Treball de Recerca: Casa Domtica Adrin Borrego, Sergi Calzada, Dani Fargas

ndex1.Introducci32.Domtica62.1.Histria de la domtica62.2.Elements d'una casa domtica72.3.Classificaci dels sistemes domtics82.4.Aplicacions de la domtica93.Arduino113.1.Arduino UNO124.Disseny del projecte154.1.Maqueta174.2.Elements electrnics194.2.1.Sensors194.2.2.Actuadors214.2.3.Altres234.3.Placa del circuit electrnic264.4.Pressupost295.Programaci: Scratch for Arduino (S4A)305.1.Programa326.Aplicaci Android366.1.Android366.2.Aplicaci376.2.1.Disseny376.2.2.Programaci386.2.3.Pantalles de laplicaci397.Aplicaci Final408.Conclusions429.Fonts dInformaci43

1. IntroducciQui no ha volgut mai pujar una cortina, apagar un llum, o tancar la finestra sense aixecar-se del lloc? La idea de la domtica ens dona solucions per a automatitzar la vida quotidiana duna manera senzilla, rpida i des de qualsevol lloc.

El nostre treball es basa en la construcci duna maqueta duna casa domtica, que seria aplicar les noves tecnologies en el mn de lhabitatge, amb la finalitat de facilitar i millorar la qualitat de vida de les persones. Per realitzar aquestes funcions comptarem amb dues plaques Arduino, que realitzaran les accions programades al PC a les que estaran connectades.

Lobjectiu principal daquest treball ser poder controlar les funcions quotidianes dun habitatge duna manera centralitzada i automtica. A ms: Ens aproparem al coneixement de la domtica, les possibilitats que pot tenir i les aplicacions que tenen en el mn actual. Coneixerem els sensors i actuadors que farem servir en la construcci de la casa domtica tanmateix com les plaques Arduino i la seva programaci. A ms, de la creaci duna aplicaci Android per poder controlar les funcions de la casa domtica des de els nostres smartphones. Realitzar un treball en grup i que cadasc de nosaltres tingui que realitzar una part del treball i tingui una responsabilitat. Construir una maqueta amb cartr-ploma com a material per simular la casa domtica, construda en una escala 1:18

Amb aquest treball volem controlar les segents funcions dun habitatge:- Portes: Obrir i tancar les portes principals i garatge. La principal, amb combinaci o clau.- Finestres: Obrir o tancar les finestres automticament.- Llums: Encendre o apagar les llums de les diferents habitacions i regular la lluminositat dalguna delles (Menjador i Habitacions).- Calefacci: Regular la temperatura interna de lhabitatge mitjanant un termstat, segons la temperatura que es vulgui aconseguir.- Ventilador: Regular la temperatura interna de lhabitatge mitjanant un ventilador activat segons la temperatura.- Cortina: Pujar o baixar una cortina depenent de la lluminositat rebuda per una LDR de la llum solar.- Alarma: Activar o desactivar lalarma amb combinaci o clau.- Aplicaci Android: Control total de totes les accions anteriors des de un dispositiu mbil, de manera remota.

A lhora de lelaboraci del treball ens vam trobar amb diversos problemes com: la rigidesa dels primers cables utilitzats que provocava poc moviment i la majoria es trencaven internament una vegada soldats, aquests cables es van haver de canviar per cables parallels dordinador ja que la seva flexibilitat no produa aquest problema. Al connectar les plaques algun dels rels sactivaven i desactivaven immediatament i repetidament. A ms, les entrades analgiques rebien valors estranys que creixien i decreixien. Vam trobar el problema en una interconnexi de masses. Tampoc hi havia transmissi de moviment entre el motor i leix de la cortina, aquest problema va ser resolt unint els engranatges i la cortina amb un fil i daquesta manera funcionaven a la perfecci. Al provar les llums, vam tenir que intercanviar uns cables, ja que algun polsador feia encendre les llums duna estncia diferent. En els ltims dies, en connectar-ho tot, ens va deixar de funcionar un Arduino. Ens vam adonar de que tenem un alimentaci mal connectada i era la causa de que el microxip del Arduino es fongus i els reguladors sescalfessin moltssim per lelevat consum. Un cop substitut el microxip vam tenir apunt la maqueta per a la presentaci.En la realitzaci escrita del treball hem utilitzat dos programes o plataformes com a eines per a la bona organitzaci daquest i la collaboraci instantnia i mtua amb els membres del grup: Microsoft SkyDrive i Dropbox.Dropbox s un servei multimdia que permet guardar els teus documents i/o carpetes al nvol dInternet i aix disposar daquests documents i/o carpetes en qualsevol moment i lloc accedint a travs dInternet.Aquests documents sn sincronitzats automticament amb els nostres ordinadors.En primeres instncies del treball vam utilitzar Dropbox per, a travs duna carpeta compartida, penjar els documents del treball i finalment ajuntar tots aquests en un document Word com a treball final.Per a mesura que vam anar avanant el treball vam descobrir una plataforma que era ms rentable a lhora destalviar temps en la construcci del treball escrit. La plataforma utilitzada va ser Microsoft SkyDrive. Microsoft SkyDrive s una plataforma que permet ledici online dun document de text Word a travs del compte de Microsoft o Hotmail.A travs daquesta plataforma es va crear un document Word amb el treball escrit i aquest sanava actualitzant de manera online i automtica amb les versions de cada un de nosaltres.

2. DomticaEl terme domtica es coneix com el conjunt de sistemes que sn capaos de fer automticament les funcions d'una casa. Entre d'altres la domtica cobreix les funcions de seguretat, comunicacions, enllumenat... Una de les finalitats de la casa domtica s l'estalvi d'energia i l'accessibilitat i facilitat que es t per realitzar totes les funcions que resultarien ms dificultoses si es realitzessin manualment.

