TOTAL
44
1,00
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Procedemos a realizar la calificación de los microcontroladores seleccionados según sus características. Tabla 5. Calificación de microcontroladores Parámetro Documentación
Programación
Disponibilidad
Bajo Precio
Tamaño
PIC 16F628A (Microchip)
10
10
9
9
7
ATmega8 (Atmel)
8
8
6
6
8
16F876A (Microchip)
9
9
7
7
7
Alternativa
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Con la información de la Tabla 5 procedemos a crear la matriz de puntos y determinar el microcontrolador con más puntaje para desarrollar el proyecto.
55
Tabla 6. Matriz de puntos PIC 16F628A
Parámetros a medir
Ponderación
Documentación
ATmega8
PIC 16F876A
Calif.
C. Pond.
Calif.
C. Pond.
Calif.
C. Pond.
0,23
10
2,27
8
1,82
9
2,05
Programación
0,23
10
2,27
8
1,82
9
2,05
Disponibilidad
0,20
9
1,84
6
1,23
7
1,43
Bajo Precio
0,18
9
1,64
6
1,09
7
1,27
Tamaño
0,16
7
1,11
8
1,27
7
1,11
TOTAL
1,00
45
9,14
36
7,23
39
7,91
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Finalmente,
el
microcontrolador
seleccionado
para
realizar
el
control
automatizado de luminarias es el PIC 16F628A. Ver Tabla 6.
2.4.4.
Herramientas de desarrollo del proyecto Para determinar las herramientas a utilizar en el desarrollo de este proyecto se hizo un estudio de las herramientas con las que actualmente cuenta la PUCE SD, y las que podríamos utilizar de software libre.
2.4.4.1.
Herramientas de software PC a. Microsoft Visual Estudio 2008 Para la Interfaz gráfica del software en el computador utilizamos esta herramienta debido a que la PUCE SD cuenta con la licencia, además la facilidad del lenguaje de programación permite crear aplicaciones para Windows en poco tiempo. b. MySql Para la gestión y almacenamiento de los datos se utiliza la base de datos MySQL 5.5 por ser Open Source, permite manejar bases de datos relacionales, además que permite conectarse con Visual Basic.net por medio de la herramienta MySQL connector/NET. c. MySQL connector/NET Permite crear fácilmente aplicaciones en .NET que requieran seguridad con
56
alto rendimiento y conectividad con MySQL. d. SQLyog Es una interfaz gráfica que permite trabajar de forma más rápida y cómoda con el servidor de Base de Datos MySQL.
2.4.4.2.
Herramientas de software para microcontrolador PIC 16F628A a. MPLAB Es una herramienta para escribir y desarrollar código en lenguaje assembly para los microcontroladores PIC de Microchip, además es gratuito y se lo puede descargar de la página web de Microchip. b. WinPIC 800 Esta herramienta permite grabar en el microcontrolador el programa (código fuente) en ensamblador (.asm), una vez compilado (.hex), usando un grabador de microcontroladores PIC.
2.4.4.3.
Herramienta de software para diseño del circuito impreso Para realizar el diseño de la tarjeta de circuito impreso utilizamos el software CAD gratuito, Express PCB que consta de dos partes: a. Express SCH Con esta aplicación realizamos el esquema del circuito, es recomendable realizar primero el esquema para reducir la posibilidad de errores en la tarjeta de circuito impreso. b. Express PCB Esta aplicación nos permite realizar el diseño de la tarjeta de circuito impreso (PCB, Printed Circuit Board), ésta placa está constituida por pistas de material conductor generalmente cobre y están
laminadas sobre un sustrato no
conductor como la baquelita, plástico o teflón. Se utiliza para conectar eléctricamente
a
través
de
los
caminos
conductores,
y
sostener
mecánicamente por medio del sustrato, un conjunto de componentes electrónicos.
57
2.4.5.
Especificación de equipos a utilizar para el desarrollo del proyecto a. Hardware
1 Computador
1 Grabador de microcontroladores
1 Cable serial RS232, DB9
b. Circuito electrónico
2.5.
Microcontrolador PIC 16F628A
Opto-acopladores, Triacs
Circuito Integrado MAX232
Driver 74LS244
Componentes electrónicos (resistencias, transistores, leds, etc)
DISEÑO TÉCNICO Para el diseño técnico utilizamos toda la información recopilada anteriormente y elaboramos el diseño detallado y lo presentamos por etapas que se describen a continuación:
2.5.1.
Diseño del control automatizado de luminarias El objetivo de este proyecto es realizar el control de encendido y apagado automatizado de las lámparas mediante sensores de presencia, por horarios programados en el PC y realizar la obtención y envío de datos a través del puerto serial RS-232. Además de almacenar en una base de datos, los tiempos de encendido/apagado con su respectiva fecha. Para poder realizar este objetivo es necesario el diseño y desarrollo de un Módulo de Control Electrónico. En la ilustración siguiente se puede apreciar la forma esquemática de las partes constitutivas de este proyecto.
58
Ilustración 24. Diagrama del Sistema de Control Automatizado de Luminarias
Sensores
Software
Módulo de Control Electrónico
Triacs (Permiten o no el paso de corriente)
Aulario 1 (Circuito de iluminación)
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
2.5.1.1.
Prototipo Aulario 1 Aulario 1, es el lugar físico a ser controlado. En la planta alta del edificio existen 3 cajas de breaker: una está ubicada en el pasillo, otra en el aula 20 y otra en el Aula15. Para el desarrollo del Prototipo se va a utilizar la caja de breaker que está ubicada en el aula 15 la misma que contiene un conjunto de 16 breakers que protegen algunos ventiladores, tomas y luces, entre ellos 3 protegen las luces del Pasillo planta alta y un breaker protege la iluminación del Aula 15. Ilustración 25. Caja de breaker ubicada en el aula 15
Fuente: Aulario 1, aula 15, PUCESD Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Para el desarrollo del prototipo se ha tomado el pasillo planta alta y el aula 15 del Aulario1.
59
Ilustración 26. Aulario 1
Fuente: Aulario 1, PUCESD Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Ilustración 27. Aulario 1, Aula 15
Fuente: Aulario 1, aula 15, PUCESD Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
En la Ilustración 28 se puede observar el circuito de iluminación para el aula 15 de la planta alta del Aulario1, el cual posee 9 luminarias, cada una consta de 2 lámparas fluorescentes con su respectivo balastro, las lámparas constan de un tubo fluorescente de 40 W, por lo que tenemos un total de 18 tubos fluorescentes de 40 W.
60
Ilustración 28. Diagrama Aulario 1, Aula 15
Ventana
2 Lámparas Fluorescentes de 40 W
Imagen Proyectada
Fuente: Aulario 1, PUCE SD Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
En la Ilustración 29 y 30 se puede observar el circuito de iluminación del pasillo planta alta del Aulario 1 en el que se encuentran 20 lámparas fluorescentes compactas de 20 W.
Ilustración 29. Pasillo planta alta, Vista frontal y lateral
Fuente: Aulario 1, PUCE SD Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
61
Ilustración 30. Distribución de Lámparas en el pasillo planta alta del Aulario 1
Ventana Pasillo B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B B
B
B
B
Lámpara Flourescente Compacta de 20 W
B
B
B
Puerta de Entrada
Fuente: Aulario 1, PUCESD Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
2.5.2.
Diseño del hardware (Módulo de Control Electrónico) En esta etapa se realiza el diseño técnico del circuito de control empleando las herramientas necesarias para este fin, el objetivo es plasmar los requerimientos obtenidos en la primera fase.
2.5.3.
Diseño del Software para PC del Sistema de Control En esta etapa de desarrollo del prototipo se realiza en primera instancia los diagramas de flujo, luego el diseño conceptual y técnico del sistema de manera generalizada luego se realiza el diseño y modelado de la base de datos, por ultimo el diseño de la interfaz grafica que permitirá interactuar al sistema de control automatizado con el usuario final.
62
2.6.
DESARROLLO Y PRUEBA La fase de desarrollo es una fase básicamente técnica, el objetivo es traducir las especificaciones de diseño en un código de programación utilizando el lenguaje de programación Visual Basic.Net 2008. En la fase de pruebas se hacen pruebas unitarias de cada componente del sistema de control automatizado de luminarias por separado, luego se realizan las pruebas de Integración que permiten probar el funcionamiento de todos los componentes ya integrados en un solo sistema.
III 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1.
INVESTIGACIÓN DIAGNÓSTICA
3.1.1.
Antecedentes La PUCE SD cuenta con varias edificaciones las mismas que son utilizadas para las actividades administrativas y académicas. Estas edificaciones cuentan con un control manual de la iluminación tanto de oficinas como aulas de proyección, el encendido y apagado de las luminarias en los edificios destinados para los estudiantes denominados Aulario 1 y Aulario 2 lo realizan día a día los guardias de seguridad que cuidan los edificios resultando un control ineficiente puesto que quedan luminarias encendidas cuando terminan las clases, por lo antes expuesto se ha observado que hay un gasto elevado de energía eléctrica por tal razón se ha visto la necesidad de tener un control automatizado de las luminarias especialmente de las aulas de proyección que son de vital importancia para los estudiantes. Para mejorar el control de las luminarias se decidió realizar un prototipo de control para Aulario 1 el mismo que controlará el aula 15 y el pasillo planta alta, los mismos que están reproducidos en una maqueta. El prototipo consta de un software de control de luminarias el cual enviará y recibirá señales de encendido y apagado a través de un microcontrolador y mediante los optoacopladores y triacs los mismos que apagarán o encenderán el circuito de iluminación. El control se lo realizará de acuerdo a los horarios de clase los cuales estarán almacenados en una base de datos, esto se traducirá en un significativo ahorro de energía puesto que las luces se encenderán cuando sea estrictamente necesario.
