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Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

TRABAJO FINAL DE GRADO
Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
SISTEMA DE GESTIÓN DOMÓTICA DE UNA VIVIENDA
PARA PERSONAS QUE PRESENTEN ALGÚN TIPO DE
DISCAPACIDAD

Memoria Técnica

Autor: Guillem Vázquez Castaño
Director: Manuel Andrés Manzanares Brotons
Convocatoria: Junio 2021
Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

RESUM

En aquest treball, es dissenya un prototip en base a un microcontrolador
AtMega2560 per al sistema de gestió domòtica d’un habitatge per a persones
que presenten algun tipus de discapacitat. Aquest projecte s’ha considerat molt
interesant per a profunditzar en el camp de la domòtica, perquè avui en dia, és
un tema amb molta demanda i amb una projecció de futur molt elevada.
La domòtica de la llar es pot enfocar també amb l’objectiu de facilitar les
condicions de la llar per a aquelles persones que presenten algun tipus de
discapacitat.
En el treball s’inclouen explicacions relacionades amb la domòtica i les diferents
discapacitats, gràcies a un procés d’anàlisi de les fonts d’informació i d’altres
treballs relacionats amb el mateix tema.
S’han dissenyat moltes funcionalitats amb l’objectiu de proporcionar a la llar d’un
habitatge, el major nombre de facilitats per a residents que presentin algun tipus
de discapacitat.

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

RESUMEN

En este trabajo, se diseña un prototipo en base a un microcontrolador
AtMega2560 para el sistema de gestión domótica de una vivienda para personas
que presentan algún tipo de discapacidad. Este proyecto se ha considerado muy
interesante para profundizar en el campo de la domótica, porque hoy en día, es
un tema con mucha demanda y con una proyección de futuro muy elevada.
La domótica del hogar se puede enfocar también con el objetivo de facilitar las
condiciones del hogar para aquellas personas que presenten algún tipo de
discapacidad.
En el trabajo se incluyen las explicaciones relacionadas con la domótica y
diferentes tipos de discapacidades, gracias a un proceso de análisis de las
fuentes de información y de otros trabajos relacionados con el mismo tema.
Se han diseñado muchas funcionalidades con el objeto de proporcionar al hogar
de una vivienda, el mayor número de facilidades para residentes que presente
algún tipo de discapacidad.

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

ABSTRACT

In this work, a prototype is designed base on an AtMega2560 microcontroller for
the home automation management system for people with some type of disability.
This project has been considered very interesting to delve into the field of home
automation, because today, it is an issue with high demand and with a very high
future projection.
Home automation can also be approached with the aim of facilitating home
conditions for those who have some type of disability.
The work includes explanations related to home automation and different types
of disabilities, thanks to a process of analysis of information sources and others
projects related to the same topic.
Many functionalities have been designed in order to provide the home of a
dwelling with the greatest number of facilities for residents with some type of
disability.

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

AGRADECIMIENTOS

Me gustaría agradecer a mi tutor, Manuel Andrés Manzanares, su predisposición
y su ayuda a lo largo de la elaboración de este proyecto.
También quiero agradecer al personal del laboratorio de proyectos por la
realización de la placa de circuito impreso y por dejarme usar las herramientas
del laboratorio.
Por último, agradecer a dos compañeros de universidad, Raúl Rodríguez y Eric
Marín, que si alguna vez me ha surgido alguna duda me han aconsejado sin
ningún inconveniente.

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

Índice

1. OBJETO .................................................................................................................................. 6
2. MOTIVACIÓN Y JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 7
3. ESPECIFICACIONES BÁSICAS ........................................................................................ 8
4. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 9
4.1. DISCAPACIDADES ....................................................................................................... 9
4.1.1. TIPOS DE DISCAPACIDADES ............................................................................ 9
4.1.2. DISCAPACIDADES EN NUESTRO PAÍS ........................................................ 11
4.2. DOMÓTICA ................................................................................................................... 11
4.2.1. HISTÓRIA .............................................................................................................. 11
4.2.2. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 12
4.2.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS ........................................................................... 14
4.2.4. EJEMPLOS DE DOMÓTICA EN EL HOGAR .................................................. 14
4.2.5. DOMÓTICA PARA DISCAPACITADOS ........................................................... 16
5. POSIBLES SOLUCIONES ................................................................................................. 18
5.1. CONTROL CENTRALIZADO VS DISTRIBUIDO ................................................... 18
5.1.1. SISTEMA DE CONTROL CENTRALIZADO .................................................... 18
5.1.2. SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO ......................................................... 18
5.2. PLACAS Y MICROCONTROLADORES ................................................................. 20
5.2.1. ARDUINO Y ATMEGA ......................................................................................... 20
5.2.2. STM32 Y ARM ...................................................................................................... 22
5.2.3. PIC .......................................................................................................................... 23
5.3. SENSORES .................................................................................................................. 25
5.3.1. SENSORES DE TEMPERATURA ..................................................................... 25
5.3.2. SENSORES DE MOVIMIENTO ......................................................................... 27
6. SOLUCIONES ESCOGIDAS ............................................................................................. 30
6.1. PROTOTIPO DE PRUEBAS ......................................................................................30
6.1.1. ESQUEMA ELÉCTRICO ..................................................................................... 30
6.1.2. SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD ..................................................... 30
6.1.3. DISPLAY LCD ....................................................................................................... 31
6.1.4. KEYPAD 4X4 ......................................................................................................... 34
Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

6.1.5. HC-SR501 .............................................................................................................. 35
6.1.6. SENSOR DE GAS MQ-2 ..................................................................................... 36
6.1.7. MOTOR PASO A PASO 28BYJ-48 ................................................................... 37
6.1.8. RTC DS1302 ......................................................................................................... 40
6.1.9. BUZZER KY-012 ................................................................................................... 41
6.1.10. MÓDULO BLUETOOTH HC-06 ....................................................................... 43
6.1.11. PLACA ARDUINO MEGA 2560 ....................................................................... 44
6.1.12. CONTROL DISTRIBUIDO ................................................................................ 45
6.1.13. CONEXIÓN EN PROTOBOARD ..................................................................... 45
6.2. PROTOTIPO DE VENTAS ......................................................................................... 47
6.2.1. ESQUEMA ELÉCTRICO ..................................................................................... 48
6.2.2. LUCES .................................................................................................................... 51
6.2.3. SENSORES DE PRESENCIA ............................................................................ 52
6.2.4. PERSIANA MOTORIZADA ................................................................................. 53
6.2.5. TOMAS Y CABLEADO ........................................................................................ 54
6.2.6. EXPANSOR DE BUS ........................................................................................... 55
6.2.7. FUENTE DE ALIMENTACIÓN ........................................................................... 56
6.2.8. ELECTROIMÁN DE 300 LIBRAS ...................................................................... 57
7. APLICACIÓN MÓVIL .......................................................................................................... 58
8. FUNCIONALIDADES .......................................................................................................... 63
8.1. CONTROL DE UNA PERSIANA ............................................................................... 63
8.2. AVISO DE TEMPERATURA Y HUMEDAD ............................................................. 64
8.3. DESBLOQUEO DE LA PUERTA DE ENTRADA .................................................. 65
8.4. CONTROL DE LUCES ................................................................................................ 66
8.5. AVISO DE PRESENCIA DE GAS ............................................................................. 67
8.6. AVISO PARA LA MEDICACIÓN ............................................................................... 68
8.7. SIMULACIÓN DE LLAMADA A LA PUERTA ........................................................ 69
9. SOFTWARE ......................................................................................................................... 70
9.1. CONTROL LUZ HABITACIÓN ...................................................................................... 70
9.2. LECTURA SENSOR DHT22 ...................................................................................... 71
9.3. CONTROL DE LA HORA ........................................................................................... 72
9.4. CONTROL DE LLAMADA A LA PUERTA.............................................................. 72
Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

9.5. LECTURA SENSOR MQ-2......................................................................................... 73
9.6. CONTROL DE LA PUERTA ...................................................................................... 74
9.7. CONTROL PERSIANA ............................................................................................... 75
9.8. APLICACIÓN MÓVIL .................................................................................................. 76
10. DISEÑO DE LAS PLACAS DE CIRCUITO IMPRESO ............................................... 77
10.1. DISEÑO DE LA PLACA ........................................................................................... 77
10.2. ELABORACIÓN DE LA PLACA ............................................................................. 78
11. COMUNICACIONES ......................................................................................................... 81
12. NORMATIVA ...................................................................................................................... 82
13. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ................................................................................. 83
14. DIAGRAMA DE GANTT ................................................................................................... 85
15. IMPACTO MEDIOAMBIENTAL ...................................................................................... 86
16. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 87
17. POSIBLES MEJORAS ..................................................................................................... 88
18. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 89