2.1. Histria de la domticaL'origen de la domtica el podem establir als anys setanta, desprs de moltes investigacions van aparixer els primers dispositius que van ser servits per automatitzar edificis basats en la tecnologia X10, que s un protocol de comunicacions per el control remot de diversos aparells elctrics. Durant els segents anys, es va seguir investigant amb la finalitat de trobar la casa ideal, on es van comenar a investigar amb avanats electrodomstics i dispositius automtics per a la llar. Aquests primers sistemes van ser installats principalment en els Estats Units i noms es limitaven a la regulaci de la temperatura ambiental dels edificis de les oficines.

Uns anys ms tard, amb la utilitzaci dels ordenadors personals a finals de la dcada dels 80, es van incorporar en aquests edificis els Sistemes de Cablejat Estructurat (SCE) per facilitar la connexi de tots els terminals i perifrics. Tots aquest edificis que tenien installat un SCE es van comenar a anomenar edificis intelligents.

2.2. Elements d'una casa domticaEls elements que trobem en una casa domtica que la fa possible complir automticament les funcions d'una llar sn els segents:

-Sensors: sn els encarregats de captar qualsevol tipus de canvi fsic en un espai determinat, i transmetre aquesta informaci, directament o a travs del controlador a un dispositiu perqu faci la seva acci als actuadors. Poden ser de pressi, ptics o acstics.-Actuadors: sn els dispositius que en rebre una ordre del controlador, realitzen una acci determinada a la installaci. Per exemple, poden encendre o apagar un LED, posar en funcionament el sistema de calefacci...-La unitat de control o controlador: on arriba la informaci que capten els sensors, aquesta unitat de control la processa i d'acord amb el que ha sigut programat envia les ordres als actuadors corresponents. El controlador noms existeix en els sistemes domtics centralitzats, en els altres tipus de sistemes domtics no s necessari la seva utilitzaci. La unitat de control pot ser qualsevol microprocessador, o fins a un ordinador. En el nostre cas utilitzarem la placa Arduino, per podem controlar els sensors i actuadors a partir d'un ordinador personal o tamb utilitzant un smartphone a travs de la aplicaci que hem creat per dispositius Android.

Imatge 1: Exemples de dispositius de sistemes domtics.

2.3. Classificaci dels sistemes domticsPodem classificar les installacions domtiques en tres grups: centralitzades, distribudes o mixtes. Les installacions centralitzades: tots els sensors i els actuadors estan connectats al controlador, separats per entrades (sensors) i sortides (actuadors)

Imatge 2: Arquitectura domtica centralitzada.

Poden haver-hi installacions centralitzades cablejades o sense fils. En els sistemes domtics cablejats tots els elements de l'habitatge estan units a la unitat de control mitjanant cables, mentre que els sistemes domtics sense fils els elements es comuniquen via radiofreqncia.

Les installacions distribudes: en aquestes no hi ha unitat de control, els elements van units per mitj d'un tpic cablejat en bus.

Imatge 3: Arquitectura domtica distribuda.

Les installacions mixtes: sn installacions descentralitzades en qu el control del sistema es realitza amb diversos controladors petits. En aquest cas, contrriament a les installacions centralitzades, si un controlador deixa de funcionar els altres continuaran funcionant.

Imatge 4: Arquitectura domtica descentralitzada.

2.4. Aplicacions de la domticaEs poden agrupar en quatre grans rees: Control i gesti de l'energia. Racionalitzar i reduir el consum d'energia, amb l'objectiu de reduir la despesa energtica. Per exemple:a. Programaci i zonificaci de la climatitzaci.b. Racionalitzaci de les crregues elctriques, en funci de la potncia contractada.c. Gesti de les tarifes, el sistema prioritza el funcionament d'aparells amb consum elevat quan la tarifa s ms baixa.d. Regulaci de la illuminaci en funci de la lluminositat de l'ambient.

Automatitzaci i control. Incrementar el confort a l'habitatge amb l'automatitzaci de les tasques ms comunes. Per exemple:a. Centralitzaci de l'encesa i el tancament de l'enllumenat.b. Control i gesti d'elements com portes, finestres...c. Control i gesti del reg.

Seguretata. Seguretat de les persones amb la programaci d'alertes mdiques.b. Seguretat dels bns, amb aplicacions com la gesti del control d'accs o sistemes d'alarma.c. Seguretat en les installacions, amb el control i la gesti de les alarmes tcniques.

Comunicacionsa. Control exterior del sistema (telegesti)b. Comunicaci d'incidncies i transmissi d'alarmes.

3. ArduinoArduino s una plataforma electrnica oberta dedicada a la creaci de prototips que consta dun software i hardware fcils dutilitzar. El software pot ser descarregat gratutament i els fitxers de disseny de referncia disponibles amb una llicncia oberta el que permet adaptar-los a les nostres necessitats lliurament.El microcontrolador de la placa Arduino es programa mitjanant el llenguatge de programaci Arduino basat en el Wiring.Els microcontroladors ms utilitzats son: Atmega168,Atmega328 (lutilitzat al nostre projecte),Atmega1280,ATmega8.Les plaques Arduino ms conegudes son: Arduino UNO (utilitzada al nostre treball), Arduino MEGA, Arduino Diecimila/DuemilanoveiArduino Bluetooth, Arduino Pro, Arduino Nano i Arduino Mini. A lhora descollir plaques es va comparar entre una placa Arduino UNO, o una placa Arduino MEGA. Finalment es va decidir dutilitzar la placa Arduino UNO ja que s lnica placa amb la que es pot treballar utilitzant el programa Scratch for Arduino (S4A). Daquestes plaques (Arduino UNO) vam comprar dues plaques ja que en total necessitvem 10 entrades analgiques, 6 sortides digitals, 6 sortides analgiques, 4 entrades digitals i 4 per als servomotors, i cada placa disposa de 14 entrades digitals que poden ser configurades tamb com a sortides, i 6 entrades analgiques.Entrades i sortidesConsta de 14 entrades digitals que poden ser configurades com entrades i sortides, les quals operen a 5 volts i cada un pot proporcionar o rebre 40 mA com mxim. Ms informaci: http://www.arduino.cc/es/

