Agregar a favoritos      Ayuda      Português      Ingles     

Telecontrol y microcontroladores




  1. Introducción
  2. Servicios domóticos
  3. Las redes de comunicaciones
  4. Comunicación alámbrica

Introducción

El control a distancia de las máquinas ha sido una necesidad que ha ido apareciendo con la evolución de la industria. Una breve reseña desde sus orígenes nos permitirá tomar conciencia del esfuerzo científico y tecnológico que ha supuesto llegar al estado actual.

Las industrias, en sus inicios, eran grandes talleres con algunos ingenios mecánicos que permitían elevar la producción respecto del método tradicional y que debido a su complejidad eran manejadas por maestros artesanos con un importante grado de conocimiento técnico. La mecanización consistió en descomponer el trabajo artesanal, necesitado de bastantes conocimientos, en tareas simples y repetitivas que eran ejecutadas por máquinas cada vez más evolucionadas y que, a su vez, requerían una intervención cada vez menor del hombre en la producción. A medida que aumentaba la automatización fueron apareciendo productos cada vez más elaborados cuyos procesos de fabricación eran cada vez más complejos. De esta forma nace la necesidad de un centro de mando de todo el proceso que permitiese una mejor coordinación de los diferentes elementos que lo componen.

El rápido avance de las telecomunicaciones en los últimos años ha supuesto una auténtica revolución en nuestras vidas. En los hogares nadie se plantea levantarse para cambiar el canal de la televisión, encender el equipo de música o el aparato de aire acondicionado. El mando a distancia al igual que el teléfono móvil se han convertido en elementos tan cotidianos que no se les da apenas importancia. La posibilidad de mantener una conexión permanente a internet por un precio módico es una realidad ya presente en muchos hogares. Todos estos avances hacen que cada vez se demanden nuevos dispositivos de telecontrol que puedan ser activados desde cualquier lugar y que permitan realizar acciones tales como encender o apagar la calefacción, o encender el riego del jardín.

El término telecontrol, contiene el prefijo "tele" que proviene del griego cuyo significado es "lejos". Por tanto etimológicamente cuando hablamos de telecontrol nos estamos refiriendo a controlar algo desde lejos o de forma remota. Esto que parece tan trivial y sencillo hoy en día, ha sido y es de una dificultad tecnológica importante. Debemos notar que las primeras aplicaciones de telecontrol aparecen en el ámbito industrial durante la década de los sesenta, tan sólo hace unos cuarenta años.

La industria nace con el descubrimiento del vapor como medio para la transformación de la energía calorífica en mecánica. Las técnicas en valvulería y calderería fueron las primeras en despegar y aún hoy en día son muchas las industrias que utilizan el vapor en alguna fase del proceso de fabricación. Los primeros cuadros de mandos permitían la operación de los diferentes elementos mediante accionamientos mecánicos como la apertura y el cierre manual de válvulas, movimiento de palancas, etc.

El siguiente paso en la automatización y en el perfeccionamiento de los procesos fue la regulación. Según fue aumentando la complejidad de los productos (textiles, químicos, metalúrgicos, etc.) y según fueron apareciendo maquinas cada vez más grandes, empezaron a ser necesarios sistemas de regulación continua.

La regulación permitió la mejora de los procesos industriales, obteniendo mayores rendimientos mediante la intervención coordinada de grandes máquinas con mayor capacidad de producción. El aumento del tamaño de éstas las convertía en grandes devoradoras de energía que movían grandes cantidades de materias primas en el proceso de fabricación. Las primeras regulaciones estaban basadas en la neumática. La acción de la presión del aire a través de los conductos y la existencia de válvulas de doble acción, actuadores y otros dispositivos permitía la centralización del control.

La llegada de los dispositivos eléctricos y electromecánicos supuso un nuevo empujón hacia la centralización del control de las industrias, ya que permitían transmitir las señales eléctricas y accionar los actuadores a mayor distancia y con un menor coste.

El hecho de que la unidad productiva se concentrase en un edificio o fábrica ha hecho que las necesidades de telecontrol se limiten a la centralización de los controles de las diferentes máquinas que intervienen en el proceso. En general, en las grandes industrias una parada súbita (también conocida como disparo) suele tener graves consecuencias y en muchas ocasiones importantes pérdidas económicas hasta que se normaliza de nuevo la producción. Por este motivo, los industriales han sido tradicionalmente bastante reacios a introducir cambios que no ofreciesen una clara ventaja.