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

Índice figuras

Figura 4.1. – Imagen de los cinco sentidos [2] ..................................................................... 9
Figura 4.2.- Persona con movilidad reducida. [2] ............................................................... 10
Figura 4.3.- Mapa de España de personas discapacitadas en cada región. [1] ............ 11
Figura 4.4.- ECHO IV primer producto domótico. [6] ......................................................... 12
Figura 4.5. - Imagen que representa una casa domótica. [6] ........................................... 13
Figura 4.6.- Desbloqueo de la puerta a través del móvil. [5] ............................................ 15
Figura 4.7.- Control de la persiana a través del móvil. [5] ................................................. 15
Figura 4.8.- Control de la silla de ruedas. [21] .................................................................... 17

Figura 5.1.- Esquema de comunicación. [11] ...................................................................... 19
Figura 5.2.- Microcontrolador ATMEGA328. [21] ............................................................... 21
Figura 5.3.- Microcontrolador con arquitectura ARM. [21] ................................................ 23
Figura 5.4.- Características de diferentes tipos de microcontroladores PIC. [10] ......... 24
Figura 5.5.- Microcontrolador PIC. [10] ................................................................................ 25
Figura 5.6.- Sensor DHT11 y DHT22. [7] ............................................................................ 25
Figura5.7.- Sensor LM35. [7] ................................................................................................ 27
Figura 5.8.- Sensor HC-SR501. [12] .................................................................................... 28
Figura 5.9.- Sensor de presencia Deleycon. [21] ............................................................... 29

Figura 6.1.- Esquema eléctrico del prototipo de pruebas. ................................................ 30
Figura 6.2.- Sensores DHT11 y DHT22. [12] ...................................................................... 31
Figura 6.3.- Esquema de conexión del sensor DHT22. [21] ............................................. 31
Figura 6.4.- Letras y símbolos de la pantalla LCD. [13] .................................................... 32
Figura 6.5.- Esquema de conexión del LCD 1602. [14]..................................................... 34
Figura 6.6.- Esquema interno keypad 4x4. [15] .................................................................. 34
Figura 6.7.- Esquema de conexión del teclado 4x4. [15] .................................................. 35
Figura 6.8.- Pines sensor HC-SR501. [21] .......................................................................... 36
Figura 6.9.- Esquema de conexión del sensor HC-SR501. [12] ...................................... 36
Figura 6.10.- Sensor de gas MQ-2. [13] .............................................................................. 37
Figura 6.11.- Esquema de conexión del sensor de gas MQ-2. [13] ................................ 37
Figura 6.12.- Motor paso a paso 28BYJ-48. [16] ................................................................ 38
Figura 6.13.- Esquema eléctrico driver y motor 28BYJ-48. [16] ...................................... 39
Figura 6.14.- Esquema conexión Arduino, driver y motor 28BYJ-48. [16] ..................... 40
Figura 6.15.- Reloj de Tiempo Real. [17] ............................................................................. 40
Figura 6.16.- Esquema conexión del RTC. [17] .................................................................. 41
Figura 6.17. - Zumbador activo KY-012. [18] ...................................................................... 42
Figura 6.18. - Esquema conexión zumbador activo KY-012. [18] ................................... 42
Figura 6.19.- Módulo bluetooth HC-06. [13] ........................................................................ 43
Figura 6.20.- Esquema conexión módulo bluetooth HC-06. [13] ..................................... 44
Figura 6.21.- Arduino Mega 2560. [21] ................................................................................ 44
Figura 6.22.- Esquema conexión de un LED. [21] ............................................................. 46
Figura 6.23.- Esquema de conexión de un pulsador. [21] ................................................ 46
Figura 6.24.- Prototipo de pruebas en protoboard. ............................................................ 47
Figura 6.25.- Plano de una vivienda estándar. [21] ........................................................... 47
Figura 6.26.- Esquema eléctrico del prototipo de ventas. ................................................. 48
Figura 6.27.- Bombilla Metrix LED GU5.3. [21]................................................................... 51
Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

Figura 6.28.- Conexionado de una bombilla al microcontrolador. [21] ........................... 51
Figura 6.29.- Sensor de movimiento EKM Standard Detection Type. [20] ..................... 53
Figura 6.30.- Motor tubular DIMOEL shut de 20 Nm. [21] ................................................ 54
Figura 6.31.- Interruptor de Schneider electric SC5EPH1303121. [21] .......................... 54
Figura 6.32.- Regleta de circulación de cables. [21] ......................................................... 55
Figura 6.33.- Cable trenzado apantallado. [21]................................................................... 55
Figura 6.34.- Expansor de bus PCF8574. [13] ................................................................... 55
Figura 6.35.- Fuente de alimentación de AzDelivery. [21] ................................................ 56
Figura 6.36.- Electroimán de 300 libras. [21] ...................................................................... 57

Figura 7.1.- Pantalla principal aplicación. ........................................................................... 58
Figura 7.2.- Pantalla de control de luces aplicación. ......................................................... 59
Figura 7.3.- Pantalla de lectura de sensores aplicación.................................................... 59
Figura 7.4.- Pantalla de control de persianas aplicación. ................................................. 60
Figura 7.5.- Pantalla de control de la puerta aplicación. ................................................... 61
Figura 7.6.- Botón de conectar y de desconectar aplicación. ........................................... 61
Figura 7.7.- Componentes detectados con bluetooth. ....................................................... 62

Figura 8.1.- Pantalla de control de persianas aplicación con bluetooth conectado. ..... 64
Figura 8.2.- Pantalla LCD con valores de temperatura y humedad. ............................... 64
Figura 8.3.- Pantalla de lectura de sensores aplicación que muestra aviso. ................. 65
Figura 8.4.- Pantalla LCD que muestra la contraseña. ..................................................... 66
Figura 8.5.- Pantalla LCD que muestra aviso de gas. ....................................................... 67
Figura 8.6.- Pantalla LCD que muestra aviso de la medicación. ..................................... 68
Figura 8.7.- Pantalla LCD que muestra aviso de llamada a la puerta............................. 69

Figura 9.1.- Diagrama de flujo del control de la luz de la habitación............................... 70
Figura 9.2.- Diagrama de flujo de la lectura del sensor DHT22. ...................................... 71
Figura 9.3.- Diagrama de flujo del control de la hora. ........................................................ 72
Figura 9.4.- Diagrama de flujo del sobre el control de llamada a la puerta. ................... 72
Figura 9.5.- Diagrama de flujo sobre la lectura del sensor MQ-2. ................................... 73
Figura 9.6.- Diagrama de flujo del control de la puerta. .................................................... 74
Figura 9.7.- Diagrama de flujo del control de la persiana. ................................................ 75
Figura 9.8.- Diagrama de flujo de la aplicación móvil general. ......................................... 76

Figura 10.1.- Layout de los componentes del prototipo de pruebas. .............................. 77
Figura 10.2.- Fotolito para la placa del prototipo de pruebas. .......................................... 78
Figura 10.3. - Reacción que provoca la resina [21]. .......................................................... 78
Figura 10.4. – Efecto del atacado en la placa [21]. ............................................................ 79
Figura 10.5. - Taladro Dremel. .............................................................................................. 79
Figura 10.6. - Placa de circuito impreso soldada. ............................................................. 80
Figura 10.7. - Aspecto final placa de circuito impreso ....................................................... 80

Figura 14.1. - Diagrama de Gantt del proyecto. ................................................................. 85

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Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

1. OBJETO

El objetivo principal de la realización de este proyecto es diseñar un prototipo en
base a un microcontrolador AtMega2560 para el sistema de gestión domótica de
una vivienda para personas que presenten algún tipo de discapacidad con el
objetivo de facilitar su día a día aportando soluciones y funcionalidades a su
hogar.
La domótica es un sector que está sufriendo una gran expansión y crecimiento
gracias a los avances tecnológicos y en la electrónica. Facilita la estancia en el
hogar a las personas y tiene cinco grandes campos de aplicación que son:
seguridad, bienestar, ahorro, comunicación y accesibilidad.
Por lo que respeta a la seguridad se incluyen la gestión de alarmas. En el campo
de bienestar se gestiona el control de luces, de persianas, de climatización…
Para el ahorro se gestionan enchufes con tal de no malgastar electricidad. En el
campo de las comunicaciones y accesibilidad de incluye la interface de usuario,
haciendo posible la interacción con el sistema.
Todas estas funcionalidades pueden ser adaptadas para aquellas personas que
presenten algún tipo de discapacidad o incluso, incluir nuevas funcionalidades.