Imatge 5: Exemple de plaques Arduino. Arduino MEGA a lesquerra i Arduino UNO a la dreta.3.1. Arduino UNOs un microcontrolador basat en el ATmega328. Te 14 pins dentrada i sortida digitals, dels quals: 6 poden utilitzar-se com sortides servo, 6 entrades analgiques, connexi USB, connector dalimentaci i bot de reset. La placa Arduino compta amb el xip Atmega16U2 programat com un convertidor de USB a srie.CaracterstiquesMicrocontroladorATMega328

Voltatge de funcionament5V

Voltatge dentrada (recomanat)7-12 V

Voltatge dentrada (lmits)6-20 V

Pins dentrades i sortides digitals14 dels quals 6 son sortides servos

Entrades analgiques6

Corrent continua per entrada o sortida40 mA

Corrent per 3.3 V50 mA

Memria flash32 KB (0.5KB utilitzats com gestor darrencada)

Memria esttica daccs aleatori2 KB

Memria ROM1 KB

AlimentaciLa placa Arduino UNO pot ser alimentada a traves de la connexi USB o amb major potencia a traves duna font dalimentaci externa que pot venir des dun adaptador AC-DC o des duna bateria. La placa Arduino UNO pot operar amb una font externa de 6 a 20 V. La potencia dels pins te un interval de volts de 7 a 12 V, si sestableix una potencia superior a 12 V el regulador de voltatge pot escalfar-se i danyar la placa.MemriaEl microcontrolador de la placa Arduino UNO, el ATmega328 te 32 KB de memria dels quals 0,5 son utilitzats per al gestor darrencada. Disposa tamb de 2 KB de SRAM (memria esttica daccs aleatori) i 1KB de EEPROM una memria ROM que pot ser llegit i escrit amb la biblioteca EEPROM.Entrades i sortidesCadascun dels 14 pins dentrada o sortida pot utilitzar-se com entrada o sortida. Cadascuna de les entrades i sortides funcionen a 5 volts, i pot proporcionar una intensitat de corrent de 40 mA amb un resistor de 20-50 K. A mes, alguns pins tenen funcions especialitzades: Pins 0 i 1: Aquests pins son utilitzats es connecten als pins corresponents del chip ATmega8U2 USB-a-TTL Serial. Pins 2 i 3: Aquests pins es poden configurar per provocar una interrupci en un valor baix o un canvi de valor. Sortides servo 3, 5, 6, 9, 10, 11: Proporcionen 8 bits de sortida. Pins 10, 11, 12, 13: Suporten informaci SPI utilitzant la biblioteca SPI. Led 13: Un led connectat al pin 13.La placa Arduino UNO te sis entrades analgiques A0-A5 cadascuna amb 8 bits de resoluci, alguns pins tenen funcionalitats diferents: Pins A4 i A5: Comunicaci de suport TWI mitjanant la biblioteca de filferro.Hi ha un parell daltres pins a la placa: AREF: Tensi de referencia per a les entrades analgiques. RESET: Per restablir el microcontrolador. Ms informaci: http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

Entrades i Sortides de les dues plaques ArduinoSortides DIGITALS 10 LLUM Garatge11LLUM LAVABO13 LLUM CUINASortides Analgiques 5LLUM Menjador 6LLUM Hab 19LLUM Hab 2Entrades Analgiques A0PULS MenjadorA1 PULS Hab 1A2 PULS Hab 2A3 PULS CuinaA4 PULS LavaboA5 PULS GaratgeEntrades DIGITALS2 PULS Finestra 13 PULS Finestra 2Servomotors RC8SERVO FINESTRA12SERVO FINESTRA

En aquest projecte hem utilitzat el segent esquema dentrades i sortides:1

2ServomotorsAnalgicaDigitalENTRADESSORTIDESAnalgicaDigitalSortides DIGITALS 10 Motor Persiana (Marxa/Paro)11Motor Persiana (Sentit)13 AlarmaSortides Analgiques 5 LED CALEFACCI6Ventilador9Rel LED ROJO/VERDEEntrades Analgiques A0 PULS PersianaA1 PULS EntradaA2 Final de carrera CortinaA3SENSOR TEMPA4SENSOR LLUM/ LDRA5POTENCIOMETREEntrades DIGITALS2TECLAT /Clau3 SENSOR MOVIMIENTServomotors8 SERVO PORTA12GARATGE

4. Disseny del projecteEl treball consta duns elements principals: La maqueta construda amb tot el cablejat que connecta tots els seus elements, una placa perforada preestanyada amb un circuit electrnic i les dues plaques dArduino que processen i actuen per a complir les funcions. Els elements electrnics van units a la casa, i els seus cables passen per diferents forats efectuats a la fusta que fa de base de la casa fins a sota daquesta on hi ha regletes (on connectem els cables negatius de cada element) i els cables positius passen per sota de la casa i van cap a la placa perforada preestanyada on seran comunicats amb els cables Arduino per aix poder efectuar les seves funcions.Per comenar, explicarem els materials de la maqueta, com esta constituda i la seva disposici.Les plaques de control estan situades a lespai sobrant de lesquerra de la maqueta. En aquest espai hi trobem diferents circuits de control:

Primerament, el circuit prefabricat del teclat de lentrada, dins duna carcassa de metall i el teclat en s que esta collat a la fusta en una ranura de la seva mida. El teclat es connecta amb el circuit amb 8 cables que li donen la combinaci. El circuit, si se li entra la combinaci correcta, obre un rel que s el que utilitzem per a donar la senyal al nostre Arduino. Aquest circuit, que conte un transformador, esta connectat a la corrent de casa de 230V AC. Tamb, aprofitem aquest transformador per a alimentar el nostre circuit dinterconnexi construt en la perfboard a 12V DC. Aquest circuit dissenyat per nosaltres s el que ens serveix per a la connexi amb tots els elements de la casa i es troba darrera del circuit del teclat. Consta dels components necessaris per a la bona connexi i funcionament de les funcions. El circuit dinterconnexi esta connectat als dos Arduino situats al darrere daquesta. I finalment, els Arduino estan connectats a un aparell hub USB que juntament amb el cable USB de la Webcam van connectats al ordinador mitjanant el port USB.Imatge 6: Zona de plaques a la maqueta.

