Diseño e Implementación de un Sistema Domótico para control y monitoreo de consumo energético con Arduino

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Universidad Católica de Salta

Facultad de Ingeniería e Informática

Anteproyecto

De

Trabajo Final.

“Diseño e Implementación de un Sistema Domótico para control y monitoreo de consumo energético con Arduino”.

Alumno:

Marcos Emilio Chauque

Carrera:

Ing. en Informática - Plan 2011

Año 2017

Índice.

1. Título del trabajo:        3

2. Profesor Guía propuesto        3

3. Breve descripción del trabajo        3

4. Objetivos        4

5. Alcances del trabajo (en cuanto a profundidad, cobertura del tema)        4

6. Institución, empresa u organización sobre la que se referenciará el trabajo, si correspondiere        5

7. Metodología y/o procedimiento a utilizar        5

8. Plan de trabajo indicando tareas y tiempos para cada actividad        6

9. Bibliografía        7

1. Título del trabajo:

“Diseño e Implementación de un Sistema Domótico para control y monitoreo de consumo energético con Arduino”.

2. Profesor Guía propuesto:

Ing. Guillermo Villalba

3. Breve descripción del trabajo:

        El termino domótica es ampliamente utilizado en la actualidad, aunque a veces de forma incorrecta, ya que se usa casi siempre para indicar cualquier tipo de automatización. La palabra domótica, proviene de la unión de la palabra “domo” y el sufijo “tica”. La palabra “domo” etimológicamente proviene del latín domus que significa casa, y el sufijo “tica” proviene de la palabra automática.^[1]

        Podemos afirmar que la domótica es la tecnología que automatiza las funciones e instalaciones de un edificio o vivienda para aumentar la comodidad, la seguridad y el ahorro de energía. Se basa en los nuevos avances producidos principalmente en tres campos: la electrónica, la informática y las comunicaciones integrándolas en un único sistema aplicado sobre una estructura arquitectónica.^[2]

        Actualmente los sistemas demóticos del mercado tienen un precio muy elevado, con lo cual solo es posible su instalación en viviendas de lujo. Estos suelen utilizar sistemas de transmisión como son el X10, CEBus, ZigBee, entre otros.

        Por lo tanto, el siguiente proyecto tiene por finalidad estudiar y analizar qué es y cómo funciona un sistema domótico y como utilizando el hardware libre de Arduino, se puede crear un sistema robusto y estable con un presupuesto reducido en comparación a los sistemas implementados de alta categoría. En esencia Arduino es una plataforma de hardware libre creada en el año 2005, que está basada en una placa de microcontrolador y un entorno de desarrollo, que fue diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.^[3]

        Entonces este proyecto analizará primeramente que es un sistema domótico, estudiando los antecedentes generales de la domótica, sus principales características, aplicaciones y sus ventajas frente al ahorro de energético, además de sus ventajas para el bienestar y confort de los individuos en el hogar. Luego se diseñará e implementará un sistema domótico basado en la plataforma Arduino aplicado en una “vivienda tipo”. Estará constituido por una red inalámbrica con dispositivos de control e integración de sensores y actuadores, el desarrollo de software de gestión que permitirá la interacción con el usuario a través de dispositivos móviles y por ultimo un gestor del consumo energético, permitiendo de esta manera reducir el consumo del mismo.         Por último se realizará una conclusión bajo los objetivos planteados inicialmente, analizando el potencial ahorro energético que pueda llegar a ofrecer el sistema domótico propuesto, así como desventajas que puedan existir frente a factores adversos al sistema.

4. Objetivos:

• Analizar el consumo energético en una vivienda tipo.
• Estudiar la plataforma Arduino aplicado a la domótica.
• Diseñar e implementar sistema domótico integral para control y monitoreo de consumo energético utilizando la plataforma Arduino.
• Realizar análisis del consumo energético en una vivienda tipo con y sin la implementación del sistema domótico.
• Conclusión final.

5. Alcances del trabajo

• Realizar un análisis de requerimientos en una “vivienda típico” de Salta Capital.