Las primeras industrias en demandar nuevas necesidades de telecontrol fueron aquéllas cuya producción se hallaba distribuida geográficamente. Un ejemplo de ellas son las industrias petroleras que transportaban el combustible por medio de oleoductos o gasoductos que discurrían por extensas zonas de terreno con estaciones de bombeo o compresión distribuidas por todo el recorrido.

Fue en la década de los sesenta cuando éstas empezaron a tender líneas de telecomunicación paralelas a los conductos que permitieron la centralización del control de las subestaciones de bombeo y compresión por medio del telecontrol.

Uno de los problemas omnipresentes en este proceso ha sido la fiabilidad. Las tecnologías de telecontrol en sus inicios sólo tenían justificación en un número muy reducido de aplicaciones debido al elevado coste de las mismas y la escasa fiabilidad que ofrecían.

El enorme avance de la tecnología electrónica y lo ajustado de los precios hace que hoy podamos disponer de equipos para el control y telecontrol de dispositivos y máquinas, tanto de la gama profesional como de la doméstica, a muy bajo precio.

Dejando a un lado los equipos de la gama profesional en los que se busca una alta fiabilidad y por tanto el coste es más elevado, es posible encontrar una diversidad de dispositivos en el mercado de consumo destinados al telecontrol dentro del ámbito doméstico, como pueden ser mandos para puertas de garaje, alarmas de intrusión, programadores de riego, dispositivos para la activación telefónica de aparatos como la calefacción, etc.

La forma de vida actual obliga a una continua evolución de todo aquello que nos rodea, evolución a la que no escapan nuestros hogares; desde la búsqueda de nuevos estilos de diseño, técnicas de edificación y nuevos materiales hasta la incorporación de tecnologías que gestionen el uso de la energía, aumenten el confort y la seguridad y que permitan un total control desde el interior o el exterior de la casa.

Las necesidades de seguridad, junto con las de cobijo, fueron el origen de la aparición del concepto de vivienda. No obstante, las necesidades actuales son muy diferentes de las de hace cincuenta años. La vivienda es, en la mayoría de los casos, la principal inversión que realiza una familia a lo largo de su vida y las características del entorno social en el que nos movemos hacen que nuestra preocupación principal se centre actualmente en posibles agresiones exteriores, robo, incendio, intrusión, fugas de agua, etc. Las medidas tradicionales de seguridad como las puertas blindadas, rejas en las ventanas, sistemas de alarma obsoletos, perros guardianes, no dan ya respuesta a las necesidades de seguridad actuales.

En el entorno doméstico existen una multitud de aplicaciones y servicios destinados a mejorar nuestra seguridad y confort que han dado lugar a un área tecnológica que se denomina domótica.

A continuación se detallan algunos de los servicios que pueden ser implementados en una vivienda.

Servicios domóticos

Gestión del sistema de calefacción y refrigeración

El sistema de gestión, a nivel central, permitirá la programación diaria y semanal, así como las consignas de regulación de la temperatura de cada una de las zonas; estas últimas pueden ajustarse de modo individual desde cada uno de los termostatos de ambiente de que disponen. Se efectuará la optimización, dependencia a dependencia, en función de la ocupación, de las temperaturas interior y exterior y de las condiciones térmicas de la edificación.

Estadísticas de consumo

El sistema contabiliza y permite conocer el consumo de los sistemas de calefacción, refrigeración, ACS, agua y teléfono, empleando para ello contadores con salida de impulsos. La presentación de los consumos es de tipo totalizador o parcial, según intervalos de tiempo y pueden realizarse gráficas estadísticas.

Control de las tomas eléctricas

Se realiza el control sobre diferentes tomas eléctricas, lo que permite gestionar el consumo energético de electrodomésticos conectándolos a las horas más propicias de consumo en función de las tarifas eléctricas. También puede gestionar funciones de conexión y desconexión de dispositivos para realizar una multitud de funciones tales como despertador, desconexión de enchufes en las zonas de juego de los niños, simulación de presencia, etc.

Control de las persianas y toldos

Las motorizaciones de toldos y persianas se controlan mediante pulsadores locales, de planta y a través del sistema de gestión centralizado. Permite la programación horaria y semanal por el usuario, actuando en función de datos captados como son la insolación, las temperaturas interior y exterior, la pluviometría y la velocidad del viento.

Control de la iluminación exterior

Puede realizarse un control sobre diferentes zonas de alumbrado exterior en función de un programa horario, semanal, mensual y crepuscular.

Control del riego en jardín y jardineras

Puede realizarse una programación horaria y semanal secuenciada sobre diferentes zonas de jardín y jardineras, en función de la humedad del terreno, la insolación y la pluviometría, condicionando el funcionamiento de los aspersores a la no presencia de personas en el jardín, para evitar sobresaltos derivados de la conexión del riego.