A ms, des del dispositiu Android connectat al servidor del programa, envia les funcions que vulguem realitzar a la maqueta de manera wireless ,s a dir, sense fil.

4.1. MaquetaLa casa domtica est fabricada amb un material molt lleuger i bastant resistent com s el cartr ploma. Es coneix com a cartr ploma per aquestes caracterstiques ja que s resistent com el cartr i lleuger com una ploma. Esta compost dun plstic escumat anomenat poliestir expandit recobert de dues capes de cartr. Per subjectar de peu la casa i oferir una major estabilitat es va enganxar la casa a una base de fusta, en la qual tamb es van implantar les plaques Arduino i per on es va fer passar tot el sistema de cablejat. La fusta s de tipus laminat, una fusta que consisteix en la uni encolada i premsada de diverses lamines de fusta massissa. La mida de la base de fusta s de 70x60 cm.Imatge 7: Lamines de cartr ploma.

Per a millorar lacabat, vam enganxar un mosaic que simula maons reals a les parets exteriors de la casa. Tamb la fotografia real duna porta dentrada i el garatge. A ms, el garatge est pintat per linterior de manera que simuli un garatge real.Tamb vam fer aquest disseny amb un programa CAD per a que ens quadressin totes les peces i retallares amb precisi, i per calcular la quantitat de material que calia comprar, s a dir, 2 peces de 70x50cm. Per al gruix daquestes, la mesura que ens va semblar ms adequada va ser la de 5mm.

Imatge 8: Disseny CAD de les peces de cart ploma.Per a construir la maqueta amb la mxima precisi possible i estructurar les habitacions i els elements que fan les funcions, vam fer un disseny de la casa i la disposici de les plaques per a fixar definitivament la idea que tenem en ment, i els esbossos que havem dibuixat.El disseny el vam fer amb el mateix programa CAD utilitzat anteriorment per a les plaques de cartr ploma, el Qcad. En ell, hi hem indicat les mides i el nom de cada estncia.

Imatge 9: Disseny CAD de la maqueta.La casa consta de 7 estncies: La entrada, 2 habitacions, un menjador, la cuina, un lavabo i el garatge.

4.2. Elements electrnicsA continuaci explicarem tots els elements electrnics que fan les funcions elementals a la casa domtica. Els hem classificat segons la seva funci: Sensors, Actuadors i Altres.4.2.1. Sensors

LDR o sensor de llumUn LDR o una fotoresistncia s un component elctric que disminueix la seva resistncia quan incideix ms llum sobre el component. Lestructura del LDR s ben senzilla, consta duna capsula de resina la qual detecta la llum i a la part inferior daquesta capsula hi trobem els terminals. Aquest LDR ser utilitzats per detectar la quantitat de llum de lexterior de la casa per a complir les funcions programades.Imatge 10: LDR.

Sensor temperaturaUn sensor s un aparell capa de detectar diverses magnituds i transformar aquestes en variables elctriques per enviar-les a un altre aparell. El sensor de temperatura ens proporcionar el valor de temperatura de linterior de la casa i lenviar al PC. Segons aquesta temperatura farem actuar algun dels elements de la casa per a obtenir la temperatura desitjada, indicada amb el potencimetre com a termstat. Si la temperatura s ms baixa de la desitjada, els radiadors sencendran mentre que si la temperatura s superior, ser el ventilador el que sencengui.Imatge 11: Sensor de temperatura.

PotencimetreUn potencimetre s un resistor amb un valor de resistncia variable, daquesta manera pot controlar la intensitat de corrent que passa per un circuit si connectem el potencimetre en parallel o la diferencia de potencial si el connectem en srie. En el nostre cas connectarem el potencimetre a una de les plaques Arduino per a recollir el valor de la seva resistncia. Amb aquest valor podem obtenir la seva posici, que utilitzarem per a poder indicar la temperatura desitjada per lambient de la casa, s a dir, com a termstat analgic.Imatge 12: Potencimetre.

Sensor de moviment o PIRCom ja sha explicat a lapartat del sensor de temperatura, un sensor s un aparell capa de detectar diverses magnituds i transformar aquestes en variables elctriques per enviar-les a un altre aparell. Aquest sensor de moviment ser lencarregat de detectar qualsevol moviment quan lalarma sigui activada. Quan es detecti moviment, enviar la senyal al programa, que far sonar lalarma. En aquest cas t el circuit necessari per a que funcioni juntament amb el sensor de moviment, amb tres cables, Negatiu, alimentaci de 5v i el de senyal dalarma.Imatge 13: PIR o sensor de moviment.

PolsadorsUn polsador s un dispositiu electrnic que funciona com un interruptor elctric utilitzat per activar alguna funci, en aquest cas el polsador enviar la senyal al Arduino de que sest pressionant i el polsador tindr la funci de encendre o apagar els llums i, obrir o tancar les finestres, tot depn de la funci que se li hagi aplicat a cada polsador prviament.Imatge 14: Polsadors.

Hi ha dos tipus de polsadors els NT (normalment tancats) i els NO (normalment oberts). En la nostra casa domtica hem utilitzat polsadors NO.Els polsadors consten duna lamina conductora que estableix contacte entre dos terminals en pressionar el polsador i una molla que fa que la lamina torni a la seva posici original quan es deixa dexercir la fora sobre el polsador. Els polsadors podran ser utilitzats per encendre les llums i per obrir les finestres quan sigui necessari fer-ho manualment.

4.2.2. Actuadors

ServomotorsUn servomotor o servo s un dispositiu similar a un motor de corrent continua que permet elaborar una funci amb un eix de rotaci. La diferencia s que aquest son molt ms precisos ja que la seva rotaci ve donada per els angles que se li indiquin. Dins del servo hi ha un potencimetre el qual envia uns certs volts al motor i aquest en girar fa girar leix superior del servo i per tant la roda del servomotor. Tenen tres cables, el negatiu, lalimentaci de 5V i el que va connectat al Arduino per a rebre la tensi que li indica langle que a dassolir.Imatge 15: Servomotor.