3.1.2.
Objetivo diagnóstico Identificar los problemas existentes en el control manual de las luminarias del edificio denominado Aulario 1 planta alta de la PUCE SD.
64
3.1.3.
Mecánica operativa
3.1.3.1.
Fuentes de Información.
3.1.3.1.1. Información primaria. La fuente de información primaria es la observación y la entrevista. Para la observación se realizaron varias visitas al Aulario 1 para monitorear la forma de realizar el encendido y apagado de las luminarias, se realizó un análisis de las instalaciones eléctricas y se estudió el plano eléctrico del Aulario 1 planta alta. Se realizaron las 2 entrevistas: 1 dirigida a la Directora de Recursos Físicos y otra al Sr. Hugo Cevallos encargado del mantenimiento del Aulario 1 en los que se pudo comprobar la información resultante de la observación.
3.1.3.1.2. Información secundaria La fuente de información secundaria utilizada para realizar el proyecto son: Documentación técnica de componentes electrónicos. Libros de programación avanzada, base de datos y microcontroladores Manuales Soporte electrónico
3.1.4.
Tabulación y análisis de la información
3.1.4.1.
Observación En las visitas realizadas al edificio Aulario 1 en el que pudo observar que las luces de las aulas quedan encendidas cuando los estudiantes salen al terminar sus clases y son ellos mismos los que deben encenderlas cuando inicia la clase. Además se pudo determinar que en las aulas utilizan tubos fluorescentes de 40 watts ubicadas en pares de tres filas por tres columnas, las luminarias del aula 15 son todas controladas por un único breaker. En
los
pasillos
utilizan
lámparas
fluorescentes
compactas
(lámparas
ahorradoras) de 20 watts y son controladas por 3 breakers de la caja de control de breakers que está ubicada en el aula 15 del Aulario 1. Cabe mencionar que el
65
edificio Aulario 1 tiene varias cajas de control de breakers distribuidas alrededor del edificio, por ejemplo en la planta alta tiene tres cajas de breakers: una en el aula 15, en el pasillo y otra en el aula 20. Por lo que implementar un control de este tipo en todo el edificio no es tan flexible ya que se debería hacer por áreas, además el diseño del mismo no lo permite y habría que hacer una restructuración del plano eléctrico y esto implicaría un gasto significativo. Por lo expuesto anteriormente el prototipo será diseñado para controlar el aula 15 y el pasillo planta alta del Aulario 1. Para comprobar lo observado y obtener información técnica, se solicitó el plano eléctrico al área de Recursos Físicos ver Anexo 1.
3.1.4.2.
Entrevistas Se realizó dos entrevistas, una a la Directora de Recursos Físicos y otra al señor Hugo Cevallos encargado del mantenimiento de la PUCE SD.
3.1.4.2.1. Entrevista aplicada a la directora de recursos físicos. 1. ¿Hay algún tipo de control automatizado de luminarias en la PUCE SD? Síntesis En la actualidad la PUCE SD si cuenta con un tipo de control automatizado de luminarias en los jardines del campus universitario, pero este tipo de control no es eficiente por lo que no es de mucha utilidad,
sin embargo tanto en los
edificios administrativos como en los edificios para los estudiantes no tienen ningún tipo de control automatizado. Análisis Es necesaria la investigación para poder automatizar las luminarias del Aulario 1, y de esta manera brindar un control automatizado eficiente y acorde a los requerimientos de los usuarios. 2.
¿Existe asignado personal fijo para el control manual de las luminarias del edificio denominado Aulario 1 de la PUCE SD?
66
Síntesis Los encargados de encender y apagar las luminarias en el edificio Aulario 1 de la PUCE SD son los oficiales de seguridad y el Sr. Hugo Cevallos. Análisis Están asignadas varias personas para el control manual del edificio, los oficiales de seguridad tienen un turno rotativo por lo que no siempre están al tanto de los horarios de clase. 3.
¿Cree que es necesario la implementación de un Control Automatizado de Iluminación?
Síntesis Según la experiencia con el control automatizado de iluminación actual que está implementado en el área de los jardines, la Directora de Recursos Físicos dice que ha tenido muchos inconvenientes puesto que se necesita de personal capacitado para el control y mantenimiento de las mismas. Análisis Es necesaria la realización de un control automatizado por software con una interfaz que sea sencilla y amigable con el usuario, además que sea capaz de comunicarse con el hardware de control y de esta manera facilitar en gran manera el control de las luminarias. 4.
¿Usted cree que el desarrollo de un control automatizado puede generar un ahorro de energía eléctrica?
Síntesis La directora de recursos físicos cree que para que un control automatizado genere un ahorro energético debería ser sumamente inteligente puesto que cuando hay un control manual la persona encargada sabe que zonas deben ser más iluminadas y qué días. Análisis Se necesita un control automatizado que permita realizar el control
67
automáticamente para garantizar que el control sea el adecuado de acuerdo a las necesidades previstas en cualquier momento. 5.
¿En caso de implementarse este tipo de control, cuáles serían los principales requerimientos que usted considera debería tener?
Síntesis El principal requerimiento que se necesitaría es que el sistema permita realizar un control mixto (automático y manual), personal capacitado para controlar y dar mantenimiento a este tipo de control automatizado. Análisis Se debe diseñar un Circuito de control y un software que permita realizar el control automático y el control manual. Después de realizar el control automatizado es necesario la capacitación de una persona que está a cargo de este tipo de control además deberá tener conocimientos avanzados de electrónica puesto que los componentes del circuito de control serán electrónicos y su vida útil es limitada. 6.
¿Cree que es importante tener reportes de luminarias que han sido encendidas, en qué fecha y por cuánto tiempo?
Síntesis Sería muy útil el poder contar con los reportes del control de luminarias. Análisis El control automatizado deberá tener la opción de realizar reportes del control automatizado de luminarias. 7.
¿De acuerdo a su criterio quien debería ser el administrador de este tipo de control?
Síntesis Como ya se dijo anteriormente una persona que tenga conocimientos avanzados de electrónica.
68
Análisis Se deberá capacitar a una persona para que pueda controlar y dar mantenimiento correctivo al circuito de control electrónico.
3.1.4.2.2. Entrevista aplicada al encargado del mantenimiento de los edificios de la PUCE SD. 1. ¿Qué tipo de lámparas y balastros se utilizan en las aulas del edificio denominado Aulario 1? Síntesis Se utilizan dos tipos de lámparas: en las aulas se tienen lámparas fluorescentes de 40 watts con respectivo balastro y en los pasillos se utilizan los focos ahorradores que tienen su balastro integrado. Análisis Tenemos dos tipos de lámparas en el Aulario 1, son lámparas fluorescentes de 40 watts y lámparas ahorradoras de 20 Watts por lo que no es necesario cambiar las lámparas para realizar el control de encendido y apagado puesto que está de acuerdo con el concepto de reducir el consumo energético. 2.
¿De qué marca son las lámparas y balastros que utilizan?
Síntesis Las lámparas fluorescentes de 40 watts en su mayoría son de la marca Philips y los focos ahorradores son de la marca Osram. Análisis Las marcas utilizadas son de gran aceptación en nuestro medio puesto que tienen un funcionamiento óptimo, además son compatibles para la realización del proyecto.
3.2.
ESPECIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS Una vez realizada la investigación preliminar, después de probar y evaluar constantemente los requerimientos mediante el uso de prototipos se determina que el prototipo del presente proyecto debe cumplir con los requerimientos que
69
se detalla a continuación: Un Circuito de Control que controle el encendido y apagado los circuitos de iluminación Un software con interfaz gráfica que se comunique con el circuito del control y el usuario encargado de administrarlo o
Un módulo de administración de usuarios
o
Un módulo de control
o
Además tener reportes con fechas y tiempo de encendido y apagado de la iluminación
3.3.
PROTOTIPO AULARIO 1 PLANTA ALTA (MAQUETA) Para la revisión del prototipo se realizó una maqueta la misma que representa al edificio Aulario 1, planta alta, lugar que fue considerado para desarrollar el prototipo. Las conexiones eléctricas de la maqueta representan a las conexiones eléctricas del edificio, con las siguientes características: Voltaje para funcionamiento de las conexiones eléctricas de la maqueta 110V. Cada foco representa a un breaker, un breaker puede controlar desde una hasta diez luminarias. El circuito de Control electrónico fue diseñado de acuerdo a las características del Aulario 1, planta alta, esto quiere decir que si las autoridades deciden implantar el control es totalmente funcional.