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

2. MOTIVACIÓN Y JUSTIFICACIÓN

He escogido el trabajo de construir una unidad de monitorización y gestión
domótica de un hogar para introducirme en este sector e intentar realizar algún
tipo de innovación.
El grado que estoy realizando es el de ingeniería electrónica, industrial y
automática, y es por ello, que este proyecto abarca varios conceptos de los que
he podido ir trabajando durante estos años. Al ser un proyecto que tiene relación
con el grado que estoy estudiando, me ha hecho adentrarme en él y poder
aprender e investigar más sobre esta temática.
A parte he realizado asignaturas como TEEIA, en la que, entre otros aspectos,
realicé una placa de circuito impreso, o DCPE, en la que también se ha realizado
otra placa de circuito impreso, aparte de soldar y programar, en este caso, una
placa STM.
También he de decir que la asignatura de ISA, me marcó bastante al
encontrarme un sistema automatizado como el FAS200 que me ha hecho
indagar más sobre este tema y generarme curiosidades que han conducido a la
realización de este proyecto.

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

3. ESPECIFICACIONES BÁSICAS

Este proyecto se realiza para facilitar, a las personas con algún tipo de
discapacidad, su vida en su propio hogar. Primeramente, se analizan todas las
funcionalidades que puede poseer una casa domótica y puedan servir para
personas con dificultad visual, personas con dificultad auditiva, personas con
movilidad reducida…
El prototipo debe incluir sensores que detecten posibles anomalías en el hogar.
Como por ejemplo la presencia de gas, una alta temperatura y humedad o una
temperatura muy baja. Una vez detectada esta anomalía, debe mostrar un
mensaje, aviso o alarma, teniendo en cuenta las diferentes posibles
discapacidades.
Aparte debe incluir actuadores para motorizar sitios de la vivienda como las
ventanas, las persianas, las puertas… Así, facilita mucho la convivencia a
personas con dificultad de movimiento y personas con dificultad visual.
Con todo y eso, el prototipo ha de incluir todo tipo de funcionalidad que se
considere importante, con la finalidad de ayudar a estas personas.
La unidad de control del prototipo se desarrollará en base al microcontrolador
AtMega2560 y se utilizará el sistema de desarrollo de prototipos Arduino para
facilitar su programación.
Las funciones que realizará el sistema son:
1. Control de las persianas del hogar, en beneficio a aquellas personas con
movilidad reducida y personas con deficiencia visual.
2. Aviso de temperatura y humedad, para aquellas personas que presenten
hipoestesia y para actuar sobre una anomalía de estas magnitudes.
3. Control de la puerta de la vivienda, pudiéndola abrir mediante una contraseña
y facilitar a aquellas personas con movilidad reducida.
4. Control de la iluminación del hogar, en beneficio a aquellas personas con
movilidad reducida.
5. Aviso de presencia de gas, en beneficio a aquellas personas que presenten
anosmia, que es la pérdida del olfato.
6. Recordatorio de la hora, para que aquellas personas con problemas de
memoria como el alzhéimer, se puedan acordar de tomarse la medicación, entre
otras cosas.
7. Aviso de llamada a la puerta de la vivienda con un aviso visual, para aquellas
personas con deficiencia auditiva.

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

4. INTRODUCCIÓN

4.1. DISCAPACIDADES

4.1.1. TIPOS DE DISCAPACIDADES

La discapacidad es una condición que impide o limita a la persona que la padece
en su día a día. También se puede definir como alteración de la mente o el cuerpo
que afecta a las personas de manera física, mental, intelectual o sensorial.
No todas las discapacidades afectan igual a dos personas distintas, ni tan solo
la misma discapacidad tiene porque afectar del mismo modo.
Para que una persona tenga una discapacidad tiene que haber una deficiencia
previa, que es toda pérdida o anormalidad de una estructura o función
psicológica, fisiológica o anatómica.
Según un estudio realizado, indica que un 15% de la población mundial padece
alguna discapacidad. Debido a que la esperanza de vida va creciendo año a año,
se estima que en los siguientes años haya un aumento de personas
discapacitadas ya que el riesgo de discapacidad en adultos es superior. A parte
de que la edad es un factor para padecer una discapacidad, una persona con
alguna enfermedad crónica también es más propensa a sufrirla.

Figura 4.1. – Imagen de los cinco sentidos [2]

[2] Hay diferentes tipos de discapacidades como:
. Autismo: Trastorno caracterizado por deficiencias constantes en la
comunicación e interacción social. A parte de afectar en la comunicación, esta
discapacidad también afecta en la imaginación y conducta. El síndrome de
asperger y el trastorno generalizado de desarrollo, son alteraciones dentro de
este trastorno.
. Deficiencia visual: Es aquella deficiencia referida a la vista y puede ir des de
una visión borrosa con necesidad de uso de gafas o lentillas hasta una ceguera
total sin la capacidad de ver absolutamente nada. También hay derivados de
distintas patologías ópticas o problemas derivados de anomalías como las
cerebrales o musculares
Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

. Discapacidades físicas: Se definen como aquellas que limitan o impiden el
funcionamiento motor de la persona. Son aquellas que afectan a la cabeza,
columna vertebral y extremidades tanto inferiores como superiores. Hay una
gran afectación de órganos y vísceras a las que afectan a los aparatos
cardiovascular, digestivo, respiratorio y urinario. Se diferencian según el número
de extremidades y las partes del cuerpo que afectan, si existe una parálisis de
una extremidad se denomina monoplejía, si hay la afectación está en las dos
extremidades inferiores se denomina paraplejia y la tetraplejia que afecta a todas
las extremidades del cuerpo humano.

Figura 4.2.- Persona con movilidad reducida. [2]

. Discapacidad auditiva: Es una deficiencia que afecta al grado de audición de
cada uno de los oídos. Puede ser una deficiencia parcial o total. Según la parte
del oído afectada se puedeclasificar en: hipoacusia de transmisión,
neurosensorial o mixta. También se pueden clasificar según la causa en
hereditarias genéticas, adquiridas, según el momento de aparición o según la
intensidad.
. Enfermedades crónicas: Son aquellas enfermedades de larga duración y por
lo general de progresión lenta. Las enfermedades como el cáncer, los infartos,
las enfermedades cardíacas o respiratorias, la diabetes… Forman parte de estas
enfermedades y es una de las causas más importantes de la mortalidad de
nuestro país y del mundo entero.
. Discapacidad intelectual: Esta discapacidad está caracterizada por las
limitaciones en las habilidades básicas para el desarrollo cognitivo en la vida
diaria de una persona, y esta limitación ralentiza o impide el aprendizaje. El
síndrome de Down, de Rett o de Asperger son algunos de los síndromes con
este tipo de discapacidad.
. Anosmia: Esta discapacidad corresponde a la pérdida total del olfato, además
también disminuye la capacidad para percibir los sabores, así que también, se
relaciona con la pérdida del sentido del gusto.
Hipoestesia: Trastorno de la percepción que consiste en una distorsión
sensorial a causa de una disminución de la intensidad de las sensaciones, en
consecuencia, los estímulos se perciben de una forma anormalmente atenuada.

Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

4.1.2. DISCAPACIDADES EN NUESTRO PAÍS

Tal y como se ha comentado anteriormente, debido a que la esperanza de vida
ha aumentado considerablemente, lo hace proporcionalmente el número de
personas discapacitadas debido a que los años son un factor muy importante
para llegar a sufrir algún tipo de discapacidad.
En 2008 habían 3’85 millones de personas con discapacidad que supone una
tasa de 85’5 por mil habitantes, es decir, 8’55%. También el sexo es un factor
que afecta para llegar a tener alguna discapacidad, porque tras un estudio se ha
detectado que el 59’8% de las personas con discapacidad son mujeres.
El 67’2% de las personas presentan dificultades para moverse o trasladar
objetos, el 55’3% tienen problemas para desarrollar las tareas domésticas y el
48’4% con tareas de cuidado e higiene personal. La deficiencia más frecuente
es la osteoarticular, aunque la deficiencia que causa mayor número de
discapacidades es la mental.

