INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA CARRERA INGENIERIA

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA
CARRERA
INGENIERIA ELECTRÓNICA
ALUMNOS (AUTORES)
RASGADO LOPEZ FRANCO REGNIER
REYES CORDOVA EDUARDO
CONTROL DE AIRE ACONDICIONADO
VIA INTERNET
MATERIA
TALLER II
PROFESOR
MARGARITA ALVAREZ CERVERA
16 DE DICIEMBRE DE 2013
Contenido
Introducción ........................................................................................................................................ 3
Objetivos de Investigación (generales y específicos).......................................................................... 4
Hipótesis.............................................................................................................................................. 4
Justificación......................................................................................................................................... 4
Delimitaciones..................................................................................................................................... 5
Limitaciones ........................................................................................................................................ 5
Impacto social, tecnológico, económico y ambiental.......................................................................... 5
Cronogramas de actividades................................................................................................................ 5
CAPITULO I: ASPECTOS TEORICOS ............................................................................................ 7
LA IMPORTANCIA DE LA DOMOTICA ........................................................................................ 7
Objetivo de la domótica: mejorar la vida en el hogar ....................................................................... 12
Servicios de las nuevas tecnologías .................................................................................................. 12
Comunicación tecnológica ............................................................................................................... 13
Climatización .................................................................................................................................... 14
Internet .............................................................................................................................................. 14
Aires Acondicionados ....................................................................................................................... 15
Temperatura ...................................................................................................................................... 18
CAPITULO II ANTECEDENTES ................................................................................................... 19
CAPITULO III. Análisis y diseño del Aire Acondicionado Automatizado ...................................... 23
3.1 Introducción ................................................................................................................................ 23
3.2 Análisis del Proyecto................................................................................................................... 24
3.2.1 Alimentación del circuito ......................................................................................................... 24
3.2.2 Obtención de códigos del mando a distancia ........................................................................... 25
3.2.2.1 Obtención de los códigos ...................................................................................................... 26
3.3 Control del aire acondicionado con Arduino .............................................................................. 30
3.3 Control vía Ethernet del aire acondicionado ............................................................................... 32
3.4 MONTAJE Y PRUEBAS DEL CIRCUITO .......................................................................................... 39
BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................... 42
Introducción
Este proyecto permite crear un sistema de control de los aires acondicionados del
Departamento de Ingeniería Electrónica del Instituto Tecnológico de Mérida. Se
implementará un prototipo controlado vía intranet. Para entender mejor el ITM consta
con una red interna que es la que comunica a los equipos entre sí, es decir el prototipo
funcionará con esta red y no la de internet inalámbrico WIFI, así pues, al caerse la
red internet el prototipo seguirá funcionando ya que está conectado a una red cableada
en este caso un nodo cercano a las aulas que se pretende poner en función el control
remoto de los aires acondicionados. El dispositivo puede solamente dejar de
funcionar si existe una caída en la red interna ya sea la activación de un switch o daño
de un equipo. Existen dos tipos de red de área local y son:
Las redes conectadas, basadas en la tecnología Ethernet, que representan a la mayoría
de las conexiones locales. Muchas veces se las denomina redes RJ45 ya que, por lo
general, las redes Ethernet usan cables RJ45.
Las redes inalámbricas, que generalmente usan la tecnología WiFi, corresponden a
este tipo. En este caso se utilizará la red basada en la tecnología Ethernet que también
utiliza un hub, dispositivo al que se pueden conectar los cables RJ45 desde diferentes
equipos de la red, que no son costosos, un conmutador o, como alternativa, un cable
cruzado, si desea conectar sólo dos equipos.
Para implementar de manera remota el prototipo será necesario poner en uso un acces
point así como su configuración para que la red sea únicamente utilizada para el
control remoto de los aires acondicionados, el acces point es el encargado de la
comunicación entre varios micro controladores así como también con los equipos que
estarán en la central o puesto de control.
Objetivos de Investigación (generales y específicos)
GENERAL
Modernizar los aires acondicionados de dos aulas. A través de una red inalámbrica
para el ahorro de energía.
ESPECIFICO
Desarrollar el control remoto de los aires acondicionados de la sala Shnaider y el aula
LSD mediante un puesto de control en la caseta de vigilancia.
Hipótesis
Utilizando una red Ethernet en un área específica se controlará el ON/OFF y
temperatura de los aires acondicionados; esto se logrará a partir de micro
controladores que se comunicarán a través de la red ya existente en el ITM, logrando
así mediante un operador y un ordenador la activación de los mismos.
Justificación
La necesidad de este proyecto surge de observar el funcionamiento de los climas en
lugares que no están siendo utilizados dejando en claro el uso excesivo de la energía
eléctrica. Como ya se sabe sistema de climatización es uno de los que más consume
energía eléctrica, aproximadamente la equivalente a 129 focos de 60 watts. Sin
embargo, en lugares muy cálidos se convierte en un elemento indispensable.
Delimitaciones
Este proyecto pretende implementarse en el edificio de Electrónica y en dos aulas en
específico (sala Shnaider y aula LSD). La distancia del puesto de control mediante
un ordenador será desde la caseta de electrónica hasta las aulas antes mencionadas.
Limitaciones
Se entregará un prototipo en protoboard ya que existen limitantes de tiempo y costo.
Impacto social, tecnológico, económico y ambiental
En un futuro todas las personas tendrán la posibilidad de controlar su aire
acondicionado desde cualquier lugar mediante el uso de una red intranet que
funcionará con una red cableada y un micro controlador utilizando códigos IR.
Esto permitirá reducir costos de consumo de energía eléctrica en el hogar y/o oficina
donde se encuentren dichos equipos y no contribuir al calentamiento global por el uso
ineficiente de la energía.