70
Ilustración 31. Maqueta Aulario1, planta alta
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.4.
DISEÑO DEL HARDWARE (MÓDULO DE CONTROL ELECTRÓNICO)
3.4.1.
Arquitectura del hardware El hardware consiste de un tablero electrónico, el cual se puede observar de una forma esquemática en la Ilustración 32. El módulo de control está constituido por una Unidad de Control (Microcontrolador PIC16F628A), sensores de movimiento infrarrojos (simulados en el prototipo mediante push buttons), optoacopladores y triacs que comandan a cada uno de los circuitos de iluminación (breakers) del Aulario 1. Ilustración 32. Arquitectura del Módulo Electrónico
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
71
3.4.2.
Unidad de control Es la parte más importante del sistema de control, ésta es la encargada de recibir las señales enviadas por los sensores, según estas señales, excitará a los triacs para que estos se accionen según lo requerido (encendido/apagado), además es el responsable de manejar la comunicación con el computador por medio del puerto serial RS-232. Esta Unidad de Control está conformada por un Microcontrolador PIC16F628A, Interfaz de Comunicación Serial, opto-acopladores y triacs.
3.4.2.1.
Microcontrolador PIC 16F628A El microcontrolador es el cerebro de la Unidad de Control, fabricado por la marca Microchip; sus principales características son: Microcontrolador de 18 pines Opera hasta 20 MHz Posee 2K de memoria de programa (Instrucciones) 224 bytes de memoria de datos (Variables) Memoria EEPROM 128 bytes. Por cada 4 ciclos de reloj se ejecuta una instrucción ASM. Esto significa que un microcontrolador funcionando a 20 MHz puede ejecutar 5 millones de instrucciones por segundo. Las principales razones por lo cual se escogió este microcontrolador son: Para esta aplicación no es necesario un microcontrolador con más de 16 pines de entrada salida. Microcontrolador de la marca Microchip debido a la excelente documentación gratuita y su herramienta MPLAB IDE para programar el chip. Fácil de programar ya que esta familia “16F” solo posee 35 instrucciones.
72
Ilustración 33. Microcontrolador PIC16F628A
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.4.2.1.1. Recursos utilizados del microcontrolador PIC16F628A Para la implementación del proyecto se hace uso de los siguientes recursos del microcontrolador: Procesador Memoria no volátil para guardar el programa Líneas de entrada y salida
Ilustración 34. Diagrama de Pines Microcontrolador PIC16F628A
Fuente: Microchip, Data sheet PIC 16F628A Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
73
El primer paso importante es observar el diagrama de pines del PIC16F628A en el Data sheet del PIC 16F628A (ver Anexo 2), en el cual se ve cómo están distribuidos sus pines. Este circuito integrado cuenta con 2 puertos denominados PortA (Puerto A) y PortB (Puerto B) que permiten la comunicación con el mundo exterior, estos puertos son configurables como entradas (1) o salidas (0) según sea el caso y consta de 18 pines las cuales se encuentran asignadas de la siguiente manera: RA0-RA7: Son los pines de E/S digitales correspondientes al Puerto A RB0-RB7: Son los pines de E/S digitales Correspondientes al Puerto B VDD: Alimentación eléctrica del microcontrolador VSS: Conexión a tierra del microcontrolador El PIC está configurado para usar todas las entradas y salidas, por eso no se usa un oscilador de cristal externo por lo tanto tenemos libres los pines 15 y 16 para usarlos como bits de salida. El clock interno está a 4MHz. No se usa el Master Reset pin 4 y queda convertido en un pin de entrada. A continuación se realiza una descripción de lo que está conectado a cada uno de los pines del microcontrolador. Para abaratar costos no se utilizó reloj externo sino se utiliza el reloj interno. Además no se utiliza una velocidad de procesamiento alta, basta con el reloj interno para esta aplicación.
74
Tabla 7. Configuración de los pines PIC16F628A
PIN
PUERTO
DESCRIPCIÓN
Pin 1
RA2
Pin de salida, activará el circuito que controla al breaker 3
Pin 2
RA3
Pin de salida, activará el circuito que controla al breaker 4
Pin 3
RA4
Pin de salida, enciende sensor 2, tiene salida Open Drain 5-v
Pin 4
RA5
Pin de entrada, Sensor 2
Pin 5
VSS
Pin utilizado para la conexión a tierra
Pin 6
RB0
Pin de salida, activará el circuito que controla al sensor 1
Pin 7
RB1
Entrada (RX)
Pin 8
RB2
Salida (TX)
Pin 9
RB3
Pin de entrada, Sensor 1
Pin 10
RB4
Pin libre y configurable
Pin 11
RB5
Pin libre y configurable
Pin 12
RB6
Pin libre y configurable
Pin 13
RB7
Pin libre y configurable
Pin 14
VDD
Pin por el cual se aplica la tensión positiva de alimentación
Pin 15
RA6
Pin libre y configurable
Pin 16
RA7
Pin libre y configurable
Pin 17
RA0
Pin de salida, activará el circuito que controla al breaker 1
Pin 18
RA1
Pin de salida , activará el circuito que controla al breaker 2
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.4.2.2.
Interfaz RS232 Se encarga de efectuar la comunicación entre el computador y el microcontrolador. Para esto se utiliza el circuito integrado MAX232.
3.4.2.2.1. MAX232 Es un circuito integrado que convierte los niveles de las líneas de un puerto serie RS-232 a niveles TTL/CMOS (5V para un estado lógico 1 y 0V para el estado 0) y viceversa. Lo interesante es que sólo necesita una alimentación de 5V, ya que genera internamente algunas tensiones que son necesarias para el estándar RS-232.
75
Ilustración 35. Diagrama de pines Max-2332
Fuente: Data sheet MAX232 (ver Anexo 3) Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Funcionamiento: El circuito integrado posee dos conversores de nivel TTL (0, 5 voltios) a RS-232 y otros dos que, a la inversa, convierten de RS232 (-12, 12 voltios) a TTL. Estos conversores son suficientes para manejar las cuatro señales más utilizadas del puerto serie del PC, que son TX, RX, RTS (Request to send) y CTS (Clear to send). TX es la señal de transmisión de datos, RX es la de recepción, y RTS y CTS se utilizan para establecer el protocolo para el envío y recepción de los datos.8
3.4.2.3.
Opto-acopladores y Triacs Para la activación de cada uno de los breaker de los circuitos de iluminación se hace uso de opto-acopladores (MOC302D) y los Triacs (TIC226D). Cuando el PIC requiere del encendido o apagado de uno de los breaker activa el puerto especificado según Tabla 7, esta señal pasa a través del driver 74LS244 y activa o desactiva el led interno del opto-acoplador, según ese estado excita o no el gate (puerta) del triac interno del opto-acoplador que a su vez excita o quita la excitación del triac de potencia (TIC226D), que permitirá o cortará el paso de 110V al circuito de iluminación. Los Triacs permiten o no, el paso corriente AC de acuerdo a la señal del PIC.
Carletti, Eduardo J. Comunicación - MAX232 - Conversor TTL-RS232. http://axxon.com.ar/rob/Comunicacion_max232.htm. 18/06/2010, Página 1. 8
76
Ilustración 36. Esquema del funcionamiento del Opto-acoplador (MOC3020) y Triac (TIC226D)
Fuente: Esquema del circuito electrónico del control de luminarias Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.4.2.4.
Fuente de alimentación Para la alimentación de corriente eléctrica del circuito electrónico se hace uso de un transformador de 110/220V a 12V-0-12V, este último voltaje se pasa a un regulador LM7805 que alimenta con 5V DC (corriente directa) al circuito de control (microcontrolador, MAX232, y demás componentes electrónicos). Ilustración 37. Esquema de la Fuente de alimentación del circuito electrónico
Fuente: Esquema del circuito electrónico del control de luminarias Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.5.
PROCESO DE DESARROLLO DE SOFTWARE PARA EL PIC16F628A. El diseño del programa al igual que el diseño del circuito electrónico desempeña un papel trascendental en el desarrollo de cualquier aplicación basada en microcontroladores. Las instrucciones grabadas en el microcontrolador son las que ejecutan cada una de las acciones que realiza el mismo. El desarrollo de software para esta aplicación basada en microcontroladores se
77
compone de las siguientes etapas principales: desarrollo de un protocolo de comunicación entre el PIC y la aplicación, diseño de los diagramas de flujo para el PIC16F628A, desarrollo de software para PIC16F628A, programación del microcontrolador PIC16F628A y circuito de prueba y verificación.
3.5.1.