Aquests servos sn utilitzats a la casa domtica en diferents parts de la casa: Dos servos seran installats a les finestres, un a la porta, i un servo ms gran al garatge.Motor DCUn motor elctric s, a partir de la definici general de motor, una mquina capa de convertir energia elctrica en energia mecnica i aquesta s capa de produir un treball.Aquest motor per, ser utilitzat amb una reducci per engranatges, aix far que la velocitat de gir del motor disminueixi adaptant-se adequadament a la velocitat necessria per efectuar loperaci dobertura de la cortina.Imatge 16: Motor DC.

VentiladorEl ventilador s un aparell que mitjanant un eix de rotaci, que consta dunes fulles que elaboren uns girs continus a una certa velocitat, propulsen laire refredant lambient. El ventilador utilitzat s un petit ventilador de torre dordinador que funciona a 12v DC (corrent continu). Aquest ventilador a la casa domtica la nica missi que tindr ser simular un sistema de refrigeraci o aire condicionat, quan la temperatura de la casa sigui superior a la desitjada.Imatge 17: Ventilador 12v DC.

Imatge 18: Collocaci del ventilador en el menjador.

LEDsUn LED s un dode semiconductor que emet llum. Cada LED te dues potes: node (positiu) i ctode (negatiu). El funcionament consisteix en que els electrons passen a la banda de conducci delectricitat i la part que es perd es converteixen en fotons. Per que el LED funcioni b se li sol aplicar un voltatge des de 1,8 V fins a 3,8 V. En aquest cas utilitzem LEDs dalta lluminositat amb llum blanca i encapsulat transparent. En farem servir 8 de 3 mides diferents. Els ms petits per a la cuina (2) i el lavabo, els mitjans per a les habitacions i els ms grans per al menjador (2) i el garatge. Aquests van alimentats amb 3,2V i simularan la illuminaci de cada estncia de la casa. Imatge 19: LED's amb encapsulat transparent.

Barres LEDs vermellsA la casa domtica les barres de LEDs vermelles simularan els radiadors de la calefacci. Quan els sensors de temperatura abans esmentats detectin que la temperatura s inferior al interval fixat, el PC enviar lordre al rel de la placa preestanyada que encendr totes les barres de LEDs vermelles simulant lescalfor dels radiadors. Utilitzen la mateixa tensi que un LED normal si els connectem en parallel, per augmentant la intensitat.Imatge 20: Barra de LED'S vermella.

BrunzidorUn brunzidor s un transductor electroacstic que produeix un so continu o intermitent de un mateix to. El funcionament consta en la seva construcci de dos elements un electroimant i una lamina metllica dacer. Quan sacciona el brunzidor, el corrent passa per la bobina de lelectroimant i produeix un camp magntic que fa sonar la lamina dacer. Quan el sensor de moviment estigui activat i detecti algun moviment, el programa enviar una senyal elctrica al brunzidor i aquest sencarregar demetre el seu soroll simulant una sirena dalarma de seguretat. El brunzidor funciona a 5v.Imatge 21: Brunzidor.

4.2.3. Altres

Placa perforada preestanyada Una perfboard s una placa de circuit perforada preestanyada els orificis dels quals estan circumdats per material conductor, per no estan interconnectats entre si a diferncia de la placa protoboard, aqu les interconnexions entre ells es realitzada a traves de cables o camins de soldadura, en aquest cas sn camins de soldadura. Aquest tipus de placa normalment es fabriquen unint una lamina de material conductor a una base de material plstic sinttic anomenat baquelita. La placa perfboard ser utilitzada per comunicar tots els cables procedents de la casa domtica amb les plaques Arduino UNO, i afegir-hi alguns components: com rels, resistncies, dodes... quan siguin necessaris.Imatge 22: Perfboard.

Teclat amb circuit prefabricatTamb utilitzem un teclat per al control daccs que funciona amb el seu circuit i carcassa independents. Aquest teclat disposa dun circuit prefabricat installat a la mateixa estructura del teclat. Aquest circuit prefabricat no s res ms que un circuit preparat per que aquest teclat funcioni correctament, processant el codi introdut i, si s el codi que sha programat anteriorment, doni una senyal daccs al Arduino connectat al PC.Imatge 23: Teclat amb circuit prefabricat.

Aquest circuit es connecta a corrent alterna de 230V i, amb un transformador, alimenta el circuit a 12 V de corrent continua. s un teclat de 110 codis dusuari amb dos sortides rel una que funciona amb 5A i laltra amb 1A NT (normalment tancada) i NA (normalment oberta) incorporades per controlar qualsevol aplicaci de control daccs, en el nostre cas, controlar lentrada a la casa domtica desactivant lalarma i obrint la porta.A ms, utilitzem el transformador daquest circuit per alimentar el circuit de la nostra placa perforada.

Clau electrnicaEn aquest cas la clau no actua com la tpica clau per obrir i tancar la porta de forma mecnica, sin que actua com un interruptor, s a dir, la clau s lencarregada de deixar passar o no la senyal que senvia al Arduino per a obrir la porta.La clau t la mateixa funci que el teclat, dona accs a la casa desactivant lalarma i fent actuar el servo per obrir la porta principal.Imatge 24: Clau electrnica.

Imatge 25: Clau collocada a la paret de la maqueta.

Web Cam Una web cam s una cmera de dimensions petites que capta imatges, les grava i les envia a traves dInternet a un altre ordinador o simplement, les guarda a lordinador. Aquesta cmera web est formada per un lent, un sensor dimatge i els circuits necessaris per a que aquesta funcioni. Els sensors dimatge sn de dos tipus: el CCD (dispositiu de carrega acoblada) i el CMOS (complementari de metall xid semiconductor). Imatge 26: Web Cam.