Gestión de la piscina

Al margen de los sistemas habituales de programación, según la tarifa eléctrica, de la puesta en marcha de la bomba para limpieza de la piscina, se incluye el control de la limpieza de los filtros y la detección del porcentaje de cloro en el agua, con la corrección del mismo.

Gestión de la alarma antiintrusión

La alarma antiintrusión se gestiona según dos esquemas de trabajo: ausencia o presencia de los usuarios en el interior de la vivienda.

Control de accesos

Se realiza el control de accesos mediante teclado codificador y/o lector de tarjetas magnéticas o inteligentes, con actuación sobre la puerta principal de acceso. Es posible un programa de restricción de horarios de uso y código de seguridad antiatraco, con apertura de la puerta y disparo de alarma silenciosa. El acceso al garaje se controla mediante sistema de radio, con codificación ternaria, que inicia la temporización de entrada del sistema de alarma, al tiempo que realiza la apertura de la puerta basculante.

Gestión de la alarma médica/pánico

Gestión de la alarma médica/pánico a partir de un medallón emisor por radio y un receptor específico conectado al bus de comunicaciones. Es posible la selección mediante programa del tipo de actuación tras una alarma: transmisor telefónico, sirena, etc.

Gestión de la alarma de incendio

Se realiza la detección infrarroja/termovelocimétrica de incendios en los puntos de mayor riesgo: garaje, cocina, salón comedor, dormitorios, etc. Tras la detección de incendio se desencadena una actuación dirigida a advertir a las personas presentes en la vivienda mediante la señalización interior y la actuación de la sirena, seguidas de llamadas de aviso a los números telefónicos de emergencia.

Gestión de la alarma de inundación

Si se detecta agua en el pavimento de las zonas de riesgo: cuartos de baño, cocina y lavadero, se acciona la electroválvula de corte de suministro de agua a la vivienda y se inician las llamadas de aviso a los números de teléfono prefijados.

Gestión de la alarma de monóxido de carbono

Esta alarma detecta el grado de toxicidad por concentración de monóxido de carbono en el garaje. Tras la detección de una concentración peligrosa de gas tóxico se produce la puesta en marcha del sistema de ventilación del garaje, así como la actuación de la señalización interior de la vivienda y la sirena y se inician las llamadas de aviso a los números de teléfono prefijados.

Supervisión de la temperatura del congelador

Si se detecta la elevación de la temperatura del congelador por encima del umbral prefijado se activa la señalización interior de la vivienda y el transmisor telefónico.

Transmisor telefónico

Hay un sistema de transmisión telefónica que puede realizar llamadas automáticas y secuenciales a diferentes números de abonados particulares y a los servicios de emergencia o compañía de seguridad. Tras efectuar la llamada de aviso, existe la posibilidad de realizar la escucha del local bajo protección.

Distribución de audio

La distribución del sistema de audio se realiza sobre diferentes zonas, para sonorización ambiental, con mando local sobre el equipo de música (marcha/paro) y control individual del volumen en la dependencia, admitiendo posibilidad de selección entre varios canales. Puede emplearse el sistema de sonorización para la difusión de mensajes vocales de alarma que adviertan a los usuarios de las posibles eventualidades e incidencias existentes en la instalación.

Las redes de comunicaciones

Para implantar cualquiera de los sistemas anteriormente descritos en una vivienda es necesaria una planificación previa de las redes tanto eléctrica como de comunicaciones necesarias. Durante la construcción de una vivienda se puede prever la instalación de las conducciones y redes necesarias para una instalación domótica sin que ello suponga un sobreprecio muy grande con respecto a una instalación convencional. El problema surge cuando se quiere hacer la instalación en una vivienda ya construida debido a la necesidad de llevar las conexiones de red a los diferentes puntos de la instalación, labor ésta que supone la realización de las canalizaciones necesarias y que suele ser bastante costoso o sencillamente inviable porque supone hacer obras.

En una instalación domótica, siempre se deberá disponer de una serie de elementos distribuidos a lo largo de ésta, que servirán para recoger información sobre el estado de aquellas variables que intervienen en los procesos de regulación y control; a estos elementos se les denomina captadores, su misión es convertir las variables físicas o eléctricas que recogen en señales eléctricas comprensibles por el sistema. De la misma manera, siempre que se deba efectuar una operación de gobierno sobre un elemento bajo control, se deberá disponer de actuadores, normalmente elementos electromecánicos, adecuados a la acción a realizar. Toda la información que deba transitar entre los captadores y el centro de gestión que rige la instalación y entre éste y los actuadores utilizará para su transporte un soporte de comunicaciones adecuado al tipo de información a transmitir.