Protocolo de comunicación entre el PIC 16F628A y el software de aplicación en la PC. Para poder comunicar el PIC con el software de aplicación de control de luminarias realizado para el computador, se debe establecer un protocolo de comunicación, para que el microcontrolador entienda las órdenes que envían el computador y los sensores. El protocolo de comunicación se basa en una cadena de caracteres en el que cada cadena representa una orden desde el computador hacia el PIC. El protocolo de comunicación establecido es el siguiente: Para que el PIC reconozca que es una cadena válida cada letra representa un byte. A Inicio de transmisión. 1 Dispositivo a encender puede ser 1, 2, 3, 4 (lámpara breaker), 5 y 6 (lámpara sensor). O Estado (1 encendido, 0 apagado). Z Fin de transmisión. A continuación se muestra un ejemplo con una orden desde el computador hacia el microcontrolador PIC “A10Z”, esta orden implica el apagado de la lámpara controlada por el breaker 1. El computador también envía una cadena de “AAAZ”, al PIC con el objetivo de establecer la comunicación y conocer si está o no presente el control electrónico, espera entonces el computador una respuesta “OK” por parte del PIC. Cuando el programa de control del computador, requiere conocer el estado de los puertos del PIC (situación de los breakers) envía hacia el PIC una cadena “ABBZ” que será respondida por el PIC con una cadena como por ejemplo “B0000C00Z” donde los primeros dígitos corresponden al estado de encendido o
78
apagado de los pines del PIC y correspondientes en orden a los breakers en tanto que los dígitos restantes luego de la letra “C” corresponden a las lámparas controladas por los sensores y la “Z” indica fin de la cadena.
3.5.2.
Diagramas de flujo PIC 16F628A A continuación representamos las acciones que realiza el PIC16F628A. Ilustración 38. Diagrama principal de instrucciones PIC16F628A
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
79
Ilustraci贸n 39. Subrutina "Recibe entradas" PIC
Fuente: Investigaci贸n propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Ilustraci贸n 40. Subrutina "Status" del PIC
Fuente: Investigaci贸n propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
80
Ilustración 41. Subrutina "Ejecutar comando" del PIC
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.5.3.
Desarrollo de software. En esta etapa realizamos la escritura y compilación / ensamblaje del programa que regirá cada una de las acciones del microcontrolador y su funcionamiento, el programa estará escrito en lenguaje assembler (lenguaje de ensamblador) para lo cual utilizamos la herramienta MPLAB IDE (Integrated Development Enviroment), se escogió desarrollarlo en assembler frente a la posibilidad de desarrollar en lenguajes de alto nivel como el C para mantener un mayor control sobre el PIC, aunque su desarrollo es más complejo, para esto se necesita leer la hoja de datos (datasheet PIC 16F628A) en la cual se puede observar el
81
conjunto de instrucciones disponibles para este microcontrolador (ver Anexo 2). Este programa tiene la extensión (.asm) que luego compilaremos
/
ensamblaremos para generar un archivo en lenguaje de máquina o código de máquina que está compuesto por instrucciones en código binario que entiende directamente el CPU del microcontrolador, éste archivo generado normalmente tiene la extensión (.hex) (hexadecimal) o .bin (binario). Ilustración 42 Diagrama de las etapas de desarrollo de software para un PIC
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.5.3.1.
Código fuente del microcontrolador PIC en lenguaje assembly (prueba2.asm) Desarrollamos el código que regirá cada una de las funciones del microcontrolador está escrito en lenguaje assembly utilizando la herramienta MPLAB IDE de Microchip. A continuación se describe el código fuente (prueba2.asm):
82
;******************************************************************* ; INTERFASE PROYECTO LUMINARIAS CONTROL BREAKERS Y DETECTORES DE PRESENCIA ; USA PUERTO SERIAL ;******************************************************************* LIST P=16F628, R=DEC
; Usar el PIC16F628 y sistema decimal
#include "P16F628A.INC"
; Incluye datos de PIC16F628A
__CONFIG _MCLRE_OFF & _CP_OFF & _WDT_OFF & _LVP_OFF & _PWRTE_ON & _INTRC_OSC_NOCLKOUT ;LIST p=16F628A ;INCLUDE "P16F628A.INC" ; LIST P=16F628, R=DEC
; Usar el PIC16F628 y sistema decimal
; #include "P16F628.INC"
; Incluye datos de PIC16F628A
;******************************************************************* ; CONFIGURACION ;******************************************************************* ; ; ; ; ;
El PIC es configurado para usar todas las entradas y salidas posibles = 16. Por eso no se usa el oscilador con cristal externo, lo que deja libres las patas 15 y 16 para usar como bits de dalida. Se define el clock interno a 4 MHz. No se usa el master reset (pata 4), que queda convertida en el puerto A, bit 5 (entrada).
; ; ; ; ;
CONTROLA 6 BREAKERS An?Z n DISCRIMINA DISCRIMINA EL No DE BREAKERS (1..6) ? ES ENCENDIDO O APAGADO (1/0) AAZ , ES EL SALUDO BZ ES EL STATUS REQUEST
;******************************************************************* ; VARIABLES ;******************************************************************* d1 d2 d3 d4 d5 d6
equ equ equ equ equ equ
contador dato_serie cuenta cuenta1
EQU EQU equ equ
0x20 0x21 0x22 0x23 0x24 0x25
; datos de la Tx ;
0x28 0x29 0x2a 0x2b
; variable ; dato serie desde la PC
;******************************************************************* ORG
0x000
; El programa empieza en 0x000
83
;******************************************************************* ;******************************************************************* ; Inhibe comparadores ;******************************************************************* movlw movwf
7 CMCON
; CMCON=7 inhibir los comparadores
;******************************************************************* ; Inicializar Ports ;******************************************************************* movlw movwf movlw movwf bsf
b'00100000' PORTA b'00000000' PORTB
; valor inicial portA ; valor inicial portB
STATUS,RP0
; Pรกg 1 RAM
movlw movwf
b'00100000' TRISA ; RA4 SALIDA ENCIENDE SENSOR2 ; todos salidas, excepto bit 5 ; PORTA 4, que tiene salida open drain, y ; PORTA 5, que sรณlo puede ser entrada
movlw
b'11001010' ; RB1 ; RB2 ; RB3 ; RB4 ; RB5 ; RB6 TRISB
movwf
; RB0 SALIDA ENCIENDE CON SENSOR1 (RX) = entrada (TX) = salida = ENTRADA = salida del bit 4 = salida del bit 5 y RB7 = ENTRADAS
;******************************************************************* ; BAUD RATE para la comunicaciรณn RS232 ; y otras definiciones para USART ;******************************************************************* ; Baud Rate = 9600, Sin Paridad, 1 Bit parada movlw 0x19 B ]0x19=9600 bps (0x0C=19200 bps) movwf SPBRG movlw b'00100100' movwf TXSTA
;
bcf
; RAM PAGE 0
movlw movwf
STATUS,RP0 b'10010000' RCSTA
; ; habilita la transmisiรณn Async
; habilita de recepciรณn Async
;******************************************************************* ; TIEMPO DE ESTABILIZACION ;*******************************************************************
84
clrf clrf estab goto
cuenta PORTB decfsz estab
cuenta,F
movlw 0x00 movf RCREG,W movf RCREG,W movf RCREG,W
; vacía el buffer de recepción
;******************************************************************* ; LAZO PRINCIPAL ;******************************************************************* loop movlw btfss goto call call goto
0x00 PIR1,RCIF loop recibe_data revisa_inputs loop
; hay dato RS232? ; MUESTREA LOS SENSORES
;******************************************************************* ; FIN LAZO PRINCIPAL ;******************************************************************* ; SUBRUTINAS recibe_data: call movf movwf loop1 btfss goto call movf movwf loop2 movlw btfss goto call movf movwf loop3 movlw btfss goto call movf movwf
recibeRS232 dato_serie,0 d1
; sí, hay
PIR1,RCIF loop1 recibeRS232 dato_serie,0 d2
; hay dato RS232? ; NO hay ; sí, hay
0x00 PIR1,RCIF loop2 recibeRS232 dato_serie,0 d3 0x00 PIR1,RCIF loop3 recibeRS232 dato_serie,0 d4
; hay dato RS232? ; NO hay ; sí, hay
; hay dato RS232? ; NO ; sí, hay
; COMPRUEBA SI ES CADENA VALIDA movlw "Z" subwf d4,0 btfss STATUS,Z goto NO
; SEXTO BYTE = Z ? ; Resta d4 - w y almacena en w
85
; FORMATO OK movlw "S" goto SI NO call limpia_buffer movlw "N" call enviaRS232 call limpia_buffer movlw 0x00 return SI call
enviaRS232
; si el d3 es A, entonces es el log in ; *********************** IDENTIFICACION movlw subwf btfss GOTO
"A" d3,0 STATUS,Z Br_SS
; Atiende el saludo movlw "O" call enviaRS232 movlw "K" call enviaRS232 movlw 0x00 return
;fin atiende el saludo
; *********************** FIN IDENTIFICACION Br_SS ; *********************** PROCESA DATOS DE BREAKERS Y SENSORES ; si el d2 es B es requerimiento de STATUS, sino comando ON/OFF movlw "B" subwf d2,0 btfss STATUS,Z goto Comando call ST_RQ return Comando call Breakers return Breakers: ; ;
COMO ESTA TRABAJANDO CON 6 BREAKERS, DISCRIMINAR EL D2 [1..6] D5 [0..1] APAGAR/ENCENDER movlw "1" subwf d2,0 btfss STATUS,Z
; es el breaker 1?