Aquesta web cam ser utilitzada per a poder veure i escoltar tot el que passi en lentrada principal des de qualsevol lloc amb el Smartphone i, rebre una notificaci quan es detecti moviment. Aquesta, anir connectada al ordinador que enviar les imatges i els sons captats per la xarxa.En aquest cas, la Web Cam te una resoluci VGA amb sensor CMOS i micrfon integrat, i anir connectada al mateix PC que utilitza les plaques Arduino, funcionant com a servidor i enviant les imatges per la xarxa.4.3. Placa del circuit electrnic Per realitzar la connexi entre els diferents elements de la casa i les plaques d Arduino hem fet servir una placa perfboard. En aquesta placa tamb hem collocat les diferents resistncies dels polsadors, LEDs... El disseny de la placa es va fer utilitzant el programa Crocodrile amb una de les seves aplicacions que permet dissenyar sobre una base la teva placa PCB amb tots els elements amb mida real i simular les connexions que s'han de fer a la placa. El disseny final s el segent:

Imatge 27: Disseny del circuit electrnic en 3D. On els components estan representats i les connexions que es realitzen per la part posterior de la placa estan representades amb el color vermell. Imatge 28: Cara superior del circuit electrnic de la placa.

Podem dividir la placa del circuit electrnic en aquestes seccions: Resistncies polsadors: Els polsadors estan connectats a la part inferior de la placa, els cables que arriben dels polsador estan units mitjanant els borns indicats a la imatge, mentre que els cables que van al Arduino van soldats entre els borns i les resistncies. Les resistncies emprades sn de 10k i totes van unides al negatiu mitjanant un terminal de la resistncia. Daquesta manera, si no es prem cap polsador, lentrada del Arduino estar a massa i un cop es premi algun dels polsadors aplicaran 5v a la entrada corresponent del Arduino. Rel Motor: Un dels tres rels que fem servir en la placa serveix per el control del motor de la cortina del menjador. Aquest rel ens permetr canviar la direcci de gir del motor utilitzant una nica sortida del Arduino (5v), commutant el positiu i el negatiu del motor invertint el seu sentit de gir. Rel LED bicolor: Laltre rel, es utilitzat per canviar el color del LED bicolor que es troba a la porta dentrada de la casa domtica. Aquest LED estar permanentment de color vermell i canviar a verd si la clau introduda en el teclat s correcta o si fem servir la clau electrnica per obrir la porta. El programa ser lencarregat de decidir la posici daquest rel segons el color desitjat, donant, o no, els 5v per la sortida del Arduino.Imatge 29: Rels 5v utilitzats

Rel ventilador: Per a encendre el ventilador del menjador, com funciona a 12v, em utilitzat un rel que lacciona a 12v quan rep la senyal del Arduino (5v).

Circuit integrat: Un altre dels elements utilitzats s un circuit integrat L293D. Quan aquest circuit rep una tensi per un dels seus terminals alimenta a 5 volts a un altre terminal especfic. Amb aquest circuit podem aconseguir els 5 volts sense fer servir els que ens proporciona la placa Arduino, ja que sin els altres elements es podrien arribar a fer malb per el gran consum que algun dels elements de la casa necessita. Daquesta manera alimentem aquests elements del transformador directament. El circuit integrat fa la mateixa funci que els tres rels del circuit, alimentar un element amb molt consum, quan l Arduino li doni la tensi senyal. El integrat alimenta a 5V i el rel a la tensi que se li apliqui a una de les potes.Imatge 30: Circuit integrat (L293D)

Reductor de tensi: Tamb ho hem dissenyat per poder reduir els 12 volts que ens donava el transformador que ve amb el circuit del teclat, aix ho hem pogut fer grcies a dos reguladors de tensions de 12v a 5v (LM7805). Primer de tot s'ha de rectificar lentrada del transformador mitjanant un dode i un condensador, amb aix aconseguirem reduir el voltatge i alimentar els elements del circuit. En aquest cas, un per alimentar el circuit i laltre per alimentar els elements (per exemple els servomotors) de la maquetaImatge 31: Regulador de tensi (LM7805)

Resistncies LED: Sn les resistncies necessries per a que els LEDs de les estncies de la maqueta funcionin amb el seu voltatge corresponent, s a dir, a 3,2V.Sn 4 resistncies de 180 per als LEDs individuals del lavabo, el garatge, i les dos habitacions; i 2 resistncies de 100 per a les dos estncies que tenen 2 LEDs en parallel, el menjador i la cuina.

4.4. PressupostAquest l s el llistat de materials, i els seus respectius preus, utilitzats en la construcci daquest projecte:

En aquest preu total no est incls el preu de la m dobra, com tampoc el preu de les eines fetes servir per a realitzar la construcci de la maqueta.

5. Programaci: Scratch for Arduino (S4A)Les funcions que realitzar els Arduino que tenim connectats a la maqueta les hem programat mitjanant el programa Scratch for Arduino (S4A). Aquest programa s una modificaci del original Scratch (feta per Citilab) per a que suporti la connexi de plaques Arduino, diferencia del original, que s noms per dissenyar funcions i efectes grfics en pantalla. (Per exemple jocs senzills).Ms informaci i descrrega gratuta: http://seaside.citilab.eu/scratch/arduino

Em triat aquest programa per a programar ja que la seva programaci es fa en blocs, el que facilita molt la manera de escriure totes les funcions i les llargues lnies de codi. Es a dir, em buscat la manera ms viable per a aconseguir els nostres objectius de manera efica, rpida i el ms rpid possible, ja que s un projecte llarg, amb molta feina, en un temps relativament curt.A ms, el motiu que ms ens va interessar per elegir aquest programa va ser la opci de accedir-hi, un cop actiu, a travs de la xarxa, fent viable el control de les funcions de manera remota. El programa fa un petit servidor al PC al que se li poden activar funcions i canviar variables daquest.Per a fer funcionar el Arduino amb aquest programa cal escriure un petit firmware al la memria del Arduino. Aquest petit codi sencarregar de rebre la informaci de tots els sensors de les entrades del Arduino i enviar-les al S4A del PC, i alhora, enviar del PC al Arduino les funcions que han de realitzar les sortides. El firmware ens el proporcionen els mateixos creadors del S4A i el podem trobar a la seva web, al apartat de descarregues juntament amb el propi programa, i per descomptat, tot gratut.Resumint, no utilitzarem el Arduino com es fa normalment carregant el programa a la seva memria i funcionant independentment, sin que i carreguem un codi per a que treballi sincronitzat amb el PC i sigui el aquest qui analitzi les variables i faci les funcions, utilitzant el Arduino noms com actuador dentrades i sortides.