Cronogramas de actividades
20 de Septiembre de 2013: Protocolo de Investigación
23 de Septiembre de 2013: Investigación del Proyecto
7 de Octubre de 2013: Montajes de instalaciones requeridas para la operación
15 de Octubre de 2013: Acondicionamiento de la caseta de electrónica
8 de Noviembre de 2013: Finalización de acondicionamiento de la caseta de electrónica
y de las aulas.
11 de Noviembre de 2013 a 6 de Diciembre de 2013
Pruebas y corrección de fallas.
9 de diciembre de 2013
16 de Diciembre de 2013: Entrega del Proyecto
CAPITULO I: ASPECTOS TEORICOS
Hoy en día los aires acondicionados que salen al mercado no todos son “Smart” y además de
que la mayoría de los que existen en el mercado no tienen la facilidad de incorporar este
sistema, de tal manera que se puedan llegar en algún momento ser controlados vía internet.
En este capítulo se abordara algunos puntos relevantes para implementación de este tipo de
tecnologías.
Entre los puntos que se abordaran, se encuentran, el internet, el funcionamiento del aire
acondicionado, y un punto esencial el mando vía internet. Pero antes de pasar a estos puntos
es vital remarcar la importancia de la domótica hoy en día.
LA IMPORTANCIA DE LA DOMOTICA
La domótica cada día es más importante en nuestras vidas. Gracias a, sus avances
tecnológicos y mejoras continuas. Facilita nuestra vida por medio de la automatización en
nuestros propios hogares.
Figura 1 Domotica
La domótica aporta a las personas en su vida cotidiana: seguridad, comunicación y ahorro de
energía.
La seguridad es algo muy importante tanto a nivel empresarial como a nivel personal. Gracias
a la domótica cada día podemos encontrar mejores sistemas de seguridad, con un margen de
error mínimo, que nos ayudan a combatir actos delictivos.
Cada vez son más los hogares alrededor del mundo que utilizan cámaras de seguridad IP, que
les permiten controlar en todo momento lo que está ocurriendo en sus casas en sus propios
teléfonos por medio del vídeo en streaming.
Por otra parte, la domótica es vital para mejorar las comunicaciones entre varias personas. El
caso más común es la utilización de sistemas domóticos de video conferencias que comienzan
a ser integrados en nuestros televisores.
El uso de estos sistemas continuará creciendo, siempre que la tecnología evolucione y su
universalización permita una reducción de costes. [5]
Los sistemas inteligentes pueden ser centralizados o descentralizado: [7]
Centralizados: tienen una unidad central inteligente encargada de administrar la edificación,
a la que enviarán información distintos elementos de campo -sensores, detectores-; la central
se encargará de procesar los datos del entorno y, en función de la información y de la
programación que se haya hecho sobre ella, actuará sobre determinados circuitos encargados
de cumplir funciones, desde la seguridad hasta el manejo de la energía eléctrica y otras rutinas
de mantenimiento. Los elementos a controlar y supervisar (sensores, luces, válvulas, etc.)
han de cablearse hasta la central inteligente (PC o similar).
Esta central es el ‘corazón’ de la vivienda, en cuya falta todo deja de funcionar, en esta
topología de cableado no es posible su ampliación.
Descentralizado: No es necesario tener una central inteligente conectada para funcionar y
tomar decisiones sobre las acciones a desarrollar. Solo hace falta una PC para programar las
unidades, y como cada una estas posee un microprocesador son completamente autónomas.
En caso de querer un constante monitoreo de la edificación y tener una interface usuariosistema o realizar instrucciones verdaderamente complejas, la mejor opción sí es una central
inteligente como una PC donde, por ejemplo, puede estar cargado el plano de la edificación
con la distribución de las unidades en forma de iconos que cambian según sus estados.
En sólo 50 años, las computadoras han pasado de ser cuartos enteros de máquinas para su
funcionamiento, a llegar a ocupar sólo un lugar en un escritorio o, más aún, a ser parte de un
portafolio ejecutivo.
Es ya inevitable no ver el increíble adelanto de las computadoras, tanto en las oficinas, en los
negocios y en el hogar, cada día es más impresionante ver las facilidades que nos ofrecen y
el minúsculo trabajo que hay que realizar para obtener grandes beneficios. Con tan
impresionantes adelantos la arquitectura no puede quedarse al margen, pues se han adoptado
estos adelantos a las edificaciones con el fin de lograr una mayor eficiencia en los procesos,
se han adoptado desde sistemas de transporte vertical hasta en la propia seguridad del
edificio.
Basta con mirar a nuestro alrededor para ver como la tecnología forma parte integra de
nuestra vida cotidiana, desde simples aparatos en el hogar, como una lavadora que identifica
que tipo de ropa se le introdujo y ella selecciona la temperatura del agua y el tiempo de lavado
que tiene que realizar, un horno de microondas que solo es suficiente presionar un botón para
que caliente un alimento en menos del tiempo que lo haríamos en un estufa, desde
refrigeradores que nos dan la facilidad de conectarnos a Internet teniendo una pantalla donde
podemos ver desde recetas hasta revisar el clima a nivel mundial, el uso de la telefonía celular
o la televisión vía satélite, más aun vemos con qué facilidad podemos enviar un documento
desde México hasta Japón por ejemplo en fracciones de segundos gracias a la computadora
y al e-mail.
Y qué decir de los nuevos edificios que están surgiendo con los nuevos adelantos de la
tecnología moderna. Esta tendencia se marcará aún más en el futuro. Estamos siendo testigos
del ascenso de las computadoras, precedido por el descubrimiento del chip y los circuitos
integrados. Los computadores hacen el trabajo rutinario con más rapidez y facilidad, y a un
menor costo que cualquier ser humano.
