Protocolo de comunicación X-10

Abstract

Este estudio de la arte trata sobre la Domótica que ha crecido notablemente debido al tipo de tecnología que existe en la actualidad, hoy en día es común tener automatizada una vivienda, grandes construcciones donde se pueda implementar sistemas para tener control del mismo. Este estudio tiene un enfoque en lo que refiere al protocolo de comunicación X-10 que es la transmisión de una serie de instrucciones a través de la red eléctrica para controlar diversos dispositivos en el espacio donde se desea manipular, para realizar la comunicación debe implementar distintos dispositivos que serán especificados en este estudio, la implementación de este sistema ha mejorado varias espacios debido a su bajo costo y sencilla implementación.

Index Terms—Domótica, Protocolo X-10, Dispositivos, Comunicación, Implementación, Automatización

Introduction

La Domótica describe la automatización del espacio donde se desea controlar dispositivos eléctricos, la automatización no solo en viviendas sino en distintos ámbitos ha mejorado la calidad de vida del ser humano, logrando mayor seguridad, ahorro de energía y mayor comodidad. [1]

En pleno siglo XXI la Domótica ha logrado avances notorios, desde sensores que activan lámparas hasta control mediante teléfonos celulares. Para realizar la automatización se lo puede implementar mediante el sistema de comunicación X-10 que utiliza la línea eléctrica para transmitir las señales de control, actualmente es uno de los protocolos más utilizados ya que su objetivo principal es la transmisión de datos a baja velocidad y bajo costo, pero es poco fiable frente a ruidos eléctricos. [2] [3]

Protocolo de comunicación x-10

II.1 Estructura del Sistema X-10

La estructura de este sistema se puede observar en la figura 1 tiene una arquitectura similar a la de un bus de datos, debido a que toda la información es codificada e insertada a la red, los filtros evitan que los pulsos insertados mediante el protocolo X-10 afecten a la red eléctrica doméstica, los dispositivos receptores captan la información enviada por los transmisores identificando el código de casa y el código de control para ejecutar la acción deseada. [5]

Fig. 1. Estructura del Sistema X-10. [4]

II.2 Elementos en un Sistema X-10

Todo sistema X-10 está compuesto de los siguientes elementos:

• Controladores: Permiten actuar sobre el sistema ya sea de una manera automática, por medio decisiones tomadas por centrales demóticas programadas o manualmente.[6][4]

• Medio de Transmisión: El medio de transmisión de la comunicación X-10 es mediante la red Eléctrica. [6][4]

• Actuadores: Reciben órdenes y las transforman en señales que ejercen accione sobre los elementos a controlar dentro del sistema domótico. [4][11]

• Sensores: Utilizados para la adquisición de datos del sistema, estos datos pueden ser órdenes directas hacia los actuadores o comunicación con la central Domótica. [10] [4]

• Elementos Externos: Son todos los elementos controlados por el sistema domótico. [9] [4]

II.3 Comunicación

El protocolo de comunicación X-10 consiste en el envío de señales a alta frecuencia modulando los datos a 120 KHz a través del cableado eléctrico tomando como referencia el cruce por cero de onda senoidal de voltaje. Dentro de la modulación se lo representa mediante un código binario, un 1 lógico se representa mediante un pulso de 120 KHz durante 1 milisegundo inmediatamente después del cruce por cero y el 0 lógico se representa por la ausencia del pulso de 120 KHz.

La figura 2 representa una senoidal de 60 Hz en cual se observa que después del cruce por cero se ha enviado un 1 lógico. [1][8] [11]

Fig. 2. Transmisión de una señal binaria en protocolo X-10 a 60 Hz [8]

Para una transmisión completa de datos se realiza en 11 ciclos de voltaje, los 2 primeros ciclos representa el código de inicio, 4 ciclos siguientes representan el código de casa y los 5 ciclos restantes representan el código dirección y función. [8] [12]

Fig. 3. Código transmitido para la transmisión de datos. [1]

Luego de completarse los 11 ciclos necesarios, existen 3 ciclos de espera para una nueva transmisión de datos. [8]

• Código de Inicio: Tiene como función informar a los dispositivos que van a recibir un dato. [13]

• Código de Casa: Contiene de la Letra A hasta la P las cuales identifican el modulo que deberá actuar. [13][ 14]

Tabla 1. Código de Casa [14]

• Código de Dirección y Función: Dentro del protocolo X-10 existen 16 comandos para el código de dirección y 15 comandos para el código de función. [14]

Tabla 2. Código de Dirección [14]

Tabla 4. Código de Función [14]

II.4 Dispositivos

Existen 3 tipos de dispositivos para la comunicación X-10 mediante cableado y 1 dispositivo de comunicación inalámbrico: [15]

• Transmisores

• Receptores

• Bidireccionales

• Inalámbrico

II.4.1 Transmisores

Estos dispositivos envían comando codificados X-10 como una señal de baja intensidad que es insertada a la señal de corriente alterna. Esta codificación se puede enviar 256 dispositivos conectados a la misma red. [13][15]