86
goto br2 call breaker1 return
; no es cero
movlw "2" subwf d2,0 btfss STATUS,Z goto br3 call breaker2 return
; es el breaker 2?
movlw "3" subwf d2,0 btfss STATUS,Z goto br4 call breaker3 return
; es el breaker 3?
movlw "4" subwf d2,0 btfss STATUS,Z goto br5 call breaker4 return
; es el breaker 4?
movlw "5" subwf d2,0 btfss STATUS,Z goto br6 call breaker5 return
; es el breaker 5?
movlw "6" subwf d2,0 btfss STATUS,Z goto brn call breaker6 return
; es el breaker 6?
br2
br3
br4
br5 Sensor 1
br6
brn
Sensor 2
; no es ningun caso enviar N call limpia_buffer movlw "N" call enviaRS232 return
;************************************************************************** ********* ; RECIBE CARACTER SERIE - RS232 - DESDE LA PC ;************************************************************************** ********* recibeRS232 movf RCREG,W movwf dato_serie return
; guarda dato recibido en W
87
;************************************************************************** ********* ; ENVIA CARACTER SERIE - RS232 - A LA PC Y ESPERA A QUE HAYA SALIDO ;************************************************************************** ********* enviaRS232 ;MOVF dato_serie,W movwf TXREG bsf STATUS,RP0
OJO ; envío el dato en acunulador w ; Pág 1 RAM
Espere btfss TXSTA,TRMT goto Espere bcf STATUS,RP0 return
; transmision completa si es alto ; Pág 0 RAM
;************************************************************************ ; ACTIVA / DESACTIVA BREAKER SELECCIONADO ; *********************************************************************** breaker1: movlw subwf btfss goto bsf call bsf goto br11
bcf goto
"1" d3,0 STATUS,Z br11 PORTA,0 Tiempo PORTA,0 Fin_C PORTA,0 Fin_C
; tiene uno o cero
breaker2: movlw subwf btfss goto bsf call bsf goto br22
bcf goto
"1" d3,0 STATUS,Z br22 PORTA,1 Tiempo PORTA,1 Fin_C PORTA,1 Fin_C
; tiene uno o cero
breaker3: movlw subwf btfss goto bsf call bsf goto br33
bcf goto
"1" d3,0 STATUS,Z br33 PORTA,2 Tiempo PORTA,2 Fin_C PORTA,2 Fin_C
breaker4: movlw "1"
; tiene uno o cero
88
subwf btfss goto bsf call bsf goto br44
bcf goto
d3,0 STATUS,Z br44 PORTA,3 Tiempo PORTA,3 Fin_C PORTA,3 Fin_C
; tiene uno o cero
breaker5: movlw subwf btfss goto bsf call bsf goto br55
bcf goto
"1" d3,0 STATUS,Z br55 PORTB,0 Tiempo PORTB,0 Fin_C PORTB,0 Fin_C
; tiene uno o cero
breaker6: movlw subwf btfss goto bsf call bsf goto br66
bcf
"1" d3,0 STATUS,Z br66 PORTA,4 Tiempo PORTA,4 Fin_C PORTA,4
; tiene uno o cero
Fin_C Return ; ************************ ; ************************** limpia_buffer: buffer otro movlw 0x00 btfss PIR1,RCIF goto fin_b call recibeRS232 goto otro fin_b return
; hasta q no hayan datos en el
; hay otro dato RS232? ; NO hay ; sĂ, hay
;************************************************************************ ; CONTROL DE LAS ENTRADAS ; *********************************************************************** revisa_inputs: btfsc goto call goto
; REVISA LOS SENSORES PORTB,3 S2 espera1 Regresa_S
; SENSOR 1 ; A50Z
NORMAL +5
89
S2 btfsc PORTA,5 goto Regresa_S call espera2
; SENSOR 2
NORMAL +5
Regresa_S Return ;*********************** espera1: call Tiempo btfss PORTB,3
; Espera mientras tiene
exitacion goto espera1 movlw "S" call enviaRS232 movlw "P" call enviaRS232 movlw "1" call enviaRS232 movlw 0x00 return espera2: call Tiempo btfss PORTA,5
; Espera mientras tiene
exitacion goto espera2 movlw "S" call enviaRS232 movlw "P" call enviaRS232 movlw "2" call enviaRS232 movlw 0x00 return ST_RQ: movlw call movlw btfss goto movlw
; Tx cadena de status de sensores y breakers "B" enviaRS232 "0" PORTA,0 EnviaPr "1"
call
enviaRS232
movlw btfss goto movlw
"0" PORTA,1 EnviaSg "1"
call
enviaRS232
EnviaPr
EnviaSg movlw "0" btfss PORTA,2 goto EnviaTr
; Breaker 3
90
movlw "1" EnviaTr call
enviaRS232
movlw btfss goto movlw
"0" PORTA,3 EnviaCt "1"
EnviaCt call enviaRS232 ; sensores movlw "C"
; separa con C al Status
sensores call
enviaRS232
movlw btfss goto movlw
"0" PORTB,0 EnviaQt "1"
call
enviaRS232
movlw btfss goto movlw
"0" PORTA,4 EnviaSx "1"
call
enviaRS232
EnviaQt
EnviaSx movlw "Z" call enviaRS232 call limpia_buffer movlw 0x00 return
; Cierra el Status
Tiempo clrf tiempo1
contador
decfsz contador,F goto tiempo1 return
END
3.5.4.
Programación del microcontrolador PIC 16F628A Consiste en transferir
el código de máquina (.hex) a la memoria del
microcontrolador PIC. En este proceso se utiliza el programa para PC WinPic800 que toma el archivo del código ensamblado (.hex) donde se escoge el microcontrolador específico que vamos a utilizar y lo envía mediante el puerto USB a un dispositivo (hardware) que graba en la memoria del microcontrolador, comúnmente se denomina programador tanto al software como al hardware utilizados para esta tarea.
91
Ilustración 43. Diagrama del Proceso de grabación del PIC
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Ilustración 44. Hardware programador para PIC, PICKIT USB 2.0
Fuente: Fotografía PICKIT USB 2.0 en funcionamiento Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
92
3.5.4.1.
Cรณdigo fuente cรณdigo mรกquina (prueba2.hex) A continuaciรณn se observa el cรณdigo generado una vez compilado el archivo prueba2.asm desarrollado en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
93
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na vez ya compilado se procede a grabarlo en el microcontrolador con el hardware descrito anteriormente y con el software WinPic 800.
3.5.5.
Circuito de prueba y verificaci贸n (prototipo) Una vez ya programado el microcontrolador se procede a realizar un circuito de prueba para comprobar si su funcionamiento es el esperado tambi茅n se puede utilizar la herramienta MPLAB IDE que tiene incorporado un simulador que permite observar el comportamiento del PIC.
94
Ilustración 45. Circuito de prueba
Fuente: Fotografía del circuito de prueba Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.5.6.
Esquemático del circuito probado y finalizado A continuación podemos observar el diagrama del circuito electrónico una vez ya probado y finalizado.
95
Ilustraci贸n 46. Diagrama del circuito de control electr贸nico
Fuente: Investigaci贸n propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
96
3.6.
CIRCUITO DE CONTROL ELECTRÓNICO Una vez culminado las 2 fases anteriores se obtiene cómo resultado el desarrollo de un circuito de control elaborado con un microcontrolador PIC 16F628A y demás componentes electrónicos, el mismo que está enlazado un software de control que automatizará el encendido y apagado de las luminarias especificadas en el prototipo
de acuerdo a horarios clase. Estos eventos
estarán registrados en una base de datos. Con esto se ha logrado automatizar el encendido/apagado de las luminarias y se pretende obtener
un ahorro del
consumo de energía eléctrica en los lugares donde sea ejecutado el proyecto.
Ilustración 47. Circuito impreso de control
Fuente: Fotografía del circuito impreso de control Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.7.
DISEÑO DEL SOFTWARE PARA PC DEL SISTEMA DE CONTROL Se desarrolló un software de aplicación en Visual Basic.Net 2008 que realiza el control automatizado de luminarias, el ingreso al sistema y administración de usuarios, establece la comunicación por medio de puerto serial, envía/recibe datos, se desarrolló un algoritmo que permite encender y apagar la iluminación según horarios de clase y de forma manual. El software también permite el
97
ingreso de fechas en las que se excluye el control. Toda esta información se almacena en la base de datos de software libre MySQL. El programa en el microcontrolador está encargado de recibir las señales del sensor, enviar y recibir datos del computador a través del puerto serial RS 232, además realiza el control sobre el circuito de iluminación en el Aulario 1.
3.7.1.
Diagrama de procesos A continuación se muestra los diagramas de procesos del funcionamiento que tendrá el software, estos permiten detectar posibles problemas y buscar las soluciones. Se describe los siguientes procesos. Ilustración 48. Diagrama de proceso para el módulo administración de usuarios Inicio
Identificación de usuario
¿Existe comunicación serial?
SI SI
NO NO NO NO
¿Es usuario Administrador? SI SI Creación de Usuarilo
Control de luminarias
Asignación de perfil al usuario
Asignación de opciones al perfil
Fin
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
98
Ilustración 49. Diagrama de procesos módulo de control
Inicio
Identificación de usuario
NO
¿Existe comunicación serial? SI Verificación de periodo académico
Comprobación de Horarios de encendido y apagado
Fechas de exclusión del servicio
Encender / Apagar
Fin Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.7.2.