Figura 4.3.- Mapa de España de la cantidad de personas discapacitadas en cada región. [1]

4.2. DOMÓTICA

4.2.1. HISTÓRIA

En 1898 Nikola Tesla, comenzó los primeros intentos de lo que se considera el
inicio de la domótica, con el invento del primer mando a distancia.
A principios del siglo XX, se hizo posible la invención de aparatos
electrodomésticos y comenzando así, los primeros indicios de historia de las
casas inteligentes.
En 1901 se creó la primera aspiradora, y en las siguientes décadas se lanzaron
la lavadora, la secadora, la plancha, el refrigerador, el lavavajillas…
Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

ECHO IV, creado en 1966, fue el primer producto domótico del mundo, aunque
nunca se comercializó. Este producto era capaz de almacenar recetas, reenviar
mensajes, controlar la temperatura de una casa o apagar y encender
electrodomésticos.

Figura 4.4.- ECHO IV primer producto domótico. [6]

A finales del siglo XX e inicios del XXI surgieron tecnologías inteligentes, con
aparatos y dispositivos cada vez más comunes y asequibles.
Uno de los momentos para el auge de la domótica fue la llegada del
microcontrolador en 1971, y eso significó que la tecnología finalmente estaba
tomando medidas para ser asequible para todos, y así, el precio de la electrónica
cayó rápidamente.
Hoy en día la electrónica y la automatización son dos conceptos muy usados en
la vida cuotidiana de las personas, y eso ha generado un gran auge de las casas
domóticas.

4.2.2. INTRODUCCIÓN

La domótica es aquella en la que existen agrupaciones automatizadas de
equipos, que disponen de la capacidad de comunicarse interactivamente entre
ellos a través de un bus doméstico multimedia. También se puede definir como
la integración de las distintas tecnologías en el hogar mediante el uso simultaneo
de las telecomunicaciones, la electrónica, la informática y la electricidad. Debe
haber una inclusión de las TIC (Tecnologías de la Información y
Telecomunicación) y disponer de sistemas integrados que sean interactivos. La
domótica tiene como objetivos básicos: mejorar las telecomunicaciones, ahorrar
recursos naturales, dinero y tiempo, facilitar la oferta de nuevos servicios…

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Figura 4.5. - Imagen que representa una casa domótica. [6]

El gran progreso que han tenido las TIC, ha sido determinante para que en los
últimos años se haya producido un auge en la domótica y en especial la domótica
en viviendas, este avance de las telecomunicaciones a través de internet,
permite hablar de integración a nivel de redes IP. Este crecimiento de la domótica
está impulsado por tres factores principales como: la evolución tecnológica, los
cambios sociales y las oportunidades de negocio.
La raza humana siempre ha venido desarrollando y adaptando avances
tecnológicos para su hogar, para aumentar la seguridad de sus hogares, para
hacer la vivienda un lugar con un mayor confort, para obtener un ahorro
energético o para la mejora higiénica y de salud.
Hoy en día ya hay muchas aplicaciones domóticas en las viviendas de cualquier
persona como podría ser el control de la iluminación, el control de la
climatización, la motorización de persianas, alarmas de seguridad contra robos,
los sistemas de control de acceso…
Estas nuevas viviendas están dotadas de un sistema nervioso que hace
inteligente a todo lo que constituye un hogar como: televisores, neveras, hornos,
microondas y hasta su arquitectura.
Hay diferentes protocolos que son usados en la implementación de los sistemas
domóticos y con ello se observa cómo es la interacción de los diversos
dispositivos dentro de una vivienda inteligente.
. X-10: Es aquel orientado hacia la utilización de la red eléctrica de las viviendas,
se utilizan corrientes portadoras para controlar cualquier dispositivo a través de
la línea de corriente doméstica. Es flexible y fácil de usar, no hay que configurar
nada para que entre en funcionamiento.
. EIB (European Installation Bus): Es un sistema domótico desarrollado bajo el
aval y supervisión de la Unión Europea con el objetivo de evitar las importaciones
de productos similares. Es un estándar europeo que define una relación de
extremo a extremo entre los dispositivos.
A parte de estos dos protocolos se encuentran el Konexx, Lonworks, Jini y Tcp.
Para el hogar inteligente es necesario contar con un dispositivo que se encargue
del control de los distintos dispositivos que se hallen dentro del hogar. El
microcontrolador realiza estas funciones a parte de recibir información y
procesarla de acuerdo a la petición del usuario. Un microcontrolador es un
circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de
los elementos que configuran un controlador. Se compone de: procesador,
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memoria RAM, líneas de entradas y salidas, módulos para el control de
periféricos y un generador de impulsos de reloj.

4.2.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Los beneficios y ventajas de tener un hogar domótico son:
. Comunicación: Con el reconocimiento de voz o de movimientos corporales
puede convertirse en un canal de comunicación con nuestra vivienda.
. Un aumento de la seguridad: Permite detectar cualquier tipo de robo o intento
de robo en nuestro hogar. También puede detectar un incendio,un escape de
agua o gas.
. Ahorro energético: Existe una facilidad en el apagado y encendido de los
aparatos electrónicos y en el manejo de los sistemas de iluminación de la
vivienda permite obtener un gran ahorro energético.
. Ahorro de agua y combustible: Gestión de elementos de control que
contribuyen al ahorro de agua y gas.
. Comodidad: Al automatizar los sistemas se puede ahorrar tiempo y dinero con
una fácil gestión del encendido y apagado de los equipos electrónicos.

Las desventajas de tener una vivienda domótica son:
. Inversión inicial: El precio de la instalación es todavía muy elevado y la
inversión inicial debe ser importante.
. Mantenimiento: Arreglar cualquier tipo de error o avería es un trabajo complejo
y costoso, aparte de que el sistema se puede bloquear porque así esté
programado.
. Velocidad de transmisión de datos: Si hay muchos aparatos electrónicos
conectados al mismo tiempo en el que se transfieran una gran cantidad de datos
la red puede congestionarse y que disminuya la velocidad de transmisión.

4.2.4. EJEMPLOS DE DOMÓTICA EN EL HOGAR

- Calefacción y climatización: Permite establecer la temperatura de cada
vivienda en función de lo que deseen los residentes. Se puede programar para
decidir en qué horas se desea que se encienda la calefacción o aire
acondicionado, a que temperatura y en que intensidad.
- Alarmas: Se puede activar una alarma sin que el usuario la active, solo con salir
de la vivienda. También en intento de robos, la vivienda inteligente llama a la
policía directamente para que actúen. A parte, se puede programar la casa para
que, si esto sucede, se enciendan todas las luces o suene una sirena.
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- Abrir y cerrar puertas: La domótica puede conseguir que las puertas de casa
se abran o cierren automáticamente, y también que lo haga la puerta de la calle
quedando totalmente cerrada sin necesidad de usar la llave.

Figura 4.6.- Desbloqueo de la puerta a través del móvil. [5]

- Acceso digital: Actualmente existen cerraduras electrónicas con las que se
puede controlar cuantas veces se ha abierto o cerrado la puerta de casa.
También permite controlar de manera remota si has cerrado correctamente al
salir.
- Abrir y cerrar ventanas: Des de una orden mediante una aplicación o
verbalmente permite abrir o cerrar ventanas y tener control sobre ellas.

Figura 4.7.- Control de la persiana a través del móvil. [5]

- Luces: La domótica permite decidir cuándo se abren las luces, cuanto rato han
de estar encendidas, cuál es la intensidad lumínica que se desea, a parte de
estas características, te permite también encenderlas y apagarlas cuando se
desee, aparte de comprobar si se ha dejado alguna luz sin apagar mientras no
hay nadie en el hogar.
- Electrodomésticos: Se pueden apagar y encender los electrodomésticos de
casa cuando se elija, pudiendo programar la cafetera para que tenga el café
preparado por la mañana o la lavadora hecha al llegar a casa de trabajar.
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- Aviso de peligros: Permite mandar un aviso a los residentes del hogar si se
produce cualquier tipo de incendio, inundación o escape de agua o gas.
- Contestador automático: Se puede programar para cuando no haya nadie en
casa conteste un portero automático diciendo en qué momento te encontraras
en casa o si trae un paquete dónde lo puede dejar.
- Persianas: Permite abrir o cerrar las persianas cuando se requiera, también
regular el porcentaje de apertura de estas o programar cuando se desea que se
abran o cierren.
- Música: Se puede programar la música para que suene las canciones que se
desee en el momento indicado y se apague también cuando uno quiera.
- Televisión: Con la domótica se puede programar la televisión para que se
apague si detecta que te has dormido o para que se encienda si empieza el
programa que el usuario quiere ver.
- Riego: Si en la vivienda se dispone de un jardín o macetas se puede conectar la
domótica de la casa al sistema de riego para que empiece a funcionar de manera
automática.