En los países avanzados, los elevados salarios y la gran cobertura de los servicios, han hecho
que el computador se convierta en una buena inversión, al mismo tiempo que los países
subdesarrollados se empobrecen más, porque los beneficios derivados de la mano de obra no
son lo bastante elevados.
Ante esta situación, la gran necesidad de ahorrar energía en nuestros días; la importancia de
contar con una comunicación efectiva, clara y rápida; la seguridad, comodidad y confort de
los trabajadores; la modularidad de los espacios y equipos, y la posibilidad de dar un mayor
ciclo de vida a un edificio, han dado lugar al concepto de "edificios inteligentes", término
muy novedoso y desconocido para muchos arquitectos.
La gran mayoría ha oído hablar sobre el tema o lo ha leído en revistas, periódicos, televisión,
etcétera, pero muy pocos saben lo que significa en realidad. En México existe el Instituto
Mexicano del Edificio Inteligente (IMEI), en el que la mayoría de sus miembros son
ingenieros mecánicos, eléctricos, de sistemas, civiles y arquitectos, aunque contados, lo que
se puede atribuir a dos razones: la novedad del tema y la idea del mismo arquitecto de que su
única tarea es diseñar estéticamente, sin tomar en cuenta la tecnología y los adelantos
sociales, culturales o económicos que se viven hoy en día.
Con estos adelantos tecnológicos, resulta imposible cerrar los ojos ante el futuro inmediato
al que nos enfrentamos y mucho menos nosotros los profesionales de la arquitectura, que en
cierta manera tenemos la responsabilidad de crear esas ciudades futuristas.
Ya no queda lejano cuando de niños veíamos revistas de historietas donde nos presentaban
ciudades futuristas por que la tecnología cada día avanza más rápido y cambiara nuestras
vidas de una manera impresionante.
Objetivo de la domótica: mejorar la vida en el hogar
La investigación en domótica se centra en mejorar esta situación con el uso integrado de
diversas tecnologías para proporcionar nuevos servicios y mejorar los que ya utilizamos. La
domótica, que tuvo su origen en la automatización de grandes edificios comerciales y de
oficinas, se está extendiendo hoy a entornos domésticos o de pequeños negocios en los que
se pretende combinar un diseño razonable del edificio (integrado en su entorno y utilizando
técnicas arquitectónicas limpias y tradicionales) con el uso de las últimas tecnologías
electrónicas para proporcionar servicios multimedia con costes razonables.
No se trata de llenar nuestra casa de nuevos artefactos sino más bien de que los que ya
utilizamos sean más listos y sencillos de utilizar; que usen esa inteligencia y capacidad de
comunicación para hacernos las tareas diarias más fáciles y se adapten a nuestras
necesidades. La domótica hoy en día ha de ser amigable, fácil de usar, instalar y mantener,
ubicua pero discreta y respetuosa con nuestra privacidad. [8]
Servicios de las nuevas tecnologías
La inteligencia del televisor puede permitirle avisarnos que empieza una película en otro
canal que seguramente nos interesará más. El televisor habrá aprendido nuestros gustos
mediante la observación de los programas que vemos y con la información que ya dispone,
por ejemplo del teletexto. Sus capacidades de comunicación le permitirán solicitar al vídeo
que grabe la película si no estamos.
Además de mejorar nuestro confort, el uso de estas técnicas puede proporcionar y mejorar
servicios como la tele-asistencia a ancianos que viven solos o que necesitan sentirse seguros
y apoyados. Los sensores distribuidos por la casa pueden detectar por ejemplo que la persona
no se ha levantado o que no ha comido y solicitar que un familiar le llame para interesarse
por su estado. Pueden también encender una luz suave cuando ve que se ha levantado por la
noche.
Las caídas de ancianos son una causa frecuente de ingreso hospitalario y pueden acarrear
importantes complicaciones como la rotura de cadera. Con técnicas avanzadas de inteligencia
artificial y procesamiento de imagen se puede conseguir que el sistema responda y reconozca
tanto pequeños gestos e indicaciones como situaciones de grave peligro como una caída en
el baño. Varios grupos en Aragón trabajan en esta línea desarrollando sistemas de
identificación y reconocimiento tanto para residencias como para hogares.
Se han desarrollado métodos que permiten separar y reconocer a una persona de su entorno
utilizando pequeñas cámaras. Se trabaja también con sistemas que permiten localizar a una
persona en un edificio o residencia y orientarla cuando se pierda o avisar cuando se encuentre
en una situación de riesgo. Otros grupos desarrollan técnicas de reconocimiento de voz que
posibilita la comunicación con el sistema sin pulsar ninguna tecla, simplemente hablando y
escuchando. [8]
Comunicación tecnológica
Para conseguir que los aparatos de un edificio se comuniquen entre sí y actúen de manera
unitaria, hay que dotarles de capacidades de comunicación que resulten fáciles de instalar y
mantener. Se está utilizando cada vez más la comunicación sin hilos mediante señales de
radio de muy alta frecuencia para los dispositivos móviles. Diversos estándares y nombres
comerciales comienzan a ser frecuentes en este campo como Wi-Fi (IEEE 802.11b), o
Bluetooth (www.bluetooth.com) Otro medio cada vez más empleado para comunicar los
dispositivos de la casa con el exterior es la red eléctrica, PLC, para este caso será utilizado el
internet. [8]
Climatización
La forma más básica de controlar la climatización de una vivienda es la conexión o
desconexión de todo el sistema de climatización. Se puede realizar esto según una
programación horaria, según presencia de personas en el hogar o de forma manual. Con estos
modos de funcionamiento el sistema sólo garantiza el establecimiento de una temperatura de
consigna única para toda la vivienda, de forma parecida a la existencia de un termostato de
ambiente convencional. Sin embargo se puede hacer muchísimo más para alanzar un alto
nivel de confort y ahorrar energía.