Fig. 4. Logotipo Transmisor [5]

II.4.2 Receptores

Cada dispositivo receptor tiene una dirección específica y estos son capaces de decodificador la señal enviada por los transmisores. El receptor actuara siempre y cuando la señal decodificada pertenezca a la dirección indicada por el transmisor. Los receptores no pueden comunicar su estado actual hacia un transmisor, por lo que existe un tercer tipo el cual permite una comunicación bidireccional. [13][14]

Fig. 5. Logotipo Receptor [5]

II.4.3 Bidireccionales

Estos dispositivos son capaces de actuar y responder la correcta realización de una orden, lo cual es de gran utilidad cuando un sistema X-10 está conectado a un entorno de control en el cual es necesario saber los estados de los receptores dentro de una instalación Domótica. [13][14]

Fig. 6. Logotipo Bidireccional [5]

II.4.4 Inalámbrica

Existen dispositivos capaces de controlar actuadores del sistema de manera inalámbrico utilizando el espectro radioeléctrico RF, estos dispositivos no son capaces de controlar directamente un actuador del sistema X-10 puesto que su señal de control debe ser recibida por un transductor este es el que ingresa la señal al sistema de red eléctrica para desde allí controlar el dispositivo seleccionado por la codificación. [15][16]

Fig. 7. Logotipo Inalámbrico [5]

II.4 Filtros y Acopladores

Es indispensable que en una instalación Domótica X-10 se acoplen filtros para evitar interferencia producidos por factores ya sean externos o de la misma red de alimentación. Estos filtros brindan un acople de las señales emitidas de los transmisores hacia los receptores. [5]

Fig. 8. Filtro/Acoplador [20]

Conclusiones

Realizado este estudio del arte se logró conocer el protocolo de comunicación X-10, que en la actualidad es la comunicación más usada dentro de sistemas domóticos. Este protocolo inserta una codificación binaria a través de pulsos en la red eléctrica tomándose como referencia el cruce por cero de la señal senoidal de voltaje. La transmisión de datos se consigue a través de un dispositivo transmisor y un receptor; los receptores tienen como función analizar los pulsos introducidos en la red eléctrica y así actuar dependiendo la codificación emitida por el transmisor, la codificación consta de 11 ciclos de tensión, los cuales 2 ciclos son para código de inicio, 4 ciclos para código de casa y 5 ciclos para código de dirección y función.

Actualmente existe tres tipos de sistema de comunicación, aun así el protocolo X-10 es el que tiene más demanda debido a su costo, ahorro de energía, fácil instalación y optimización de tiempo. No es recomendable utilizar esta comunicación a nivel industrial ni en lugares donde existan fuentes de perturbación eléctricas, puesto que las cargas capacitivas e inductivas pueden alterar la comunicación emitida a través de la red eléctrica.

Gracias a la tecnología los sistemas domóticos pueden ser utilizados en diversas aéreas con diferentes fuentes de aplicación, en las cuales lo más utilizado son sensores y actuadores. Además los actuadores pueden ser controlador mediante sistemas telefónicos con el objetivo de brindar comodidad y mayor seguridad.

Bibliografía

• [1] W. Chamorro, D. Guerron, L. Corrales, "Diseño e implementación de control de acceso y seguridad utilizando el protocolo X-10," [Online], Septiembre 18 de 2004. Disponible en: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/9925/1/DISE%3FO%20E%20IMPLEMENTACI%3FN%20DE%20CONTROL%20DE%20ACCESO%20Y%20SEGURIDAD%20UTILIZANDO%20EL%20PROTOCOLO%20X-10.pdf

• [2] M. Maji, "Protocolo de comunicaciones, el lenguaje de la domótica", [Online], 2007. Disponible en:

http://www.domoprac.com/protocolos-de-comunicacion-y-sistemas-domoticos/el-protocolo-de-comunicaciones-el-lenguaje-de-la-domotica/lonworks.html

• [3] Cuevas, J. Martínez, P. Merino. "Protocolo x10: Una solución Antigua a Problemas actuales" [Online]. (2002). Disponible en: 

http://www.lcc.uma.es/~pedro/publications/566_art.pdf

• [4] D. Viva, "Bricolaje X-10 Curso de Domótica a través de la red eléctrica (Corrientes portadoras)," [Online], Noviembre 08 de 2003. Disponible en:

http://www.domoticaviva.com/X-10/X-10.htm

• [5] D. Guacho, L. Muñoz (2014), "Estudio de aplicabilidad de sistemas domóticos orientados a urbanizaciones de la ciudad de Riobamba," [Online], Tesis de obtención del título de Ingeniero en electrónica control y redes industriales, Facultad de Informática y Electrónica Escuela Superior de Chimborazo, Riobamba-Ecuador. Disponible en:

http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/3621/1/108T0105.pdf

• [6] V. Botero, D. Londoño, "Domótica: Protocolo X-10," [Online], Septiembre 22 de 2003. Disponible en

http://www.umanizales.edu.co/publicaciones/campos/ingenieria/ventana_informatica/html/ventana11/Domotica.pdf