A la hora de resolver la comunicación entre dispositivos se pueden dar varias situaciones:

  • Varios dispositivos con canales dedicados: tan sólo hay que acceder al canal del dispositivo en cuestión para resolver la comunicación.

  • Varios dispositivos receptores y un único transmisor compartiendo un mismo canal: la comunicación se puede resolver por difusión asignando un identificador a cada receptor para discriminar a quién va dirigida la orden.

  • Varios transmisores compartiendo un mismo canal: en este caso pueden producirse colisiones que habrá que resolver. Una forma sencilla de resolver la contienda es realizando cada transmisión bajo demanda del centro de control. El principal inconveniente estriba en que hay que aumentar la complejidad del captador para que pueda recibir las órdenes del centro de control. Si la recepción de los datos no es un factor crítico en el tiempo, como sucede en la mayoría de las aplicaciones, simplemente se tomarán medidas para reducir la probabilidad de colisión y en caso de que se produzca se descartan las medidas afectadas.

Para cada captador y actuador habrá que elegir la forma de establecer el canal de comunicación con el centro de control. Algunos de los posibles medios de comunicación a nuestro alcance son:

Comunicación alámbrica

  • Cableado específico

Esta solución goza de una gran fiabilidad y minimiza la complejidad de cada dispositivo. Resulta idónea en el caso de nueva construcción pero es bastante costosa e incómoda en los demás casos.

  • Utilización de la red eléctrica

Aprovecha la red eléctrica existente en todas las viviendas y locales para utilizarla como red de comunicaciones entre los distintos dispositivos. Los diferentes sistemas disponibles utilizan un módem para la red eléctrica. No existe un estándar único en el mercado pudiéndose optar entre diferentes sistemas propietarios como son Cebus, Lontalk, X10, etc. Al no tratarse de un mercado maduro es difícil decantarse por un sistema u otro.

Comunicación inalámbrica

  • Transmisión por radio

Es una solución interesante para multitud de aplicaciones. Existen en el mercado transceptores digitales de onda media a precios muy asequibles y muy fáciles de operar. El principal problema que presentan es que todos los dispositivos acceden al medio radioeléctrico por contienda y se debe resolver el problema de las colisiones en el caso de que varios transmisores operen al mismo tiempo.

  • Transmisión óptica por infrarrojos

Es la solución más utilizada en la actualidad en el entorno doméstico. Muchos de los electrodomésticos de uso común disponen de un mando a distancia por infrarrojos, lo que puede aprovecharse para su control por el sistema con sólo incorporar el transmisor correspondiente. Los principales inconvenientes residen en la necesidad de que exista visión directa entre el transmisor y el receptor y en el acceso al medio por contienda cuando existen varios transmisores.

Sistemas basados en un microcontrolador

La innovación tecnológica pone a nuestro alcance la capacidad de poner en práctica, de un modo sencillo, una multitud de aplicaciones que hasta hace poco eran impensables debido a su complejidad o elevado coste. Para que una aplicación desarrollada con un sistema basado en un microprocesador pueda interactuar con el mundo real necesita una interfaz adecuada al propósito de la aplicación que se desarrolla. Si, por ejemplo, se está desarrollando un sistema para el control de un ascensor, será necesario que reciba las diferentes señales como son los detectores de puerta cerrada, las células de presencia en el paso de puertas, las botoneras de llamada, etc. y deberá ser capaz de accionar los motores de apertura y cierre de puertas así como del propio ascensor.

El microcontrolador Motorola MC68331

El MC68331 es un microprocesador de 32 bits que combina una alta capacidad en el tratamiento de datos con un potente subsistema de periféricos. El microcontrolador se compone de los cuatro módulos siguientes:

  • Unidad Central de Proceso (CPU 32).

  • Módulo de Integración del Sistema (SIM).

  • Temporizador de Propósito General (GPT).

  • Módulo de Comunicación Serie (QSM).

Los principales dispositivos, puertos y periféricos que integra son:

  • Generador de interrupciones periódicas.

  • Sistema de supervisión de bloqueos que genera un reset cuando se produce un bloqueo del sistema (Software Watchdog Monitor).

  • Dos puertos E y F de entradas/salidas configurables.

  • 12 señales programables para selección de dispositivos (chip-select), 7 de las cuales pueden configurarse como salidas de propósito general bajo la denominación de puerto C.

  • Modo de Depuración en Segundo Plano (BDM), que permite que otro sistema tome el control del microcontrolador.