Primer de tot carreguem el firmware amb el software original del Arduino per a gravar-lo a la memria. Aquest el trobem a la pgina web http://arduino.cc/es/Main/Software.Imatge 32: Software d'Arduino.

Un cop tenim l Arduino preparat, ja podem programar totes les funcions que volem que faci la casa al Scratch for Arduino.

Imatge 33: Captura del entorn grfic del programa Scratch.

5.1. ProgramaAquestes sn las captures de pantalla de la programaci en blocs de les 2 plaques Arduino.Placa 1

El bucle tamb s lencarregat dactivar les funcions assignades a cada polsador.Aquesta placa s lencarregada de la illuminaci de la maqueta. Amb el bucle, segons els polsadors que es premin encendrem un llum o un altre.Primerament, en activar el programa fixem els dos servomotors que funcionen amb aquesta placa al seu angle per a que estiguin tancats. En aquest cas les dues finestres.Seguidament, obrim un bucle que fixa contnuament la lluminositat de les habitacions i el menjador a la variable del tant per cent que li pertoca.

Aquestes funcions i condicionals sn les encarregades nicament de detectar si varia el valor rebut pel dispositiu Android per a variar el tant per cent de les llums regulables.I el mateix al inrevs, si es prem un dels polsadors daquestes estncies no es tindr en compte el smartphone i variar la illuminaci

Finalment, les funcions que fa aquesta placa, s a dir, encendre o apagar els llums quan es premi un bot o el dispositiu Android o faci activar. Quan es prem el polsador duna llum regulable es suma 25% a la llum actual i quan aquesta es 100% es posa a 0%.

Placa 2Primerament, com a la placa anterior, en activar el programa fixem els dos servomotors al seu angle per a que estiguin tancats. En aquest cas, la porta i el garatge.Seguidament obrim un bucle que fixa constantment les variables del termstat i de temperatura al resultat de les operacions corresponents per a calcular-los. El termstat a partir dels mV de lentrada del Arduino connectada al potencimetre i la temperatura als mV que ens donen el sensor de temperatura.A ms, el bucle fa activar les funcions assignades a cada polsador segons la seva posici.Els polsadors connectats a les entrades analgiques sactiven quan reben un valor ms gran que 200. El valor corresponent al mxim, de 5v, es de 1023.Els polsadors connectats a les entrades digitals donen un condicional de cert o fals.

Tamb hi podem trobar condicionals que activen o desactiven la calefacci o el ventilador segons el valor de la variable temperatura. O fan sonar lalarma quan el PIR (sensor de moviment) dna la senyal. Quan lalarma est activada el LED de lentrada far pampallugues.

Finalment, les funcions que fa aquesta placa, s a dir, els actuadors. Aquestes funcions sactiven quan la part anterior del programa les activa o sn activades des de el dispositiu Android. Aquests sn: La porta dentrada i garatge, el so dalarma, la calefacci en blocs de les dues, el ventilador i la cortina. A ms, el temporitzador de 10 segons que sactiva quan sobra la porta principal per a que es torni a tancar automticament.

6. Aplicaci AndroidA ms a ms, volem aplicar el control de la maqueta des dun dispositiu Android, elaborant una aplicaci per aquest sistema. Fer aquesta aplicaci com una ampliaci al treball principal, la domtica.6.1. AndroidAndroid s un sistema per a dispositius mbils que sest expandint molt actualment. Va ser dissenyat per la gran empresa Google, i s un sistema de codi obert.La majoria de gent ja te un mbil smartphone amb aquest sistema, ja que s utilitzar per gran part des distribudors daquests dispositius i s el sistema amb ms varietat daplicacions. Un gran avantatge s que, com s de codi obert, qualsevol pot dissenyar una aplicaci del sistema.Imatge 34: Exemples de Smartphones.

Aquestes aplicacions es poden publicar i descarregar des de la tenda Google Play (https://play.google.com) ja siguin aplicacions gratutes o de pagament.Amb aix ens volem apropar a les innovacions actuals i la gran utilitat i comoditat que t el control de casa des de el teu mbil a qualsevol lloc on siguis.

Imatge 35: Smartphone amb la aplicaci en pantalla.Imatge 36: Icona aplicaci.

6.2. Aplicaci6.2.1. DissenyPer a dissenyar una aplicaci Android des de zero, tot i ser una programaci senzilla, cal tenir experincia, i molta dedicaci. s una tasca complicada que portaria molta feina i temps necessari per a elaborar el treball principal.Per aquest motiu utilitzarem una eina online que Google ofereix per al disseny daplicacions duna manera molt visual i amb programaci per blocs. Aquesta eina sanomena App Inventor i la podem trobar en la pgina web http://beta.appinventor.mit.edu. Encara est en fase Beta per ens ha estat til i cmode per complir els nostres objectius.

Imatge 37: Captura de la eina en lnia "App Inventor".

6.2.2. ProgramaciUn cop dissenyada la part grfica amb tots els elements que hem estructurat (botons, camps de text, imatges, lliscants,...), en centrem en programar la funci de tots aquests. Per a fer-ho, quan fem clic a Open the Blocks Editor sens obre un espai de treball dissenyat en Java, per tant, lhem de tenir installat ( http://www.java.com/es/download ).En aquesta rea de treball es on podem trobar tots els elements que em collocat en el pas anterior i unir-los amb diferents blocs per a fer diferents funcions.Finalment, un cop tenim tots els blocs units per tal de que compleixin les funcions desitjades cal empaquetar la aplicaci per a poder descarregar-la i provar si funciona correctament. Imatge 38: Captura de la programaci en blocs de l'aplicaci.Imatge 39: Codi QR per a descarregar l'aplicaci.