Diseño conceptual y técnico El diseño conceptual es aquel que especifica las funciones que debe realizar el sistema, una vez revisado y aprobado el diseño conceptual se procede a elaborar el documento donde se detallan cada uno de los requerimientos y funciones del sistema determinados en el diseño conceptual, en el diseño técnico permite determinar el hardware y software necesarios para desarrollar la aplicación.
99
Ilustración 50. Diseño conceptual y técnico
Entrevista usuarios
c
Requerimientos del Software
Diseño Conceptual
Aprobado
Diseño Técnico
Desarrollo del Sistema Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.7.3.
Diseño de base de datos El diseño de la base de datos fue realizado de acuerdo a las necesidades determinadas en los requerimientos del sistema de control, a continuación se detallan las tablas, sus campos y el tipo de datos que les corresponde.
100
Tabla 8. Descripción del diseño de la tabla tbl_usuarios.
Nombre del campo
Descripción
id_usuario
Identificador de la tabla usuarios
Usuario
Identificador único de usuario
nom_usuario
Nombres completos del usuario
Email del usuario
Teléfono
Teléfono del usuario
Estado
Estado del usuario(Activo/Inactivo)
fecha_crea
Fecha de creación del usuario
usuario_crea
Nombre del usuario quién creo el usuario
fecha_mod
Fecha de modificación del usuario
usuario_mod
Nombre del usuario quien modificó
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Tabla 9. Descripción del diseño de la tabla tbl_perfiles. Nombre del campo
Descripción
id_perfil
Identificador de la tabla perfiles
nom_perfil
Nombre del perfil
estado_perfil
Estado del perfil
perfec_crea
Fecha de creación del perfil
perfec_mod
Nombre del usuario que modifica el perfil
perfec_usuamod
Fecha de modificación del perfil de usuario
perfec_usuacrea
Nombre del usuario que crea el perfil
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
101
Tabla 10. Descripción del diseño de la tabla tbl_per_usuario. Nombre del campo
Descripción
id_perfil
Identificador de la tabla perfiles
id_usuario
Identificador de la tabla usuario
perusua_crea
Nombre del usuario que crea el perfil
perusua_fec_crea
Fecha de creación del perfil de usuario
perusua_fec_mod
Fecha de modificación del perfil de usuario
perusua_mod
Nombre del usuario que modifica el perfil
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Tabla 11. Descripción del diseño de la tabla tbl_per_opsistema Nombre del campo
Descripción
id_perfil
Identificador de la tabla perfiles
Opción
Identificador de la tabla opción sistema
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Tabla 12. Descripción del diseño de la tabla tbl_opcion_sistema. Nombre del campo
Descripción
Opción
Identificador de la tabla opción sistema
nombre_opcion
Nombre de la opción
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Tabla 13. Descripción del diseño de la tabla tbl_no_breakers Nombre del campo
Descripción
Fecha
Fecha que se excluye del control automatizado
Periodo
Periodo académico
Motivo
Motivo por el cual se excluye el control
id_usuario
Identificador del usuario que excluye el control
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
102
Tabla 14. Descripción del diseño de la tabla tbl_breaker Nombre del campo
Descripción
id_breaker
Identificador de la tabla breaker
nom_breaker
Nombre del breaker
descrip_breaker
Descripción del breaker
id_edificio_breaker
Código de edificio donde está ubicado el breaker
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Tabla 15. Descripción del diseño de la tabla tbl_edificio Nombre del campo
Descripción
id_edificio
Identificador de la tabla edificio
nom_edificio
Nombre del edificio
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Tabla 16. Descripción del diseño de la tabla tbl_eventos Nombre del campo
Descripción
id_transaccion
Identificador de la tabla eventos
Fechahora
Fecha y hora del evento
Evento
Nombre del evento (encendido o apagado)
Descripción
Descripción del evento (programado o por sensor)
id_breaker
Identificador del breaker controlado
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
103
Tabla 17. Descripción del diseño de la tabla tbl_horario Nombre del campo
Descripción
id_horario
Identificador de la tabla horario
hora_encendido
Hora en que se enciende la luz
hora_apagado
Hora en que se apaga la luz
id_periodo
Identificador de la tabla periodo
Dia
Día que debe realizar el control
id_breaker
Identificador del breaker controlado
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Tabla 18. Descripción del diseño de la tabla tbl_periodo Nombre del campo
Descripción
id_periodo
Identificador de la tabla periodo
periodo
Nombre del periodo académico
per_actual
Periodo o ciclo académico vigente.
fecha_ini
Fecha de inicio de periodo académico
fecha_fin
Fecha de fin de periodo académico
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
Tabla 19. Columnas de la tabla tbl_sensor Nombre del campo
Descripción
id_sensor
Identificador de la tabla sensor
nom_sensor
Nombre del sensor
descrip_sensor
Descripción del sensor
id_edificio_sensor
Código de edificio donde está ubicado el sensor.
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
104
3.7.4.
Dise帽o relacional Ilustraci贸n 51. Dise帽o Relacional tbl_periodo
tbl_horario PK
id_horario
FK1,I1 I2 FK2,I3
hora_encendido hora_apagado id_periodo dia id_breaker
PK
periodo per_actual fecha_ini fecha_fin
fecha periodo motivo id_usuario
tbl_usuarios PK
id_usuario
id_sensor
FK1
nom_sensor descrip_sensor id_edificio_sensor
PK
id_edificio nom_edificio
tbl_eventos
PK
id_breaker
PK
id_transaccion
I2
FK1
nom_breaker descrip_breaker id_edificio_breaker
fechahora evento id_breaker
FK1,I1
tbl_perfiles
tbl_per_usuario FK1 FK2,I1
usuario nom_usuario email telefono estado fecha_crea usuario_crea fecha_mod usuario_mod
tbl_edificio
PK
tbl_breaker
tbl_no_breakers
FK1
id_periodo
tbl_sensor
id_perfil id_usuario perusua_crea perusua_fec_crea perusua_fec_mod perusua_mod
PK
id_perfil nom_perfil estado_perfil perfec_crea perfec_mod perfec_usuamod perfec_usuacrea
tbl_opcion_sistema PK
opcion nombre_opcion
tbl_per_opsistema
view_eventos fechahora id_breaker Breaker concepto
Fuente: Investigaci贸n propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
PK,FK2,I1 PK,FK1,I2
id_perfil opcion
105
3.7.5.
Diseño de la interfaz gráfica en el software para PC Para que la interfaz del Sistema de Control con el usuario sea sencilla de utilizar se ha diseñado interfaces gráficas amigables tanto para la administración de usuarios como la del control de luminarias las mismas que se detalla a continuación. Las interfaces del sistema de control fueron diseñadas de modo que el usuario con perfil Administrador pueda tener un control total de todas las opciones del sistema, mientras que el usuario con perfil Control únicamente tenga acceso a las opciones de control únicamente, sin embargo estas opciones son totalmente configurables de modo que si al usuario con perfil Control se le desea asignar permiso para utilizar más opciones es posible.
3.7.5.1.
Módulo administración de usuarios y datos Ilustración 52. Interfaz Inicio de Sesión
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
En este módulo se puede realizar el control de usuarios, perfiles y la asignación de opciones del sistema a cada perfil que básicamente son: Administrador y Control. A este módulo únicamente tendrá acceso el usuario administrador. El sistema está compuesto de 4 menús: Control Parámetros Seguridades Reportes
106
Ilustración 53. Interfaz menú de opciones tipo MDI
Fuente: Proyecto Control automatizado de Luminarias Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.7.5.2.
Módulo de Control de Luminarias En este módulo el usuario Control podrá monitorear las luminarias que se deben encender o apagar por horario y también podrá controlar de forma manual.
Ilustración 54. Interfaz de control de luminarias
Fuente: Proyecto Control automatizado de Luminarias Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
107
3.8.
FASE DESARROLLO Y PRUEBA DEL SISTEMA
3.8.1.
Conectividad externa del sistema El software de aplicación denominado “Control Automatizado de Luminarias”, se conecta de forma directa por medio de la red al servidor de base de datos, el software se comunica con el Circuito de Control Electrónico por medio del puerto serial para realizar las tareas de encendido y apagado del circuito de iluminación controlado. Ilustración 55. Estructura de conexión externa
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.8.2.
Conectividad interna del sistema La arquitectura utilizada para el desarrollo del Sistema Informático es la del modelo Cliente-Servidor, consta de dos capas; la primera capa encapsula la presentación (interfaz de usuario) y la lógica, la segunda capa gestiona el almacenamiento de datos (acceso a datos). Ilustración 56. Estructura de conexión externa
Fuente: Investigación propia Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
108
3.8.3.
Codificación del Sistema Automatizado de Control de Luminarias En la fase de codificación del sistema de control automatizado de luminarias se procedió
a escribir el código fuente de la aplicación
el mismo que
constantemente era probado conjuntamente con el circuito de control electrónico para garantizar conectividad y control efectivo sobre el circuito electrónico y la base de datos. Para la codificación del sistema informático se utilizó el lenguaje de programaciónVisual Basic .NET del IDE Visual Studio 2008.