  • 2 interfaces de comunicación serie (QSM), una de propósito general y otra destinada a periféricos.

  • Unidad de captura/comparación de señales que contiene tres canales de captura, cuatro de comparación y un octavo canal que puede configurarse indistintamente de un modo u otro.

  • Un acumulador de impulsos de 8 bits.

  • 2 moduladores de ancho de pulso (PWM).

Cualquier sistema basado en un microprocesador presenta la enorme ventaja de tratarse de una herramienta de propósito general. Las utilidades de que dispone el MC68331 unidas a la potencia del procesador hacen que pueda implementarse una multitud de aplicaciones sin apenas necesidad de circuitería externa simplificando aún más el desarrollo de los prototipos. A pesar de ello, es necesario disponer de una serie de interfaces que permitan la captación de los datos que han de ser procesados.

Objetivos

Los objetivos que se persiguen son el desarrollo de prácticas guiadas para que aquellos alumnos que, con una especial motivación, deseen realizar su propio sistema digital basado en el microcontrolador Motorola 68331 dispongan de algunas interfaces ya resueltas de modo que no supongan una gran dificultad añadida al trabajo académico.

El primer objetivo del presente proyecto ha sido disponer del sistema basado en el microcontrolador totalmente operativo. Después se han ido incorporando diferentes interfaces y dispositivos para cubrir un abanico de aplicaciones.

Uno de los interfaces que ha sido objeto de interés ha sido el Módem para Red Eléctrica. Después de realizar algunos estudios y desarrollos, no ha sido posible implementarlo por no encontrar en el mercado unidades sueltas de algunos de los componentes. Sólo era posible conseguirlos por encargo, para lo cual se exigía un pedido mínimo de 25 o 50 unidades, según el componente.

Se ha optado por incluir este estudio previo en un apéndice para que pueda ser utilizado como punto de partida por cualquier alumno en un futuro.

Los interfaces contenidos en la presente memoria son:

  • DISPLAY LCD.

  • TECLADO MATRICIAL.

  • REPRODUCTOR DE MENSAJES.

  • TRANSCEPTOR RADIO.

  • TRANSCEPTOR POR INFRARROJOS.

  • INTERFAZ TELEFÓNICO.

BIBLIOGRAFÍA (TIPO, TÍTULO, AUTOR, EDITORIAL Y AÑO):

BÁSICA

  • Programming and Customizing the AVR Microcontroller, Dhananjav V. Gadre, McGraw-Hill editorial, 2001.

  • Microcontrolador PIC16F84A Desarrollo de proyectos, Enrique Palacios, Fernando Remiro y Lucas J. López, Segunda edición, Editorial Ra-Ma, 2006.

  • The 8051 Microcontroller, MacKenzie I. Scott, Second Edition, Prentice Hall editorial, 1999.

  • Microcontroladores "PIC":Diseño Práctico de Aplicaciones, José María Angulo Usategui, Ignacio Angulo Martínez, Tercera edición, Editorial Mc-graw-Hill Interamericana, 2003.

CONSULTA:

  • AVR Enhanced RISC Microcontroller Data Book, Atmel Corporation, 2001.

  • Embedded Microcontroller, Intel Corporation, 1994.

Handbook of Microcontroller, Predko M., Tab Books, 1999

Enviado por: Ing.+Lic. Yunior Andrés Castillo S.

"NO A LA CULTURA DEL SECRETO, SI A LA LIBERTAD DE INFORMACION"®

Santiago de los Caballeros, República Dominicana, 2016.

"DIOS, JUAN PABLO DUARTE, JUAN BOSCH Y ANDRÉS CASTILLO DE LEÓN – POR SIEMPRE"®

 

 

 

Autor:

Ing.+Lic. Yunior Andrés Castillo S.

 


Comentarios


Trabajos relacionados

  • Tecnología

    Prehistoria. Edad Antigua. Edad Media. Edad Moderna. Edad Contemporánea. Arado, Escritura, Fuego, Rueda, Herramientas d...

  • El nuevo milenio

    El progreso técnico y científico. La revolución de las comunicaciones. Un Mundo Global. Los problemas del comienzo del n...

  • Recipientes de almacenamiento

    Almacenamiento de líquidos. Almacenamiento de gases. Tanques atmosféricos. Tanques elevados, abiertos. Tejados flotantes...

Ver mas trabajos de Tecnologia

 

Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.


Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

Iniciar sesión

Ingrese el e-mail y contraseña con el que está registrado en Monografias.com

   
 

Regístrese gratis

¿Olvidó su contraseña?

Ayuda