4.2.5. DOMÓTICA PARA DISCAPACITADOS

La domótica en el hogar sirve para tener una mayor comodidad y confort en casa,
y eso facilita también el día a día a las personas discapacitadas.
Una persona con discapacidad auditiva, gracias a la domótica, es capaz de saber
que han llamado a la puerta mediante un aviso en una aplicación, o una luz que
se lo indique.
Una persona con discapacidad visual, es capaz de cambiar el canal de la
televisión con un mensaje de voz, es capaz de programar cualquier
electrodoméstico con un mensaje de voz o es capaz de saber el estado de sus
persianas, ventanas y luces, gracias a una aplicación que se lo indica.
Una vivienda domótica ayuda en muchos aspectos a una persona con movilidad
reducida, permitiendo hacer la mayoría de las tareas sentado en su cama o en
el sofá. Mediante una aplicación del móvil puede abrir o cerrar ventanas, abrir o
cerrar luces, programar la televisión que se encienda o se apague cuando se
desee, incluso las luces pueden encenderse automáticamente cuando la
persona este cerca. También permite abrir o cerrar puertas automáticamente y
programar electrodomésticos del hogar.

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Figura 4.8.- Control de la silla de ruedas. [21]

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5. POSIBLES SOLUCIONES

En este capítulo se proponen las posibles soluciones que se han analizado para
el sistema, en las que se incluyen las posibles soluciones adoptadas para el pro-
totipo de pruebas utilizado para el desarrollo del proyecto y el desarrollo de la
programación, y en el próximo capítulo se describirán las modificaciones realiza-
das para obtener el prototipo de venta final.

5.1. CONTROL CENTRALIZADO VS DISTRIBUIDO

5.1.1. SISTEMA DE CONTROL CENTRALIZADO

Un sistema de control centralizado es aquel sistema de gestión de mando y
control de equipos basado en un conjunto de controladores capaces de recibir
entradas de señales desde los sensores de trabajo, procesar esta información
para tomar decisiones de control necesarias y entregar señales de acción.
Un control centralizado es el que se encarga de enviar la información a los
actuadores e interfaces, tal como han registrado los sensores o los propios
usuarios con lo que se realizará una actividad específica. Si el controlador
principal falla, el sistema deja de funcionar.
Con el PLC, Controlador Lógico Programable, nace el sistema centralizado y
llega la capacidad de controlar maquinarias complejas digitalmente, gestionando
enormes matrices de entradas y salidas en tiempo real. Los PLC son rápidos,
versátiles, programables a medida para cada aplicación y con facilidad de
diagnóstico para resolución de problemas.
Tener un controlador en una ubicación central única es la disposición escogida
para sistemas complejos con operaciones altamente entrelazadas en las que los
motores están razonablemente cerca entre sí.
Algunas de sus ventajas son que sus actuadores son de tipo universal, su
operatividad e instalación son sencillas y tienen un coste reducido.
Algunos de sus inconvenientes es el notable cableado y que todos los sistemas
de la central no se puede ampliar demasiado su capacidad, requieren de una
interfaz de usuario, es necesario un gabinete voluminoso para alojar los
componentes de control y este, necesita aire acondicionado por el
autocalentamiento de los componentes.

5.1.2. SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO

Un sistema de control distribuido utiliza bucles de controldistribuidos por toda
una fábrica. Es un sistema industrial automatizado y digital que se utiliza para
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controlar los procesos industriales y aumentar su seguridad, rentabilidad y
fiabilidad.
A diferencia de un sistema de control centralizado, utiliza una serie de
herramientas de configuración para configurar la base de datos, la lógica de
control, los gráficos y la seguridad del sistema.
Las aplicaciones de control se distribuyen a los controladores del sistema que se
dedican a procesos específicos de la planta utilizando dispositivos de campo. La
lógica de control puede ser creada y dispersada a través de los controladores
del sistema, esto permite que la adición de nuevos controladores o dispositivos
de campo se haga de manera eficiente y precisa, facilitando y simplificando las
actualizaciones y la integración de nuevos equipos.
Un sistema de control distribuido lo constituyen tanto elementos de hardware
como de software. Los procesos individuales tienen sus propios controladores
con CPUs separadas, por lo que otros procesos pueden continuar en una
situación de avería individual.
Un sistema de control distribuido une subsistemas a través de una estructura de
mando y un flujo de información adecuados.
Las características de este sistema son:
. Varias funciones de control pueden ser distribuidas en pequeños conjuntos
de subsistemas que son semiautónomos.
. La automatización del proceso de fabricación mediante la integración de
estrategias de control avanzadas.

Figura 5.1.- Esquema de comunicación. [11]

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5.2. PLACAS Y MICROCONTROLADORES

5.2.1. ARDUINO Y ATMEGA

Arduino es una plataforma de prototipos de electrónica de código abierto basada
en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Arduino siente su entorno
mediante la recepción de entradas desde una variedad de sensores y puede
afectar a su alrededor mediante salidas como controlar luces, motores…
Las placas Arduino tienen sus ventajas como su fácil adquisición del mercado,
su precio económico y también que puede trabajar en varias plataformas como
son Windows, Mac, Linux… El entorno de programación de Arduino es flexible
para usuarios de nivel avanzado y a la vez fácil de usar para principiantes. El
software de Arduino está publicado como herramientas de código abierto,
disponible para extensión por programadores experimentados, también poseen
de un código abierto y un hardware extensible.

Las placas Arduino cuentan con una gran variedad en el mercado, siendo
algunas placas más adecuadas para determinadas aplicaciones.
Tres posibles placas Arduino con las que se podría trabajar son la Mega 2560,
la Uno y la Micro entre otras.
La placa Arduino Micro es una de las placas de microcontrolador más pequeñas
del mercado, sin embargo, la Mega 2560 es 6 veces más grande que la Micro
en términos de tamaño de área. Y la medida media la encontraríamos en la placa
Arduino Uno.
Si lo que se busca es un proyecto compacto sin darle importancia al número de
pines de entrada y salida, y que el precio sea económico lo ideal es una placa
Arduino Micro, si el código es extenso y requiere el uso de muchos pines de E/S
la mejor solución es Arduino Mega 2560, pero si se quiere crear un prototipo
pequeño, añadir un escudo y tener una opción rentable se aconseja un Arduino
Uno.
Los microcontroladores de las placas Arduino suelen ser AVR de Atmel. Un
microcontrolador es un circuito integrado programable que almacena y ejecuta
una serie de instrucciones. La mayoría de estos microcontroladores tienen
procesadores 8-bit RISC con arquitectura Harvard.
AVR fue una de las primeras familias de en usar memoria flash en el chip para
el almacenamiento de programas, a diferencia de la ROM, EPROM o EEPROM,
que son programables de una sola vez. Estos microcontroladores encuentran
muchas aplicaciones como sistemas integrados y son comunes en aplicaciones
integradas educativas y para aficionados.
Todos los microcontroladores de Arduino como el ATmega328, el ATmega32u4,
el ATmega2560… pertenecen a la familia de microcontroladores de AVR de
Atmel.
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Figura 5.2.- Microcontrolador ATMEGA328. [21]

En las siguientes tablas se observan las diferentes especificaciones técnicas de
las tres placas de Arduino que se han explicado:

Tabla 5.1.- Especificaciones técnicas del Arduino UNO.
ARDUINO UNO
Especificaciones técnicas
Procesador AtMega 328P
Velocidad de reloj 16 MHz
Memoria flash 32 kB
EEPROM 1 kB
SRAM 2 kB
Voltaje 5 V
Pines digitales 14
Pines PWM 6
Pines analógicos 6
Conectividad USB Sí

Tabla 5.2.- Especificaciones técnicas del Arduino MEGA 2560.
ARDUINO MEGA 2560
Especificaciones técnicas
Procesador AtMega 2560
Velocidad de reloj 16 MHz
Memoria flash 256 kB
EEPROM 4 kB
SRAM 8 kB
Voltaje 5 V
Pines digitales 54
Pines PWM 15
Pines analógicos 16
Conectividad USB Sí

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Tabla 5.3.- Especificaciones técnicas del Arduino Micro.
ARDUINO MICRO
Especificaciones técnicas
Procesador AtMega 32U4
Velocidad de reloj 16 MHz
Memoria flash 32 kB
EEPROM 1 kB
SRAM 2,5 kB
Voltaje 5 V
Pines digitales 20
Pines PWM 7
Pines analógicos 12
Conectividad USB Micro USB