3.8.3.1.
Código fuente del software desarrollado para el PC A continuación se muestra un extracto del código fuente utilizado para controlar el circuito electrónico: Imports MySql.Data.MySqlClient Imports System.IO.Ports Imports System.Windows.Forms Public Class frm_panel_c Dim on_off_query As String Private Sub Actualiza_botones() Dim Lamparas As String Dim Sensores As String If Cadena_Status <> "" Then ' SB0000C00Z If Mid(Cadena_Status, 1, 2) = "SB" Then Lamparas = Mid(Cadena_Status, 3, 4) Sensores = Mid(Cadena_Status, 8, 2) If Mid(Lamparas, 1, 1) = "1" Then Breaker1.BackColor = Color.LightGreen Else Breaker1.BackColor = Color.LightGray If Mid(Lamparas, 2, 1) = "1" Then Breaker2.BackColor = Color.LightGreen Else Breaker2.BackColor = Color.LightGray If Mid(Lamparas, 3, 1) = "1" Then Breaker3.BackColor = Color.LightGreen Else Breaker3.BackColor = Color.LightGray If Mid(Lamparas, 4, 1) = "1" Then Breaker4.BackColor = Color.LightGreen Else Breaker4.BackColor = Color.LightGray If Mid(Sensores, 1, 1) = "1" Then B_Sensor1.BackColor = Color.LightGreen Else B_Sensor1.BackColor = Color.LightGray If Mid(Sensores, 2, 1) = "1" Then B_Sensor2.BackColor = Color.LightGreen Else B_Sensor2.BackColor = Color.LightGray End If End If End Sub Private Sub Apaga_Botones(ByVal BotonN As Int16, ByVal Graba As Boolean) If Graba Then ' Grabar el apagado Manual on_off_query = "INSERT INTO tbl_eventos(fechahora,evento,id_breaker) values( NOW(),'D'," + BotonN.ToString + " )" Dim comandInsert As MySqlCommand comandInsert = New MySqlCommand(on_off_query, mdi_menu.conx) comandInsert.ExecuteNonQuery() End If End Sub Private Sub Enciende_Botones(ByVal BotonN As Int16, ByVal Graba As Boolean)
109
If Graba Then ' Grabar el Encendido Manual on_off_query = "INSERT INTO tbl_eventos(fechahora,evento,id_breaker) values( NOW(), 'C'," + BotonN.ToString + " )" Dim comandInsert As MySqlCommand comandInsert = New MySqlCommand(on_off_query, mdi_menu.conx) comandInsert.ExecuteNonQuery() End If End Sub Private Sub Breaker1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Breaker1.Click If Me.Breaker1.BackColor = Color.LightGreen Then Call Envia_Serial("A10Z") Call Apaga_Botones(1, True) Else Call Envia_Serial("A11Z") Call Enciende_Botones(1, True) End If End Sub Private Sub Breaker2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Breaker2.Click If Me.Breaker2.BackColor = Color.LightGreen Then Call Envia_Serial("A20Z") Call Apaga_Botones(2, True) Else Call Envia_Serial("A21Z") Call Enciende_Botones(2, True) End If End Sub Private Sub Breaker3_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Breaker3.Click If Me.Breaker3.BackColor = Color.LightGreen Then Call Envia_Serial("A30Z") Call Apaga_Botones(3, True) Else Call Envia_Serial("A31Z") Call Enciende_Botones(3, True) End If End Sub Private Sub Breaker4_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Breaker4.Click If Me.Breaker4.BackColor = Color.LightGreen Then Call Envia_Serial("A40Z") Call Apaga_Botones(4, True) Else Call Envia_Serial("A41Z") Call Enciende_Botones(4, True) End If End Sub Private Sub B_Sensor1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles B_Sensor1.Click If Me.B_Sensor1.BackColor = Color.LightGreen Then Call Envia_Serial("A50Z") Else Call Envia_Serial("A51Z") End If End Sub Private Sub B_Sensor2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles B_Sensor2.Click If Me.B_Sensor2.BackColor = Color.LightGreen Then Call Envia_Serial("A60Z")
110
Else Call Envia_Serial("A61Z") End If End Sub Private Sub Btn_Refresh_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Btn_Refresh.Click ' ACTUALIZAR EL HORARIO BASE DG1.Rows.Clear() Call mdi_menu.Llena_Matriz_T() Me.Timer2.Enabled = 0 Call Llena_Grid() Me.Timer2.Enabled = 1 End Sub End Class
3.8.4.
Pruebas del Sistema Automatizado de Control de Luminarias En esta fase se realizan las pruebas necesarias para validar el producto desarrollado en la fase anterior. Si las pruebas indican la necesidad de modificar el prototipo para corregir defectos o para agregar funcionalidad, se vuelve a la fase anterior hasta que el prototipo cumpla con las especificaciones que se han detallado inicialmente. A continuación se detalla las actividades realizadas para efectuar las pruebas: Comprobar que el circuito electrónico realice correctamente el encendido y apagado de las luminarias de acuerdo a las ordenes enviadas desde el computador Comprobar que el sistema de control de luminarias registre en la base de datos cada uno de los eventos de los breakers. Comprobar que el sistema realice el control con los horarios establecidos en los parámetros.
3.9.
ENTREGA DEL PROYECTO CONTROL AUTOMATIZADO DE LUMINARIAS Una vez finalizado el proyecto denominado “Control Automatizado de Luminarias Prototipo - Aulario 1” se procede a entregarlo a la Escuela de Ingeniería de Sistemas y Computación de la PUCE SD, la misma que remite el proyecto al CITIC para que realice las pruebas de integración, funcionamiento y control de calidad, una revisado el CITIC emitió un informe favorable indicando que el
111
proyecto cumple con los requerimientos planteados en la primera fase. (Ver Anexo 4).
3.9.1.
Circuito de control electrónico. Esta compuesto del PIC 16F628A, MAX 232
y Optoacopladores y Triacs y
demás componentes electrónicos. Ilustración 57. Circuito Electrónico.
Fuente: Fotografía del circuito impreso de control Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
3.9.2.
Maqueta Aulario1. Realizada para la entrega y revisión del proyecto, representa al Aulario 1, pasillo planta alta, lugares a ser controlados en el prototipo. Ilustración 58. Maqueta.
Fuente: Fotografía de Maqueta aulario 1, planta alta Elaborado por: Myriam Delgado y Margoth Guaraca
112
3.9.3.
Sistema Automatizado de control de luminarias (SYSLIGTH). Sistema desarrollado para que realice el control automatizado de luminarias en el prototipo, se entrega en un DVD.
3.9.4.
Manual técnico de instalación y configuración. Este documento va dirigido al personal técnico y cualificado
que será
responsable de instalar, configurar el circuito electrónico con el Sistema de control automatizado de luminarias. (Ver Anexo 5).
3.9.5.
Manual de usuario. Este documento está dirigido al usuario final del sistema, en él se detalla la forma correcta de utilizar la aplicación y describe cada una de sus funciones. (Ver Anexo 6).
3.9.6.
Código fuente. se entrega un DVD el mismo contiene los archivos que componen el código fuente del control automatizado de luminarias, estructura de la base de datos y un archivo denominado “Soporte Tecnico” el mismo que contiene documentación técnica de los componentes , esquemáticos utilizados en el circuito electrónico y código fuente del Microcontrolador.
CONCLUSIONES
Para el presente proyecto se desarrolló un control propio utilizando un microcontrolador PIC 16F628A. La comunicación entre el microcontrolador y PC que contiene el software de aplicación se lo realiza mediante el estándar RS-232 (puerto serial).
La aplicación desarrollada controla de forma automatizada y eficiente el encendido y apagado de las luminarias, almacena los horarios y registra los eventos producidos en una base de datos en MySQL..
La implementación de un circuito de control, basado en el prototipo, logra un ahorro considerable de energía eléctrica, así como la disminución de la contaminación ambiental.
El control automatizado de luminarias es apropiado para controlar lo especificado en el prototipo (aula 15 y pasillo planta alta del Aulario 1) puesto que las instalaciones eléctricas no son las apropiadas para implementar este proyecto en todo el edificio.
RECOMENDACIONES
Antes de instalar el control para la iluminación en Aulario 1 (aula 15 y pasillo planta alta) de la PUCE SD, se debe verificar que el sistema de iluminación convencional sea el adecuado para poder implementar este proyecto.
Se recomienda que para la implementación de este tipo de proyectos se utilicen opto-acopladores y triacs en lugar de relés; puesto que los relés tienen la desventaja de no aislar el circuito de entrada con el circuito de salida; al no hacerlo se producen interferencias y ruido entre los componentes electrónicos.
En aplicaciones futuras de este tipo de proyectos en donde vaya a controlar una mayor área geográfica, se recomienda utilizar microcontroladores que admitan comunicación inalámbrica.