Internet
Internet ha revolucionado la informática y las comunicaciones como ninguna otra cosa. La
invención del telégrafo, el teléfono, la radio y el ordenador sentó las bases para esta
integración de funcionalidades sin precedentes. Internet es a la vez una herramienta de
emisión mundial, un mecanismo para diseminar información y un medio para la colaboración
y la interacción entre personas y sus ordenadores, sin tener en cuenta su ubicación geográfica.
Internet representa uno de los ejemplos más exitosos de los beneficios de una inversión y un
compromiso continuos en el campo de la investigación y el desarrollo de la infraestructura
de la información.
Internet, como la conocemos hoy en día, es una infraestructura de información muy
difundida, el prototipo inicial de lo que se llama a menudo la Infraestructura de Información
Nacional (o Global, o Galáctica). Su historia es compleja e implica muchos aspectos:
tecnológicos, organizativos y comunitarios. Y su influencia no solo alcanza los campos
técnicos de las comunicaciones informáticas, sino también a toda la sociedad, ya que nos
movemos hacia un uso mayor de las herramientas en línea para el comercio electrónico, la
obtención de información y las operaciones comunitarias. [1]
Aires Acondicionados
Para mejorar los sistemas de aire acondicionado doméstico, además de la inclusión de los
conceptos de eficiencia estacional y la clasificación energética de los equipos, en la
actualidad, el diseño de los equipos comienza a integrar una multitud de variables del sistema
realizando un control descentralizo con gestión centralizada. Ello incrementa la eficiencia
energética de los equipos por la integración de todos los parámetros que afectando a la
eficiencia del compresor se analizan de forma continua y se ajustan de forma adaptativa
consiguiendo un funcionamiento óptimo. [2]
La estrategia de control descentralizado, trata el control individualizado de los distintos
bloques como termostato, compresor, sistema de expansión en el evaporador y condensador
de forma separada. [2]
El termino Mini split se traduce literalmente como mini-dividido. Esto se refiere a que un
sistema Minisplit en realidad consta de 2 unidades: la unidad interior y la unidad exterior.
La unidad interior es la unidad que va dentro del cuarto a acondicionar. Hay diferentes tipos
de unidades interiores, la diferencia principal está en la forma en que se instalan: La más
común en los hogares es la que se instala en la parte alta de una pared por lo que se le conoce
como Mini split High Wall ( Pared Alta ) , sin embargo también existe un tipo de unidad que
se instala en el techo de la habitación o en la pared pero en la parte baja incluso recargada en
el piso, ésta unidad se le conoce como Mini split Piso Techo ( o Minisplit Flexiline ).
Figura 2 Unidades interiores
La unidad exterior o unidad condensadora es la parte del Minisplit que como su nombre lo
indica se coloca en el exterior, ya sea en un patio o azotea. Esta unidad está diseñada para
estar a la intemperie y de hecho mientras más aire fresco le dé, es mejor. También es
recomendable ubicarla donde pueda dar sombra al tiempo que se use el equipo, esto ayudara
a mejorar el consumo de energía. Esta unidad es la que se encarga de rechazar el calor hacia
el exterior por lo que el aire que sale es caliente, es por eso que no se debe colocar en un
lugar encerrado ya que al no haber ventilación el equipo se sobrecalentara y se apagara para
evitar ser dañado.
Figura 3 Unidades exteriores
Cada vez es más común escuchar en el mercado de aire acondicionado residencial sobre
equipos ahorradores de energía y términos novedosos como Minisplits INVERTER y SEER
de eficiencia. Principalmente en el mercado Mexicano, el equipo Minisplit gana cada vez
mayor aceptación en los hogares y de igual forma en los compradores son cada vez más
exigentes y se informan sobre las ventajas de adquirir un equipo de aire acondicionado.
Pues bien, el tipico minisplit (el que no es inverter ) tiene una forma de operar muy simple,
es decir, el equipo se enciende y se programa a una temperatura deseada, digamos 21 grados
C. Supongamos que el cuarto está a 25 C. Entonces el equipo va a encender el compresor
para comenzar a enfriar el área y conforme pasa el tiempo el cuarto va bajando su temperatura
a 24C, 23C, 22C hasta llegar a los 21C, después el equipo identifica que ya llego a la
temperatura deseada (conocida cono setpoint) y en ese momento el compresor que había
estado funcionando al 100% se apaga.
El cuarto, al seguir expuesto a ganancias de calor como pueden ser personas, equipos, el sol,
etc. poco a poco va incrementando su temperatura hasta que llega quizás 22 C. Entonces la
tarjeta electrónica del minisplit que es el cerebro principal, se encarga de encender
nuevamente el compresor para comenzar nuevamente a bajar la temperatura al punto
deseado.
Temperatura
Existen diversos fenómenos físicos que se ven influidos por la temperatura y que son
utilizados para medirla: [5]
-
Variaciones de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases)
-
Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia)
-
Variación de resistencia de un semiconductor (termisores)
-
f.e.m creada en la unión de dos metales distintos (termopares)
-
Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación)
CAPITULO II ANTECEDENTES
En la actualidad la tecnología ofrece a nuestro favor algunas ventajas sobre las cosas
materiales, me refiero a que las máquinas cada vez resultan ser más rápidas, con mayor
capacidad y con dimensiones más pequeñas. [12]
Arq. Dulce María Lima Romero.