• [7] J. Navarrete (2005), "Análisis de los sistemas de comunicación utilizados para la implementación de las aplicaciones de la domótica," [Online], Proyecto previo a la obtención del título de ingeniero especialista en electrónica mención telecomunicaciones, Escuela de Ingeniería Escuela Politécnica Nacional, Quito-Ecuador. Disponible en:

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/5042/1/T2409.pdf

• [8] C. Soliz, E. Reino (2008), "Estudio de la Domótica a atreves de la comunicación X-10," [Online], Tesis de obtención del título de Ingeniero en eléctrico, Facultad de Ingeniería Eléctrica Universidad de Cuenca, Cuenca-Ecuador. Disponible en:

http://dspace.ucuenca.edu.ec/bitstream/123456789/696/1/te327.pdf

• [9] J. Chala (2014), "Estudio de factibilidad técnica para el diseño de un laboratorio de Domótica en la facultad técnica para el desarrollo," [Online], Proyecto de tesis previo a la obtención del título de ingeniero en Electrónica en control y automatismo, universidad católica de Santiago de Guayaquil, Guayaquil-Ecuador. Disponible en:

http://repositorio.ucsg.edu.ec/bitstream/123456789/1637/1/T-UCSG-PRE-TEC-IECA-9.pdf

• [10] A. Machado, "La Domótica y su contribución en el uso racional de recursos energéticos," [Online], Diciembre 09 de 2014. Disponible en:

http://www.eumed.net/rev/cccss/2015/01/domotica.html

• [11] R. Bertuzzi, P. Guarda, J. Salazar, "Automatización del hogar usando el protocolo de comunicación X-10," [Online]. Disponible en:

http://www.qsl.net/ea3cno/pdf/articulo_x10.pdf

• [12] J. Salazar (2007), "Diseño e implementación de un sistema de automatización para el hogar sobre el protocolo X-10 Pro y con un interfaz par PC," [Online], Proyecto previo a la obtención del título de ingeniero en electrónica y control, Escuela de Ingeniería, Escuela Politécnica Nacional, Quito-Ecuador. Disponible en:

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/391/1/CD-0798.pdf

• [13] J. Infantes, "Descripción de X-10," [Online], Departamento lenguajes y ciencias de la computación Universidad de Málaga, Enero 25 de 2009 Disponible en:

https://forja.rediris.es/docman/view.php/414/761/X10.pdf

• [14] L. Pacheco, J. Ronquillo (2006), Diseño e implementación de un sistema Domótica en la casa comercial María José," [Online], Proyecto de grado para la obtención del título de ingeniero electrónico en instrumentación, Escuela Politécnica del Ejercito, Latacunga-Ecuador. Disponible en:

http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/4400/1/T-ESPEL-0157.pdf

• [15] J. Vaquero, E. Corrales, M. Rodríguez, "Domótica y Sistemas Embebidos para comunicaciones inalámbricas" [Online]. (2008). Disponible en: 

http://docencia.etsit.urjc.es/moodle/pluginfile.php/16668/mod_resource/content/0/Tema_SistemaX102011.pdf

• [16] A. Bravo, C. Torres (2007), "Estudio de Gestión para la automatización total en hogares utilizando el protocolo de transmisión X-10," [Online], Proyecto previo a la obtención del título de ingeniero en electrónico, Universidad del Azuay, Cuenca-Ecuador. Disponible en:

http://dspace.uazuay.edu.ec/bitstream/datos/301/1/08074.pdf

• [17] A. Vera, A. Alarcón, O. Polanco, R. Nieto y A. Bernal, "Aplicación de las Comunicaciones Inalámbricas a la Domótica"[Online]. Ingeniería y conectividad , Volumen V, No2 mayo 2004, p. 63-72. [Online]. Disponible en: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/1560/2/Rev.Ing.% 20y%20Competitividad%20Vol%205,%20No%202,P.63-72,2004.pdf

• [18] L.Verdezoto (2008), "Estudio de la factibilidad técnico- económica de la automatización (Aplicación de la Domótica)," [Online], Tesis de obtención del título de Ingeniero en Eléctrico, Facultad de Ciencias Técnica, Universidad Politécnica Salida, Quito-Ecuador. Disponible en:

http://www.dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/6762/1/KT00406.pdf

• [19] R. Gonzales (2014), "Desarrollo de un Controlador domótico X-10," [Online], Escuela Técnica superior de Ingeniería (ICAI). Disponible en:

http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/53cf87968eac9.pdf.

• [20] D. Carril "Filtro X-10 acoplador de fases," [Online], Junio 30 de 2014. Disponible en:

http://www.superinventos.com/S110415.html

Autor:

Jefferson Vicente Domínguez Paute

Danilo Fernando Poveda Pulla

Universidad Politécnica Salesiana, Facultad de Ingeniería Electrónica, Cuenca, Ecuador.

Electrónica Analógica II