Finalmente se recomienda, que se imparta a los estudiantes nociones básicas de electrónica y microcontroladores en la asignatura de electrología puesto que con los mismos se abre una gran oportunidad para el desarrollo de este tipo de aplicaciones ya sea para automatismos y la Domótica.
BIBLIOGRAFÍA LIBROS
Rodríguez J., Mosquera J. Programación avanzada con Microsoft Visual Basic .NET. España, Edigrafos S.A, primera edición en español, 2003.
Halvorson, Michael. Microsoft Visual Basic 2008 Step by Step. U.S.A, Microsoft Press, segunda edición, 2008.
Blanco, Luis Miguel. Programación en Visual Basic .Net. España, Grupo Eidos, 2002.
Elmasri, Ramez, Navathe, Shamkant B. Sistemas de Bases de Datos Conceptos Fundamentales, España, Segunda Edición, 1994
Stephens, Rod. Diseño de Bases de Datos. Fundamentos. España, Anaya Multimedia, España, 2009.
Valdez Perez, Fernando, Pallas Areny, Ramón. Microcontroladores, Fundamentos y aplicaciones con PIC. México, Alfaomega, Marcombo, 2007.
Palacios, Enrique, López, Lucas J. Microcontrolador PIC16F84, Rama, tercera edición, 2009.
MANUALES
Torres Torriti, Miguel. “Tutorial Microcontroladores PIC”, abril 2007
SOPORTE ELECTRÓNICO
Fernández, Javier Gracia. “Luminotecnia. Iluminación de interiores y exteriores”, http://edison.upc.edu/curs/llum/indice0.html. 22/ 05/2010.
Loy D, Myriam. “Las luminarias: Conceptos de Calidad”, https://www.ucursos.cl/fau/2008/2/AE606/4/material_docente/bajar?id_material=3230. 04/02/2010.
116
Oracle. “MySQL Documentation: MySQL Reference Manuals”. http://dev.mysql.com/doc/. 06/06/2010.
Oracle. “MySQL 5.0 Reference Manual”. http://downloads.mysql.com/docs/refman5.0-es.pdf. 06/06/2010.
Murugarren,
Joaquín
Gracia.
“Manual
de
MySQL”.
http://www.webestilo.com/mysql/. 07/06/2010.
S/N. “MySQL Ya”. http://www.mysqlya.com.ar/. 08/06/2010.
Vera Sch. Alvaro. “Tutorial Microcontrolador PIC”. http://micropic.galeon.com/curso4.html. 15/06/2010.
Rueda, Luis “Microcontroladores”. http://perso.wanadoo.es/luis_ju/pic/indexpic.html
Microchip Technology. “PIC16F627A/628A/648 Data Sheet”. http://www.microchip.com. 25/06/2010.
Texas
Instruments
05/07/2010
Incorporated.
“Max232”.
www.datasheetcatalog.com.
GLOSARIO Amperio: Unidad de medida de corriente eléctrica (símbolo A) que corresponde al paso de un culombio por segundo.9 Automatización: Es la tecnología que trata de la aplicación de sistemas mecánicos, electrónicos y de bases computacionales para operar y controlar la producción.10 Bit: Es la unidad digital más pequeña que puede manejar una computadora.11 Bobina: Carrete sobre el que se enrolla hilo, alambre, etc., y el hilo mismo.12 Breaker: Protector de circuitos para evitar cortocircuitos.13 Byte: Es la unidad fundamental de datos en los ordenadores personales, un byte son 8 bits.14 Capacitor: Dispositivo eléctrico que permite acumular cargas eléctricas.15 Circuito: El que tiene sus componentes unidos en un soporte.16 Código fuente: texto escrito en un lenguaje de programación específico y que puede ser leído por un programador.17 Compilar: Proceso de traducción de un código fuente (escrito lenguaje de alto nivel) a lenguaje máquina (código objeto) para que pueda ser ejecutado por la computadora.18
9
Diccionario de informática http://alegsa.com.ar/Dic/Definicion/de/amperio.php 11/09/2010
10
Tripod http://sifunpro.tripod.com/automatizacion.htm 11/09/2010
11
Diccionario de informática http://alegsa.com.ar/Dic/bit.php 11/09/2010
12
WordReference http://wordreference.com/definicion/bobina 11/09/2010
13
Glosario de términos http://arte-y-arquitectura.glosario.net/construccion-y-arquitectura/breaker6609.html 10/09/20010 14
Masadelante http://www.masadelante.com/faqs/byte 12/09/2010
15
TuVeras http://www.tuveras.com/electrotecnia/condensadores.htm 11/09/2010
16
Diccionario de la lengua española http://wordreference.com/definicion/circuito 10/11/2010
17
Diccionario de informática http://alegsa.com.ar/Dic/codigo%20fuente.php 10/09/2010
118
Dímer: son dispositivos usados para regular la energía en una o varias lámparas. Así, es posible variar la intensidad de la luz, siempre y cuando las propiedades de la luminaria lo permitan.19 Fluorescente: De la fluorescencia o relativo a ella.20 Frecuencia Mhz: número de veces que se repite una onda en una cantidad de tiempo determinada.21 Hardware: Término inglés que hace referencia a cualquier componente físico tecnológico, que trabaja o interactúa de algún modo con la computadora.22 Interfaz: En software, parte de un programa que permite el flujo de información entre un usuario y la aplicación, o entre la aplicación y otros programas periféricos. Esa parte de un programa está constituida por un conjunto de comandos y métodos que permiten estas intercomunicaciones.23 Lenguaje de programación: Lenguaje artificial que puede ser usado para controlar el comportamiento de una máquina, especialmente una computadora.24 Lumen: Unidad de flujo luminoso del Sistema Internacional, que equivale al flujo luminoso emitido por una fuente puntual uniforme situada en el vértice de un ángulo sólido de un estereorradián y cuya intensidad es una candela. (Símbolo. lm).25 Luminarias: Se denomina luminarias a la unidad de luz destinada a albergar una o varias lámparas.26
18
Diccionario de informática http://alegsa.com.ar/Dic/compilar.php 11/09/2010
19
Enciclopedia libre Wikipedia http://es.wikipedia.org/wiki/Dimmer WordReference. http://wordreference.com/definicion/fluorescente. 10/09/2010
20 21
MasterMagazine. http://www.mastermagazine.info/termino/5871.php. 11/09/2010
22
Diccionario de informática. http://alegsa.com.ar/Dic/hardware.php. 11/09/2010
23
Diccionario de informática. http://alegsa.com.ar/Dic/interfaz.php . 11/09/2010
24
Diccionario de informática. http://alegsa.com.ar/Dic/lenguaje %20de%20programacion.php. 11/09/2010 25 Diccionario de la lengua española. http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?TIPO_BUS=3&LEMA=lumen. 23/08/2010 26 Luminarias para iluminación de interiores. http://edutecne.utn.edu.ar/eli-iluminacion/cap05.pdf. pag.2 10/09/2010
119
Mercurio: Elemento químico metálico, líquido a temperatura ambiente, de color plateado brillante y más pesado que el plomo, usado en la fabricación de termómetros y barómetros por su sensibilidad al calor.27 Protocolo: Un protocolo es el lenguaje (conjunto de reglas formales) que permite comunicar nodos (computadoras o dispositivos electrónicos) entre sí.28 Prototipo: Primer ejemplar de alguna cosa que se toma como modelo para crear otros de la mismo clase.29 Puerto: Interfaz por la cual pueden enviarse o recibirse datos. Esa interfaz puede ser física o de software (puerto de navegación http, puerto de IRC, serial, etc.).30 Sensor: Llamamos sensor a un dispositivo que mide de manera automática una variable como puede ser la temperatura, la presión o inclusive el régimen de giro, entre otras cosas.31 Software: En computación, el software en sentido estricto es todo programa o aplicación programada para realizar tareas específicas.32 Voltaje: El voltaje es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor. Es decir, conduce la energía eléctrica con mayor o menor potencia.33 Watt: un vatio (W) es la medida de la cantidad de energía eléctrica convertida en luz y calor en un segundo.34
27 WordReference. http://wordreference.com/definicion/mercurio. 11/09/2010 28
Diccionario de informática. http://alegsa.com.ar/Dic/protocolo.php. 11/09/2010
29
WordReference. http://wordreference.com/definicion/prototipo. 11/09/2010
30
Diccionario de informática. http://alegsa.com.ar/Dic/puerto%20de%20datos.php. 11/09/2010
31
Definición ABC. http://www.definicionabc.com/motor/sensor.php. 11/09/2010
32
Diccionario de informática. http://alegsa.com.ar/Dic/software.php. 11/09/2010
33
Definición ABC. http://www.definicionabc.com/ciencia/voltaje.php. 11/09/2010
34
Diccionario Babylon. http://diccionario.babylon.com/watt/. 11/09/2010
120
ANEXO 1 (PLANO ELÉCTRICO)
121
ANEXO 2 (Data sheet PIC 16F628A)
125
ANEXO 3 (Data sheet MAX232)
128
ANEXO 4 (INFORME DE DISERTACIÓN DE GRADO)
129
ANEXO 5 (MANUAL TÉCNICO)
163
ANEXO 6 (MANUAL DE USUARIO