Las compañías IBM y Carrier han anunciado un nuevo servicio denominado
Myappliance.com. Se trata del primer sistema de aire acondicionado que se comunica de
forma inalámbrica en tiempo real con otros dispositivos tales como teléfonos móviles y PCs
vía Internet. [9]
Según se informó, Myappliance es un servicio de gestión y control remoto que permite a los
propietarios de los sistemas de aire acondicionado establecer la temperatura deseada o apagar
y encender los sistemas a una hora determinada a través del sitio web Myappliance.com. Los
instaladores, distribuidores e ingenieros de Carrier controlarán de forma remota las unidades
individuales y podrán acceder a los datos más relevantes de cada cliente. El sistema
Myappliance estará capacitado para enviar avisos y diagnósticos de manera instantánea a
teléfonos móviles, correos electrónicos o números de fax. [9]
Para la puesta en marcha de este servicio, IBM diseñará una arquitectura que incluye desde
la incorporación de dispositivos que soportan Java en las unidades de aire acondicionado
hasta los servidores, pasando por navegadores web en teléfonos móviles. IBM proporcionará
el software necesario (WebSphere Everyplace Suite Enterprise Edition, WebSphere
Application Server y Visual Age Micro Edition J9 Virtual Machine), el hardware (servidores
AIX IBM eServer) y los servicios de integración de sistemas. [9]
Carrier extenderá este servicio para teléfonos WAP, dirigiéndose a sus principales clientes
en Europa. Posteriormente, el programa WAP será extendido a toda Europa y Norteamérica
y será ampliado para que pueda ser utilizado con otros dispositivos como agendas
electrónicas (PDAs). [9]
¡Ah domótica! esa palabra maldita que todo lo que toca lo retrasa 10 años o más. Casi mejor
ni mencionarla al hablar del nuevo climatizador (lease aire acondicionado con bomba de
calor) de Samsung, el MontBlanc Plus. Este peculiar sistema de… climatización cuenta con
un módulo WiFi capaz de recibir órdenes directamente de una app disponible para
smartphons Android, iOS y BlackBerry. La app Smart Air Conditioner controla el sistema a
través de Smart WiFi y permite actuar sobre los modos de funcionamiento, temperaturas y
demás ajustes. [10]
Esto significa que con el móvil y desde cualquier parte del mundo puedes controlar el
Samsung MontBlanc Plus. Con ello logramos al menos dos cosas, por un lado evitar la
necesidad de un mando a distancia más dando vueltas por la casa y por otro (y más
importante) poder poner el aire acondicionado un ratito antes de llegar a casa y así optimizar
el tiempo de funcionamiento y su rendimiento. [10]
Otro trabajo similar pero más orientado a la industria es el proyecto de la compañía ACCES
Consultores, este proyecto además de utilizar las red local de la empresa se puede monitorear
de igual manera vía internet, de tal manera que permite detectar a tiempo alguna anomalía en
el sistema y poder actuar en el momento. Este además de realizar el monitoreo vía internet,
da las notificaciones por mensajes del estatus de los equipos de tal manera se tiene un
monitoreo más constante.
Pero al igual que varios trabajos su principal desventaja son los costos, ya que para poder
realizar todo esto, no solo basta con adquirir el equipo, sino que además hay que comprar los
equipos que estas empresas proveedoras proporcionan para poder contar con el servicio, lo
que genera un costo mucho mayor, y junto con la adquisición de estos equipos no solo incluye
el costo de ellos, también implica costo de mantenimiento, además del espacio que se tiene
que ocupar para los equipos ya que requieren de espacio especial, lo que genera tener que
acondicionar el lugar, mantener incluso una cierta temperatura y/o humedad en esos espacios,
lo que incrementa aún más los costos de estos equipos.
La empresa Online Controller ofrece cosas similares a estas otras empresas, pero con equipos
más ligeros y fáciles de manejar, pero su principal desventaja hacia los usuarios es la
accesibilidad ya que los costos siguen siendo muy elevados para la gran mayoría de los
consumidores.
Hoy en dia las empresas especializadas en este tipo de tecnologías, están más orientadas hacia
la industria que hacia la sociedad en general, ya que en la industria hay que mantener ciertos
estándares de calidad, para conservar en buen estado ya sea equipos, alimentos, medicinas,
etc.
Las empresas poco se han preocupado por realmente sacar al mercado esta tecnología para
la sociedad en general.
La ventaja del sistema que implementamos es que el usuario podrá decodificar el control de
su propio aire acondicionado si este no aparece en la lista de equipos de compatibilidad, ya
que este es otro enorme inconveniente de los sistemas actuales, debido a que están limitados
a unas cuantas marcas, mientras este sistema permitirá poder incorporar a otros aunque no se
encuentren en la lista de equipos.
CAPITULO III. Análisis y diseño del Aire Acondicionado Automatizado
En este capítulo se analizará cada una de las etapas del aire acondicionado automatizado.
Además se sigue un procedimiento de diseño para hacer posible los calculos de los elementos
del circuito, siendo también necesario equipos para la simulación del mismo.
3.1 Introducción
Para el análisis del aire acondicionado automatizado se deben considerar aspectos
importantes como el microcontrolador que se debe utilizar, este es parte fundamental para
que el circuito electrónico funcione correctamente. El microcontrolador utilizado es la tarjeta
Arduino y es programado para obtener ciertos criterios de un control de mando a distancia y
reutilizarlos para el funcionamiento del proyecto. También la placa Arduino Ethernet Shield
permite a una placa Arduino conectarse a internet. Está basada en el chip ethernet Wiznet
W5100 (datasheet). El Wiznet W5100 provee de una pila de red IP capaz de TCP y UDP.
Soporta hasta cuatro conexiones de sockets simultáneas. Usa la librería Ethernet para escribir
programas que se conecten a internet usando la shield.
La ethernet shield dispone de unos conectores que permiten conectar a su vez otras placas
encima y apilarlas sobre la placa Arduino.