5.2.2. STM32 Y ARM

Las placas de STM32 son placas de desarrollo muy similares a las placas
Arduino, pero su procesador en vez de ser AVR es ARM, esto comporta en una
especificaciones y prestaciones superiores que con el procesador de Arduino.
Todo y eso, hay una placa de la familia de Arduino con este tipo de procesadores,
Arduino DUE.
Las placas STM32 son placas bastante asequibles económicamente, así que
hace mucha competencia a las placas de Arduino debido a su parecido precio y
sus mejores prestaciones.
Las placas STM32 están diseñadas para respaldar a aquellos usuarios que
deseen familiarizarse con las características de la familia completa de MCU
STM32. Estas placas son ideales para la creación rápida de prototipos y la
conectividad estandarizada permite al diseñador crear y reutilizar hardware
complementario en toda la gama de placas Núcleo.
Como puntos negativos, STM32 es más complicado de programar que Arduino,
debido a la escasez de información disponible y la ausencia de una comunidad
de usuarios, sin embargo, se está implementando con rapidez en una gran
cantidad de desarrollos y placas.
La arquitectura ARM ha sido utilizada para el diseño de microcontroladores
estándar. El conjunto de instrucciones común y la integración en el chip de la
funcionalidad de depuración permite la reutilización de muchos componentes de
un diseño para otro. La arquitectura ARM es una implementación RISC con los
siguientes comandos: Los comandos originales ARM todas las instrucciones son
32-but, con la introducción del núcleo ARM7TDMI se desarrolló el juego de
instrucciones THUMB, de 16-bit que son una abreviación de las instrucciones
ARM de 32-bit, y THUMB2 que complementa THUMB con la mayoría de
instrucciones ARM más populares. El nivel de desarrollo para estos
microcontroladores es C y C++.

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Figura 5.3.- Microcontrolador con arquitectura ARM. [21]

En la siguiente tabla se muestran las especificaciones técnicas de la placa
STM32F103:

Tabla 5.4.- Especificaciones técnicas de la placa STM32F103.
STM32F103
Especificaciones técnicas
Procesador ARM 32-bit Cortex -P3 CPU Core
Velocidad de reloj 72 MHz
Memoria flash 64 kBSRAM 20 kB
Voltaje 5 V
Pines digitales 26
Pines analógicos 10
Conectividad USB Micro USB

5.2.3. PIC

El nombre PIC de este tipo de microcontroladores viene de “Peripheral Interface
Controller”. El primer microcontrolador PIC fue creado a mediados de los años
70, el PIC se llamaba PIC1650 y fue diseñado para propósitos totalmente
distintos, 10 años más tarde, con la adición de la memoria EEPROM, el circuito
se convirtió en un verdadero microcontrolador PIC.
Todos estos tipos de microcontroladores utilizan una arquitectura Harvard, lo que
quiere decir que su memoria de programa está conectada a la CPU por más de
8 líneas. En el mercado se encuentran PICs de 12, 14 y 16 bits, dependiendo de
la anchura del bus.
La mayoría de PICs de hoy en día incorporan ICSP (In Circuit Serial
Programming) o LVP (Low Voltage Programming), lo que perite programar el PIC
directamente en el circuito de destino.
Los microcontroladores PIC de la actualidad son PICs de 32 bits, que se lanzaron
en 2007 con una velocidad de procesamiento de 1,5 DMIPS/MHz con capacidad
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HOST USB, esto permite un procesamiento de la información increíble con un
núcleo de procesador del tipo M4K.

En la siguiente tabla se observa la arquitectura de los diferentes PICs del
mercado:

Figura 5.4.- Características de diferentes tipos de microcontroladores PIC. [10]

Como se puede observar en la tabla anterior, excepto los PICs de 16 bits, todos
tienen una arquitectura Harvard de 8 bits, debido a eso, todos utilizan el mismo
juego de instrucciones y el “esqueleto” básico de hardware conectado a más o
menos unidades periféricas.

Algunas de las ventajas de este tipo de microcontroladores son:
. Una gran eficiencia del código permitiendo una gran compactación de los
programas.
. Rapidez de ejecución a una velocidad de 5 millones de instrucciones por
segundo.
. Posee una gran seguridad en acceso gracias a la separación de memoria de
datos y de programa.
. Existe una compatibilidad de pines y código entre dispositivos de la misma
familia.
. Tienen una gran variedad de versiones en distintos encapsulados sin
reducción de prestaciones internas.
. Poseen herramientas de desarrollo software y hardware abundantes y de
bajo coste.
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Los PICs comúnmente más usados son: PIC12C508, PIC15F84, PIC12F629,
PIC16F628, PIC16F88, PIC18F2455 y el PIC32, de 32 bits.

Figura 5.5.- Microcontrolador PIC. [10]

5.3. SENSORES

A continuación, se introducen las posibles soluciones para los sensores de
temperatura y los sensores de movimiento para el desarrollo del prototipo.

5.3.1. SENSORES DE TEMPERATURA

. DHT11 y DHT22

Los sensores DHT11 y DHT22 son los más utilizados para cualquier placa de
Arduino. Los dos sensores se componen de dos partes, un termistor y un sensor
de humedad capacitivo, también constan de un circuito integrado básico en el
interior que hace la conversión de analógico a digital para enviar una señal digital
con la temperatura y la humedad.

Figura 5.6.- Sensor DHT11 y DHT22. [7]

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A continuación, se muestran las especificaciones técnicas de cada uno de estos
sensores, donde se observa en que se diferencian el uno del otro:

Tabla 5.5.- Especificaciones técnicas del sensor DHT11.
DHT11
Especificaciones técnicas
Alimentación 3,3 Vdc-5 Vdc
Señal de salida Digital
Rango medida de temperatura 0 ºC - 50 ºC
Precisión temperatura ±2 ºC
Rango medida de humedad 20 % - 90 % RH
Precisión humedad ±4 % RH
Velocidad de muestreo 1 Hz

Tabla 5.6.- Especificaciones técnicas del sensor DHT22.
DHT22
Especificaciones técnicas
Alimentación 3,3 Vdc-5 Vdc
Señal de salida Digital
Rango medida de temperatura -40 ºC - 125 ºC
Precisión temperatura ± 0,5 Cº
Rango medida de humedad 0 % - 100 % RH
Precisión humedad ±2 % - 5 % RH
Velocidad de muestreo 0,5 Hz

. LM35

El sensor LM35 es un sensor de temperatura lineal que emite un voltaje
proporcional al valor de la temperatura. Este sensor requiere de muy poca
corriente para funcionar, aproximadamente unos 60µA, en consecuencia, se
produce un autocalentamiento del sensor muy bajo, impidiendo que la medición
de temperatura se vea afectada. Es compatible con Arduino y es un sensor
barato y fácil de usar, también tiene un bajo consumo de energía.

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Figura 5.7.- Sensor LM35. [7]

Sus especificaciones técnicas principales son:

Tabla 5.7.- Especificaciones técnicas del sensor LM35.
LM35
Especificaciones técnicas
Alimentación -0,2 Vdc – 35 Vdc
Señal de salida Digital
Rango medida de temperatura -55 ºC – 150 ºC
Precisión temperatura ± 0,5 ºC

5.3.2. SENSORES DE MOVIMIENTO

Cualquier objeto, persona, animal… emite una radiación de bajo nivel, y cuanto
más caliente más radiación emite. Esto permite detectar intrusos o cualquier
movimiento. Los sensores infrarrojos pasivos son ideales para detectar dichos
movimientos.

. HC-SR501

El HC-SR501, entra en funcionamiento cuando alguien se mueve en la franja
que barre su detector, entre 3 y 7 metros de distancia. Este sensor dispone de 3
pines, uno para la alimentación, otro para la tierra, y otro de salida de datos
detectados. También dispone de 2 potenciómetros para ajustar la sensibilidad y
la demora.
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Figura 5.8.- Sensor HC-SR501. [12]

El sensor es un detector de movimiento dividido en dos mitades, porque para
detectar el movimiento están conectadas de tal manera que se anulan para que,
si una mitad ve más o menos radiación IR que la otra, la salida oscile a alto o
bajo.
Los elementos de ajuste del sensor HC-SR501 son:
. Selector de modo: permite cambia de modo de funcionamiento continuo o el
modo de repetición. En el modo de repetición se activa al detectar movimiento y
vuelve luego a su estado normal. El modo continuo, si el sensor detecta
movimiento de manera continuada mantendrá una señal continua.
. Ajuste de sensibilidad: permite aumentar o disminuir la sensibilidad. Con ello
se puede ajustar la distancia a la que se activará y la cantidad de movimiento
necesario para activar el sensor.
. Ajuste del temporizador: puede aumentar o disminuir el tiempo que se
activará el sensor cuando detecte presencia. El rango de este ajuste se sitúa
entre los 3 segundos y unos 5 minutos.
En la siguiente tabla se observan las especificaciones técnicas de este sensor.