Se realizarán entrevistas a los individuos de la vivienda para determinar las necesidades de control autónomo que requieren. Lo siguiente es analizar e inspeccionar las instalaciones y las características físicas del hogar, con el fin de determinar si es necesario realizar un mantenimiento previo a la implementación del sistema domótico.

• Realizar análisis del consumo energético en la vivienda

Se realizará un estudio detallado del consumo eléctrico que experimenta la vivienda, recolectando información necesaria como facturas de servicios, estado de la instalación eléctrica, dispositivos electrodomésticos, iluminación, etc.

• Determinar elementos a automatizar e integrar en el sistema domótico

Será necesario identificar los elementos que pueden ser afectados a automatizarse y de este modo mejorar la forma en que estos consumen energía. Esto permitirá aumentar el confort, agregado a la seguridad y la eficiencia energética, pero muchas veces la comodidad y la eficiencia no van siempre de la mano, por ello es fundamental un análisis de las necesidades reales a automatizar determinados dispositivos asociados no solo a la comodidad sino al ahorro de consumo mejorando el uso energético.

• Estudiar sistemas demóticos ofrecidos por el mercado local.

Se estudiarán los diferentes sistemas demóticos ofrecidos por las empresas del medio local, nacional e internacional, analizando sus ventajas y desventajas.

• Estudiar la plataforma Arduino aplicado a la domótica.

Se profundizará el estudio de la plataforma Arduino, sus principales características, su arquitectura, periféricos de control y su plataforma de desarrollo.

• Diseñar e implementar sistema domótico integral

• Modulo Central: es en esencia el modulo que sirve de puente entre el bajo nivel (elementos físicos como los sensores y actuadores) y el alto nivel (interfaz de control), permitiendo la interacción entre los usuarios con el sistema.
• Modulo software: es el que se encarga de controlar el sistema entero. Es el que manda solicitudes de datos y medidas a los diferentes dispositivos del módulo domótica y el módulo energético para almacenar en una base de datos central. Este módulo va a disponer de una interfaz gráfica amigable, fácil e intuitiva de usar. Por otra parte la comunicación de este módulo con el modulo central será a través de una red WIFI, en el caso de que el usuario se encuentre en la vivienda o vía Internet en el caso de encontrarse fuera de la vivienda y de la red inalámbrica local.
• Modulo domótica: este módulo permitirá la interacción entre los dispositivos de bajo nivel (sensores y actuadores) y el modulo central. La comunicación de los mismos será en forma inalámbrica de acuerdo a la programación de la placa Arduino.
• Modulo energético: este módulo cumplirá la función de controlar y monitorear el consumo energético brindando a información en tiempo real del comportamiento del sistema en la vivienda. A su vez el usuario podrá obtener reportes detallados de periodos de tiempos solicitados para tomar decisiones apropiadas de acuerdo a las posibilidades existentes en tal situación.

La gestión de la energía se encargara de:

• Racionalizar el uso de la energía
• Priorizar en la conexión de cargas: establecerá una tasa máxima de consumo simultáneo y un orden de prioridades en los actuadores para desconectarlos en orden cuando se sobrepasa. Se necesita un sistema que lea los consumos de cada circuito. Permite la desconexión de cargas eléctricas n función del consumo eléctrico instantáneo.
• Usar tarifas especiales: permitirá el aprovechamiento de la energía en horas valle, donde es más barato el Kwh y utilizar sistemas receptores que tengan funcionamiento acumulador (sistemas acumuladores y sistemas de energías alternativas como lo es el uso de paneles solares). Deriva el funcionamiento de los equipos a zonas horarias con tarifas más económicas.

• Analizar estudio de costo - beneficio utilizando el sistema

Se llevara a cabo un análisis detallado de la inversión realizada para la elaboración del sistema y su posterior instalación, así como los beneficios obtenidos de la misma.

• Conclusión final

Para finalizar el proyecto se realizará una conclusión, mencionando si se lograron los objetivos planteados al comienzo del mismo. Se mencionarán aquellos problemas y soluciones inmediatas que surgieron.

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