3.2 Análisis del Proyecto
Para esta parte se contempla por las siguentes etapas: alimentación del circuito, obtención
del código del mando a distancia, manipulación del aire acondicionado mediante Arduino
IR y por último control remoto vía ethernet. En la figura 3.1 se muestra el diagrama a bloques
de las etapas del aire acondicionado automatizado.
ARDUINO
DUEMILANOVEVE
Alimentación
5 volts DC.
Fig. 3.1 Diagrama general del proyecto
3.2.1 Alimentación del circuito
La alimentación del prototipo se da con la tarjeta de programación Arduino Duemilanove,
ésta consta de dos tipos de alimentación,
la de conexión USB o con una fuente de
alimentación externa.
Externa (no USB) de potencia puede venir con un adaptador de AC-DC (pared-verruga) o la
batería. El adaptador se puede conectar al conectar un centro positivo enchufe de 2,1 mm en
el conector de alimentación de la placa. La tarjeta puede funcionar con un suministro externo
de 6 a 20 voltios.
Si se proporcionan menos de 7V, no obstante, el pin de 5V puede suministrar menos de cinco
voltios y la junta puede ser inestable. Si se utiliza más de 12V, el regulador de voltaje se
puede sobrecalentar y dañar la placa.
El rango recomendado es de 7 a 12 voltios.
Fig. 3.2 Alimentación por conexión USB (5v)
Fig. 3.3 Alimentación
externa con baterías (9v)
3.2.2 Obtención de códigos del mando a distancia
Para poder controlar el aire acondicionado se sabe que cuenta de un modo manual o a control
remoto, siendo el control remoto nuestro más importante enfoque. El control remoto cuenta
con un led infrarrojo que se comporta como transmisor mandando pulsos infrarrojos hacia el
receptor que se encuentra en el aire acondicionado.
El control remoto manda cada serie de pulsos llamados ‘tramas’, estos son códigos en su
mayoría en hexadecimal y cada uno corresponde a su fabricante; es decir no todos los
controles usan la misma trama de comunicación.
3.2.2.1 Obtención de los códigos
En esta parte se utiliza el micro controlador Arduino con un pequeño circuito para la
decodificación de las ráfagas infrarrojo que manda el control remoto. Se opera con un TSOP
4838 que es un modelo de receptor infrarrojo siendo este el que recibe las ráfagas del control
remoto para que Arduino las decodifique contando con un pequeño programa que arrojará lo
que el TSOP 4838 ha recibido. En la figura 3.4 se muestra el cómo conectar la tarjeta Arduino
con el TSOP 4838, debe contarse con una PC para ver los códigos en hexadecimal.
Fig. 3.4 Circuito decodificador de señales infrarrojas
El TSOP emite una señal alta constante cuando está inactiva y ya que recibe los datos, que
tiende a invertir los datos. Es decir, cuando un LED IR está transmitiendo datos sobre el
TSOP, cada vez que el led IR es alta, el TSOP pasará a BAJO y viceversa. Las señales del
mando a distancia son a menudo los bytes de datos que se codifican y se transmiten mediante
un pulso (en el encendido y apagado del IR LED a una frecuencia específica). La mayoría de
los mandos a distancia de televisión trabajan en 32-40 KHz de frecuencia y la mayoría de los
receptores pueden recibir ese rango.
Para entender mejor cómo funciona la interfaz se debe entender que cada fabricante maneja
su propio protocolo de comunicación IR; a continuación se explicará en breve el protocolo
IR Sony. El control remoto de Sony se basa en el esquema de codificación de señal de ancho
de pulso. Existe el código de 12 bits enviados en una onda portadora de 38 KHz. El código
comienza con una cabecera de 2,4 ms o 4 veces T, donde T es 600μS. La cabecera es seguida
por 7 bits de comando y 5 adres bits. La dirección y los comandos existen de unos lógicos y
ceros. Un uno lógico está formado por un espacio de 600μS o 1T y un pulso de 1200 ms o
2T. Un cero lógico está formado por un espacio de 600 mS y el pulso de 600μS. El espacio
entre los 2 códigos transmitidos cuando se pulsa un botón es 40Ms. Los bits menos
significativos se transmiten primero.
Fig. 3.5 Ondas transmitidas por un control Sony a un osciloscopio
Ahora bien teniendo estos conceptos claros se procede a implementar un programa en la
placa Arduino para decodificar las ráfagas infrarrojas que emite un mando a distancia en este
caso el control a decodificar es del Mini-Split LG y con la ayuda de la librería IRremote se
procede a la decodificación del mando a distancia. IRremote contiene varias subcarpetas que
ayudarán con la realización del proyecto.
Fig. 3.6 Código para obtener los códigos del control remoto
En este punto el proceso se hace más complicado pues la placa Arduino cuenta con los
protocolos NEC, SONY, RC5, RC6 y códigos RAW; es decir, si nuestro mando pertenece a
uno de estos protocolos los resultados serán arrojados en hexadecimal, indicando también el
número de bits y el tipo de protocolo recibido.
Fig. 3.7 Resultados de los datos recibidos por el TSOP
El resultado en la figura 3.7 es notable, el mando a distancia maneja el protocolo Sony, el
código en hexadecimal y su Raw de 26. Como se dijo anteriormente esta parte se dificulta
pues el mando a distancia a utilizar es el de los aires acondicionados del laboratorio de
Electrónica marca LG, Midea que son equipos donde la placa Arduino no tiene el protocolo
de este fabricante. La manera de poder obtener el código para la manipulación del aire
acondicionado se puede hacer de distintas maneras, ya sea obteniendo el protocolo del
fabricante o con un osciloscopio, este último se muestra incapaz de resolver este imprevisto,
pues estos controles no mandan una serie de tramas iguales siendo lecturas diferentes e
incluso para una sola tecla de una función, es por ello que se recurre en la misma placa de
Arduino a la utilización de los códigos Raw y por medio de estos al ser enviados, se logra la
manipulación del aire acondicionado.