Tabla 5.8.- Especificaciones técnicas del sensor HC-SR501.
HC-SR501
Especificaciones técnicas
Consumo de energía 65 mA
Temperatura de funcionamiento -20º a 80º
Voltaje de salida 3,3 V TTL
Distancia de cobertura 120º y 7 m
Voltaje de entrada 4 V – 12 V

. DELEYCON MK897

El sensor deleyCON MK897, se ha creado para espacios interiores y comparte
con algunos modelos de su categoría el grado de protección IP20. Funciona a
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través de tecnología por infrarrojos y el sensor que integra reconoce rápidamente
la presencia de algo o alguien.
Este modelo tiene un rango de alcance máximo de nueve metros y un campo de
visión de 160º siendo compatible con lámparas LED de bajo consumo. Permite
ajustar el brillo ambiental y el tiempo que estará encendida la luz a través de dos
reguladores que funcionan de manera independiente.

Figura 5.9.- Sensor de presencia Deleycon. [21]Sistema de gestión domótica de una vivienda para persones que presenten algún tipo de discapacidad

6. SOLUCIONES ESCOGIDAS

En este capítulo se proponen las soluciones escogidas para facilitar el desarrollo
del proyecto y el desarrollo de la programación del prototipo de pruebas, y
posteriormente las escogidas para el desarrollo del prototipo de ventas.

6.1. PROTOTIPO DE PRUEBAS

6.1.1. ESQUEMA ELÉCTRICO

En este punto se muestra la figura del esquema eléctrico del prototipo de
pruebas en el que se encuentran todas las conexiones necesarias para el buen
funcionamiento de todos los componentes que van a soldarse en la placa de
circuito impreso.

Figura 6.1.- Esquema eléctrico del prototipo de pruebas. [12]

6.1.2. SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD

Se ha escogido el sensor DHT22 porque el prototipo de pruebas se realizará con
una placa de desarrollo Arduino cuyo microcontrolador es el AtMega2560, y es
un sensor que se implementa perfectamente en este tipo de placas con estos
microcontroladores. Por lo tanto, entre el DHT y el LM35, se ha escogido el
sensor de temperatura DHT.
El DHT22 a diferencia del LM35, requiere de un pin digital para la lectura de la
temperatura y humedad del sensor, y esto facilita el código y protege mejor al
sensor del ruido, aparte de que el LM35 solo mide temperatura y los dos DHT
miden tanto temperatura como humedad.
Si se observan las características eléctricas se puede diferenciar que entre el
DHT11 y el DHT22 hay alguna diferencia. El DHT22 es mucho más preciso y
cuenta con un rango mayor de medidas tanto de temperatura como de humedad,
por ello, se elige para el proyecto el sensor DHT22.
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Si este sensor se usa solo sin venir montado en un módulo y el sensor está
alejado, se debe usar una resistencia pull-up que haga un puente entre el pin
Vcc y el pin DATA.
El sensor se compone de 4 pines, el primero de la imagen sirve para alimentarlo,
el siguiente sirve para la salida de datos adquiridos por el sensor, el tercero no
se conecta y el cuarto es para conectarlo a tierra.

Figura 6.2.- Sensores DHT11 y DHT22. [12]

Las especificaciones técnicas del DHT22 se muestran en la tabla 5.2.
El conexionado del DHT22 es igual que el DHT11 como se puede observar en la
siguiente figura. Hay 4 pines como se ha comentado anteriormente. Se conecta
a 5 voltios el pin de alimentación y a GND, el pin de tierra. Se ha de introducir
una resistencia de 220 Ω entre el pin de datos y la alimentación. El pin de datos
se conecta a uno de los pines digitales de la placa Arduino.

Figura 6.3.- Esquema de conexión del sensor DHT22. [21]

6.1.3. DISPLAY LCD

Para este proyecto se ha escogido usar un LCD 1602 para poder visualizar o
monitorear parámetros. También hay el LCD 2004, de 4 filas y 20 columnas, o el
típico display de 7 segmentos en el que limita a valores numéricos e incluso si
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se ponen varios dígitos a nivel de hardware, aumenta el diseño electrónico por
lo que se necesitan técnicas de multiplexado.
Los LCD más utilizados comúnmente son el LCD 1602 y el 2004, con un tamaño
de 16x2 y 20x4 respectivamente.
Se ha escogido el LCD 1602 de 16 columnas y 2 filas, porque para observar
algún valor o mostrar algún pequeño texto ya cumple las expectativas de este
proyecto y también por su bajo consumo, por su solución más práctica, por los
diferentes tamaños que hay en el mercado, y porque trabaja con caracteres
alfanuméricos, por lo que se puede representar cualquier tipo de texto o variable.
El LCD tiene una memoria interna en donde almacena todos sus caracteres
alfanuméricos, los cuales se puede extraer en ocho caracteres personalizados
adicionales. En la siguiente tabla se puede observar:

Figura 6.4.- Letras y símbolos de la pantalla LCD. [13]

En la siguiente tabla se observan las especificaciones técnicas del LCD1602:

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Tabla 6.1.- Especificaciones técnicas del display LCD 1602.
LCD 1602
Características eléctricas
Corriente de funcionamiento 0,2 mA
Voltaje LCD 3 V - 11 V
Resistencia de encendido 20 kΩ
Voltaje de entrada a nivel alto 0,7 V
Voltaje de salida a nivel bajo -0,3 V

Para la comunicación del LCD y un controlador utiliza un bus de 8 datos, pero se
puede configurar para trabajar con uno de 4 datos. También usa pines de control
RS, de lectura o escritura RW, y para habilitar o deshabilitar el LCD.
Para gestionar el contraste usa una entrada analógica, y por lo general, se usa
un potenciómetro para regularlo. Los LCD que tienen backlight, tienen dos pines
de LED+ (A) y LED- (K) los cuáles se han de alimentar a Vcc y GND
respectivamente.
En la siguiente tabla se muestra el conexionado de cada pin del LCD.

Tabla 6.2.- Conexión de los pines del display LCD.
1- Vss GND
2- Vdd 5 V
3- Vee Potenciómetro
4- RS Pin digital
5- RW GND
6- EN Pin digital
7- D0 Pin digital
8- D1 Pin digital
9- D2 Pin digital
10- D3 Pin digital
11- D4 Pin digital
12- D5 Pin digital
13- D6 Pin digital
14- D7 Pin digital
15- LED+ Vcc
16- LED- GND

En la siguiente imagen se observa el conexionado del LCD 1602 a una placa
Arduino Uno.

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Figura 6.5.- Esquema de conexión del LCD 1602. [14]

6.1.4. KEYPAD 4X4

Los módulos de teclado 4x4 disponen de 16 botones en forma de matriz, a pesar
de tener 16 botones, solo dispone de 8 pines de conexión.
4 de estos pines corresponden a las 4 filas del teclado y los otros 4, a las 4
columnas que dispone el teclado.
La estructura interna de un módulo de este tipo se observa en la siguiente figura:

Figura 6.6.- Esquema interno keypad 4x4. [15]

Cuando se pulsa un botón cierra el circuito en sus extremos, logrando que el
cierre del pulsador conecte eléctricamente una fila y una columna, esto permite
detectar el botón que está presionado sabiendo el número de fila y columna que
están conectados.

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Tabla 6.3.- Especificaciones técnicas del teclado keypad 4x4.
KEYPAD 4x4
Especificaciones técnicas
Voltaje máximo 24 V
Corriente máxima 30 mA
Temperatura máxima de funcionamiento 0 ºC a 50 ºC
Tiempo de rebote ≤ 5 ms
Pines de acceso 8

En la siguiente figura se muestra la conexión del keypad al Arduino, conectando
los 8 pines, a 8 entradas digitales del Arduino.