Per a fer aix em de desar les modificacions fetes en la programaci i tornar al navegador on tenim la part grfica. All, en el bot Package for Phone podem triar si volem descarregar linstallador al ordinador, o mostrar un codi de barres QR per a descarregar linstallador des de el mbil directament. Amb larxiu installador en format .apk, obrint-lo des de el mbil, sens installa la aplicaci que em dissenyat amb App Inventor, de manera online.Amb aix hem aconseguit tenir laplicaci per a Android que utilitzarem per a controlar varies funcions de la casa domtica.6.2.3. Pantalles de laplicaci

Es pot descarregar la nostra aplicaci des de: http://www.2shared.com/file/gdvViJyX/DomoHouse.html7. Aplicaci FinalFinalment el funcionament final de la nostra casa domtica va ser el segent:Per entrar a la casa es disposa dun teclat i una clau, quan qualsevol daquests dos s activat, la porta sobriria automticament amb el servo. Noms entrar veiem just al davant una web cam que en qualsevol moment podrem veure el que capten amb el nostre smartphone. Diversos sensors prcticament fan funcionar tota la casa i tots els elements. Comenant pel LDR, o sensor de llum detecta la llum i segons els valors detectats envia les senyals electrniques corresponents a la persiana. Si el LDR detecta que la llum s insuficient enviar la senyal electrnica a la persiana per que aquesta pugi.

Imatge 40: Fotografia del projecte finalitzat.El sensor de temperatura sencarregar del control de la temperatura de la casa. En detectar que la temperatura de la casa s inferior a la marcada far que tots els radiadors sengeguin, encara que, si aquesta temperatura s superior a la desitjada, no sols els radiadors sapagaren si no que el ventilador, situat al menjador sengegar.Tornant a la part de seguretat a la casa disposem de tres elements per garantir-la: el sensor de moviment, el brunzidor i la web cam. En activar el sistema de seguretat, el sensor de moviment, situat just a sobre de la porta sactiva i en obtenir qualsevol moviment actuaria enviant una senyal al brunzidor i aquest es disposaria a efectuar el seu so simulant una alarma. Per ltim disposem de polsadors, connectats a llums i finestres que, en cas de voler o necessitar obrir portes o llums manualment en pressionar el polsador complirien la funci assignada. El LED vermell/verd situat a la porta que en collocar-se verd mitjanant el rel permet lentrada a la casa i en collocar-se vermell indicaria que no es permet lentrada a casa.Evidentment totes les funcions explicades es podrien controlar pel telfon mbil mitjanant laplicaci Android explicada anteriorment a lapartat 7.

8. ConclusionsAl principi del treball ens vam plantejar uns certs objectius que volem complir amb aquest projecte de recerca. Els objectius principals eren: Poder controlar les funcions quotidianes dun habitatge duna manera centralitzada i automtica. Apropar-nos al coneixement de la domtica, les possibilitats que pot tenir i les aplicacions que tenen en el mn actual. Conixer els sensors i actuadors que farem servir en la construcci de la casa domtica tanmateix com les plaques Arduino i la seva programaci. A ms, de la creaci duna aplicaci Android per poder controlar les funcions de la casa domtica des de els nostres smartphones. Construir una maqueta amb cartr-ploma com a material per simular la casa domtica, construda en una escala 1:18.

Arribats al final del treball tots aquests objectius han estat aconseguits. Ha estat un treball difcil ja que hi ha bastant dificultat tcnica per programar una casa completa mitjanant Arduino, encara aix hem anat aprenent dels errors i hem acabar aconseguint programar la casa domtica.Amb aquest treball hem arribar a la conclusi que es pot programar una casa amb un sol ordinador i un parell de plaques Arduino, i que sha de treballar amb una gran precisi perqu el mnim error et provoca que el treball no funcioni. s un treball llarg i difcil pel que shan de dedicar moltes hores.Per ltim hem confirmat que la domtica s una tcnica molt til i que facilita molt la vida quotidiana en els habitatges.

9. Fonts dInformaciPgines Web

Arduinohttp://arduino.cc/es/Main/Softwarehttp://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUnoPgines oficials dArduino amb el software, exemples, informaci i fitxes tcniques de les seves plaques, etc.

Grup Citilab (Setembre 2010) Projecte Scratchhttp://seaside.citilab.eu/scratch/arduinoPgina oficial del programa Scratch for Arduino (S4A) on hi trobem informaci i el software.

Sergio Gonzlez Moreau (Noviembre de 2011)MONOGRFICO: Desarrollos de Scratch para robtica, Enchanting y S4A - Scratch for Arduino (S4A)http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/es/software/software-educativo/1018-monograficodesarrollos-de-scratch-para-robotica-enchanting-y-s4a?start=3Informaci sobre Arduino, les plaques, i la seva programaci per a cada programa.

Arduteka (2012) S4A Scratch Arduinohttp://www.arduteka.com/s4a-scratch-arduino/Informaci sobre com programar els diferents sensors en el programa Scratch for Arduino (S4A).

Wikipediahttp://es.wikipedia.org/Enciclopdia digital don hem consultat informaci general sobre la domtica i els elements electrnics, i el correcte funcionament daquests.

Llibres

Domtica e Inmtica Cristbal Romero Morales, Francisco Vzquez Serrano i Carlos de Castro Lozano (Ed. Ra-Ma)Llibre sobre domtica obtingut de la biblioteca del institut.

Tecnologia Industrial 1r Batxillerat Ed. Mc Graw Hill Llibre de text de Tecnologia Industrial de primer de Batxillerat. Informaci sobre domtica a la Unitat 5 apartat 3.

40