Fig. 3.8 Códigos Raw recibidos en decimal
3.3 Control del aire acondicionado con Arduino
Con la librería IRremote se envía las tramas recibidas en una matriz eliminando la primer
secuencia de números y quitando los signos negativos para dejarlos todos positivos, sin
olvidar que se debe poner también el número de bits que contiene la trama y la frecuencia
con la que trabaja el infrarrojo; haciendo todo este procedimiento se consigue manipular el
aire acondicionado ingresando a una PC por el serie monitor del Arduino oprimiendo una
tecla y así activar o desactivar el aire acondicionado.
Fig. 3.9 Resultados de la decodificación de un protocolo diferente y manipulación del aire
acondicionado
3.3 Control vía Ethernet del aire acondicionado
Esta última parte consta de una placa importante que se asociará con Arduino Duemilanove
para la manipulación del aire acondicionado vía internet.
La placa Shield Ethernet Arduino se conecta a la placa Arduino y está a Internet en cuestión
de minutos. Sólo tiene que conectar este módulo a tu placa Arduino, conéctelo a su red con
un conector RJ45 del cable y seguir algunas instrucciones sencillas para empezar a controlar
su mundo a través de Internet.
Como siempre con Arduino, todos los elementos de la plataforma hardware, software y
documentación es de libre acceso y de fuente abierta.
Esto significa que usted puede aprender exactamente cómo se hace y utilice su diseño como
punto de partida para sus propios circuitos.
Fig. 3.10 Diagrama a bloques del control vía Internet del aire acondicionado
La placa shield contiene un número de Led’s para información:
PWR: indica que la placa y la shield están alimentadas.
LINK: indica la presencia de un enlace de red y parpadea cuando la shield envía o recibe
datos.
FULLD: indica que la conexión de red es full duplex.
100M: indica la presencia de una conexión de red de 100 Mb/s (de forma opuesta a una de
10Mb/s).
RX: parpadea cuando la shield recibe datos.
TX: parpadea cuando la shield envía datos
COLL: parpadea cuando se detectan colisiones en la red
El jumper soldado marcado como “INT” puede ser conectado para permitir a la placa
Arduino recibir notificaciones de eventos por interrupción desde el W5100, pero esto no está
soportado por la librería Ethernet. El jumper conecta el pin INT del W5100 al pin digital 2
de Arduino.
Para usar la Ethernet Shield solo hay que montarla sobre la placa Arduino. Para cargar los
sketches a la placa conectarla al ordenador mediante el cable USB como se hace
normalmente. Una vez que el sketch ha sido cargado se puede desconectar la placa del
ordenador y alimentarla desde una fuente externa.
Configuración de la red:
A la placa shield se le debe asignar una dirección MAC y una IP fija utilizando la función
Ethernet.begin(). Una dirección MAC es un identificador global único para cada dispositivo
en particular; asignar una al azar suele funcionar, pero no utilice la misma para más de una
placa.
Conectar la Ethernet Shield a un ordenador, a un switch o a un router utilizando un cable
Ethernet estándar (CAT5 oCAT6 con conectores RJ45). La conexión al ordenador puede
requerir el uso de un cable cruzado.
Conectando Arduino como un servidor web:
1. Conectamos Nuestra placa Arduino Duemilanove al Ethernet Shield.
2. Conectamos el Ethernet shield al Router.
3. También conectamos nuestro ordenador al Router para que estén en la misma red.
4. En el Ordenador podemos verificar la IP que nos asigna la red de la siguiente manera:
3.11 Verificar la IP que me entrega mi router
En mi caso me muestra que mi ordenador tiene asignada la dirección IP: 192.168.0.6. Para
que estén en la misma red, buscamos en el sketch que he puesto a continuación: byte IP [ ] =
{ 192, 168, 0, 6 }; y vemos que la dirección es similar, solo el ultimo numero cambia.
Procuremos que la dirección que le asignemos al Ethernet shield en el sketch sean iguales
todos los números menos el ultimo. De esta forma nos cercioraremos de que estén
compartiendo la misma mascara de sub red y la misma puerta de enlace pero con dos
direcciones IP distintas.
Con el comando ping vamos a enviar paquetes de dirección IP que ponemos a continuación.
En mi caso yo le he puesto la dirección IP que le he asignado a mi Arduino Ethernet, Al
darle ‘Enter’ podemos ver que los led’s RX y TX del Arduino Ethernet se encienden en
sincronía con el envío de datos de la terminal.
Ping-a 192.168.0.6
3.12 Programa para proporcionarle una IP al Arduino Ethernet
Ya teniendo todo este proceso y el circuito infrarrojo conectado, procedemos a declarar las
variables antes mencionadas y explicadas al principio y cargamos Generic Levitra el sketch
a la placa. 8. Abrimos un Navegador de Internet (Explorer, Firefox, Chrome, Safari) y
ponemos en la barra de búsqueda, la dirección IP de nuestra Ethernet shield. En mi caso es
la 192.168.0.6, que es la que le asigné en el sketch. Podemos ver que al poner la dirección IP
en el Navegador, accedemos vía Ethernet a los datos que nos envía Arduino. Estos datos los
hemos descrito en el siguiente código del sketch:
Fig. 3.13 Datos que envía Arduino vía Ethernet
WEB CLIENT:
Ahora vamos a cargar el Sketch WebClient que aparece en los ejemplos de Ethernet de
Arduino. En este ejemplo nos vamos a conectar a Google para poder recibir datos de Google
en Arduino.
Vemos que en el Sketch aparece una dirección IP correspondiente a Google, esa dirección va
cambiando, así que debemos comprobar que corresponda. Para esto ponemos en nuestra
consola de Windows:
ping www.google.com
En este caso me da una IP para Google: 173.194.37.144. Entonces reemplazo esta IP por la
de mi sketch WebClient.