Figura 6.7.- Esquema de conexión del teclado 4x4. [15]

6.1.5. HC-SR501

Se ha escogido este sensor de presencia porque es el más fácil de implementar
en el tipo de placa seleccionada para este proyecto.
Es uno de los sensores de movimiento más usados del mercado actualmente,
por las prestaciones que tiene y por su precio económico.
Es un sensor de movimiento de tipo infrarrojo pasivo, es decir no emite energía,
solo la recibe. El módulo del sensor consiste en un circuito impreso en el que
encima de él se monta el sensor y varios componentes electrónicos que permiten
conectarlo muy fácilmente al Arduino.
Como se ha comentado anteriormente el sensor dispone de tres pines, uno para
GND, otro para la alimentación, y otro para la señal. Este último, funciona de tal
manera que si el sensor detecta movimiento cambia su estado a un nivel alto.
Este sensor tiene elementos de ajuste como se ha comentado anteriormente,
como son el tiempo y la sensibilidad, que se puede observar en la siguiente
figura.
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Figura 6.8.- Pines sensor HC-SR501. [21]

Las características eléctricas del sensor de movimiento HC-SR501 se
encuentran en la tabla 5.8.
El conexionado de este sensor con la placa de Arduino se puede observar en la
siguiente imagen:

Figura 6.9.- Esquema de conexión del sensor HC-SR501. [12]

6.1.6. SENSOR DE GAS MQ-2

Este sensor es electroquímico y varía su resistencia cuando se expone a
determinados gases. Internamente posee un calentador encargado de aumentar
la temperatura interna y con esto el sensor pueda reaccionar con los gases
provocando un cambio en el valor de la resistencia. El calentador necesita 5 V,
el sensor se comporta como una resistencia y necesita una resistencia de carga
para cerrar el circuito, y con este hacer un divisor de tensión para poder leerlo
desde un microcontrolador.
Este sensor se encuentra en módulos, lo que simplifica el conexionado y facilita
su uso, solo basta alimentar el módulo y leer el sensor. Este sensor también
puede trabajar con una salida digital, la cual internamente trabaja con un
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comparador y con la ayuda de un potenciómetro se puede calibrar el umbral y
así, interpretar la salida digital como si hay o no presencia de gas.
El sensor MQ-2 que se usa en este proyecto es adecuado para detectar GLP,
propano, metano, alcohol, hidrógeno y humo.

Figura 6.10.- Sensor de gas MQ-2. [13]

Tabla 6.4.- Especificaciones técnicas del sensor de gas MQ-2.
MQ-2
Especificaciones técnicas
Alimentación 5 V
Resistencia del calentador 33 Ω ± 5%
Temperatura de almacenamiento -20º - 70º
Consumo de calefacción <800 mW

En la siguiente imagen se observa el conexionado del sensor de gas MQ-2 en
una placa Arduino Uno. Como se ve un cable va a la alimentación el otro a tierra
y el tercero se pone como entrada analógica.

Figura 6.11.- Esquema de conexión del sensor de gas MQ-2. [13]

6.1.7. MOTOR PASO A PASO 28BYJ-48

Un motor paso a paso está compuesto por el rotor y el estator. El estator es una
parte del motor estacionaria, y el rotor, se monta en el eje con un cojinete que
gira siguiendo el campo magnético giratorio, creado alrededor del estator.
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Los motores paso a paso se dividen en unipolares y bipolares. La principal
diferencia es que el motor unipolar funciona con una polaridad de corriente, y el
motor bipolar funciona con dos polaridades, lo que significa que el flujo de
corriente en la bobina es variable. El motor paso a paso 28BYJ-48 es un motor
paso a paso bipolar.
Se ha escogido este motor porque se ha considerado que para las funciones que
debe realizar es el idóneo, y porque, con Arduino, es un motor fácil de
complementar y programar. También cabe decir que tiene un funcionamiento
muy preciso, un fácil control de la posición del rotor y su velocidad de rotación,
tiene una alta durabilidad mecánica y una gran fiabilidad, aunque este tipo de
motor necesita energía constantemente, tanto si está parado como en
movimiento.
Este motor es un dispositivo electromecánico que convierte pulsos eléctricos en
movimientos mecánicos discretos. El eje de este motor gira en pasos discretos
en función del impulso eléctrico recibido. La velocidad de rotación de los ejes del
motor está relacionada con la frecuencia de los pulsos de entrada y la duración
de la rotación está relacionada con el número de pulsos de entrada aplicada.
Una de las mayores ventajas del uso de este motor es que tiene una gran
capacidad para ser controlado con precisión en un sistema de lazo abierto, sin
la necesidad de ninguna información de retroalimentación de posición es
necesaria.

Figura 6.12.- Motor paso a paso 28BYJ-48. [16]

A continuación, se expondrán las especificaciones técnicas de este motor:

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Tabla 6.5.- Especificaciones técnicas del motor paso a paso 28BYJ-48.
28BYJ-48
Especificaciones técnicas
Tensión Nominal 5 V – 12 V
Resistencia Interna 50 Ω
Par Motor 34 N/m
Pasos por vuelta 64
Ángulo de paso 5,625º
Frecuencia 100 Hz
Resistencia de aislamiento 100 MΩ
Ruido 35 dB

Como ya se ha visto el 28BYJ-48 tiene un ángulo de paso de 5’625º, pero, con
el reductor interno que tiene una relación de 1/64, se combina haciendo que la
precisión sea de 4096 pasos por vuelta, equivalente a un paso de 0’088º, esto
significa que se caracteriza por una gran precisión.

Este motor requiero de un driver para ponerse en funcionamiento. Este driver
tiene las siguientes conexiones:

Figura 6.13.- Esquema eléctrico driver y motor 28BYJ-48. [16]

El esquema de la conexión de este motor a una placa Arduino se muestra en la
siguiente figura. En ella se observa como los cinco cables del motor van
directamente al driver. El driver debe ser alimentado correctamente con su
conexión a la alimentación y otro a tierra. De él salen cuatro cables que se
conectan a cuatro entradas digitales del Arduino.

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Figura 6.14.- Esquema conexión Arduino, driver y motor 28BYJ-48. [16]

6.1.8. RTC DS1302

Un Reloj de Tiempo Real (RTC), es un reloj de computadora que suele tener el
formato de un circuito integrado. Se han diseñado para controlar el tiempo, en
tiempo real. La memoria del sistema de los relojes almacena descripciones del
sistema y configura valores. La información que se mantiene en el RTC se puede
leer con un microprocesador. Funcionan con una batería de litio o una fuente de
alimentación normal. En el caso del RTC DS1302 funciona con una batería de
litio.
El RTC DS1302 es el sucesor del DS1202, que posee unas características
adicionales de pines de alimentación dual para fuentes de alimentación
primarias.
El DS1302 contiene un reloj en tiempo real de 31 bytes de RAM estática. Se
comunica con un microprocesador a través de una interfaz serial simple. Como
la mayoría de relojes, proporciona información sobre segundos, minutos, horas,
día, fecha, mes y año.

Figura 6.15.- Reloj de Tiempo Real. [17]

Las especificaciones técnicas del DS1302 se muestran en la siguiente tabla:

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Tabla 6.6.- Especificaciones técnicas del RTC DS1302.
RTC DS1302
Especificaciones técnicas
Voltaje de operación 2 V – 5,5 V
Temperatura de operación 0 ºC – 70 ºC
TTL compatible Sí (Vcc = 5 V)
Batería requerida CR2032
Memoria RAM 31 x 8 bytes
Corriente de entrada 85 µA – 500 µA

La interfaz de este RTC se simplifica mediante el uso de comunicación en serie
síncrona y solo se requieren tres cables para comunicarse con el reloj, CLK,
DATA y RST. En la siguiente figura se observa cómo es la conexión con Arduino
del RTC D21302.

Figura 6.16.- Esquema conexión del RTC. [17]

6.1.9. BUZZER KY-012

El buzzer KY-012 es un zumbador activo, un dispositivo que genera un sonido
de una frecuencia determinada y fija cuando están conectados a una tensión.
Un buzzer activo, como este, incorpora un oscilador simple por lo que
únicamente es necesario suministrar corriente al dispositivo para que emita
sonido, sin embargo, un buzzer pasivo necesitaría de una onda de frecuencia
para que funcione. Como el buzzer activo incorpora de forma interna la
electrónica necesaria para hacer vibrar el altavoz resulta muy sencillo de
controlar y conectar, y es por ello, que se ha decidido usar este zumbador para
incorporarlo en el proyecto.
Una de las desventajas de este tipo de zumbadores es que no se puede variar