Por último; se trata de encender y apagar un aire acondicionado a través de Internet y, para
ello, vamos a utilizar el Shield Ethernet Arduino. Serán necesarios unos conocimientos
básicos de HTML, simplemente para poder hacer la página Web a nuestro gusto. A través de
esta página Web, podremos encender y apagar nuestro aire acondicionado cuando queramos.
Desde nuestra PC u otro dispositivo similar.
Lo que vamos a crear con el Ethernet Shield, es un servidor Web, el cual nos proporcionará
el código HTML para poder verlo en nuestro navegador y poder, así, interactuar con él. En
Internet, un servidor es un ordenador remoto que provee los datos solicitados por parte de los
navegadores de otros ordenadores. En redes locales (LAN, Local Area Network), se entiende
como el software que configura un PC como servidor para facilitar el acceso a la red y sus
recursos. Los servidores almacenan información en forma de páginas Web y, a través del
protocolo HTTP lo entregan a petición de los clientes (navegadores Web) en formato HTML.
Un servidor sirve información a los ordenadores que se conecten a él. Cuando los usuarios
se conectan a un servidor, pueden acceder a programas, archivos y otra información del
servidor. En la Web, un servidor es un ordenador que usa el protocolo HTTP para enviar
páginas Web al equipo de un usuario cuando éste las solicita.
En este caso no vamos a utilizar la red Internet sino que lo haremos a nivel local en lo que se
denomina una red LAN (Red de Area Local). Para acceder a la página Web que creemos,
deberemos acceder con una dirección IP perteneciente a nuestra red, que será la que le
hayamos asignado al Ethernet Shield. Vamos a cargar el siguiente sketch pero debemos poner
la dirección IP que corresponda a la misma sub mascara y puerta de enlace de nuestra red.
En nuestro caso es:
IPAddress ip (192.168.0.6)
Fig. 3.14 Parte del programa para hacer la interfaz Arduino y Aire Acondicionado
Teniendo todo esto procedemos a verificar los pines de conexión y verificamos nuestra
página web y tendremos listo nuestro prendido y apagado de aire acondicionados vía
Ethernet.
3.4 MONTAJE Y PRUEBAS DEL CIRCUITO
En esta sección se llevó acabo el montaje y pruebas del circuito a emplear, en la Fig 3.15 se
puede observar como sobre el protoboard hay montado un circuito decodificador, el cual se
utilizara para que el cliente final, pueda decodificar su propio control remoto y de esta manera
poder anexar su modelo al sistema, sin la necesidad de tener que adquirir un equipo en
específico, como ya se había mencionado anteriormente, en este proyecto se pretende crear
un control universal, la forma de anexar un modelo nuevo al sistema, ya se ha explicado en
las secciones anteriores. De igual manera en el protoboard no solo está el decodificador, sino,
también se encuentra el emisor el cual manda las órdenes al dispositivo. Todo este circuito
se encuentra conectado al Arduino Duemilanove, que posteriormente se conectar con el
Arduino Ethernet Shield.
a)
b)
c)
Fig. 3.15 Montaje del circuito en protoboard
BIBLIOGRAFIA
[1] Breve historia de internet Internet Society
http://www.internetsociety.org/es/breve-historia-de-internet
[2] AUTOR/ES:
Félix Sanz del Castillo. Director Técnico de Refrigeración y A/C en España y Portugal
Ibón Vadillo Rodríguez. Director Soporte Técnico en Refrigeración Industrial para Europa
http://www.danfoss.com/NR/rdonlyres/BBD1854D-2BC4-4786-87ED9D8E8AC40BB9/0/PonenciaControldeequiposdeaireacondicionadoconvariaci%C3%B3nde
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[3] quecalor.com: Aire Acondicionado Minisplit, características e instalación.
http://www.quecalor.com/aire-acondicionado-minisplit.php
[4] quecalor.com
http://www.quecalor.com.mx/como-funciona-minisplit-inverter.php
[5] CONTROL Y MONITOREO VIA INTERNET
AUTORES: CHRISTIAN ULISES PEREZ GONZALEZ; ADRIAN GONZALEZ RIOS;
ALEJANDRO SANTANA OROZCO; INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL-
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA; AGOSTO 2008;
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http://itzamna.bnct.ipn.mx/dspace/bitstream/123456789/445/1/TESISCRISTIANULISES.p
df
[6] domótica – online: La importancia de la domótica en nuestras vidas domotica-online
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[7] Monografias.com: Domótica - Monografias.com
http://www.monografias.com/trabajos35/domotica/domotica.shtml#ixzz2nbFb8ebx
[8] La domótica una nueva tecnología para una vida más cómoda en el hogar « Aragon
investiga
http://www.aragoninvestiga.org/La-domotica-una-nueva-tecnologia-para-una-vida-mascomoda-en-el-hogar/
[9] Inforcomercial, Red de Negocios: Aire Acondicionado Controlado Por Internet
http://www.infocomercial.com/n/aire-acondicionado-controlado-por-internet-_l217.php
[10] Samsung MontBlanc Plus, el aire acondicionado con WiFi y controlado desde el móvil
Clipset
http://blogs.20minutos.es/clipset/samsung-montblanc-plus-el-aire-acondicionado-con-wifiy-controlado-desde-el-movil/
[11] Acee Consultores: Monitoreo de aires acondicionados
http://www.acee.com.mx/pdf/monitoreo%20de%20aires%20acondicionados.pdf
[12]
See
more
at:
http://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2008/09/control-de-aire-
acondicionado-en-edificios/#sthash.5OlvTTKj.dpuf

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA CARRERA INGENIERIA

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