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Tolentino S. y Caraballo S. Simulación numérica del ujo de aire.
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CONTROL Y ADQUISICIÓN DE VARIABLES PARA UN
ENTORNO DE TRABAJO
Hirvin Gonzalez, Sergio Velásquez.
{hirvin17, sergiovelasquezg}@gmail.com
Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” (UNEXPO) Vicerectorado Puerto Ordaz
Centro de Investigación de Redes Neuronales Articiales y Robotica (CIRNAR)
Recibido (09/05/19), Aceptado (29/05/19)
Resumen: En este articulo se muestra las capacidades que posee un sistema domótico, utilizando diferentes
tipos de variable que se pueden presentar en dicho ambiente. El diseño cuenta con sistema que es capaz
de almacenar temperatura, humedad, iluminación y presión atmosférica, y controlar la temperatura, la
iluminación y el encendido de los aparatos electrónicos, teniendo así un entorno automatizado. Utilizando
la aplicación Blynk se pude crear una interfaz que es capaz de realizar todas estas acciones y teniendo un
mejor acceso a la visualización de este tipo de variables. Teniendo como resultado un sistema fácil de
manejar y totalmente personalizable dependiendo de las condiciones que se encuentren en ese momento.
Palabras Claves: Arduino, Domotica, Adquisición de datos, Control, Blynk, Bluetooth.
CONTROL AND ACQUISITION OF VARIABLES FOR THE UN
WORK ENVIRONMENT
Abstract: This article shows the capabilities of a home automation system, using different types
of variables that can be presented in that environment. The design has a system that is able to store
temperature, humidity, lighting and atmospheric pressure, and control the temperature, lighting and
ignition of electronic devices, thus having an automated environment. Using the Blynk application,
I could create an interface that is capable of performing all these actions and having better access to
the visualization of this type of variables. Having as a result an easy to manage and fully customizable
system depending on the conditions that are in that moment
.
Keywords: Arduino, Domotica, Data Acquisition, Control, Blynk, Bluetooth.
Gonzalez et al., Control y adquisición de variables para un entorno de trabajo
I.INTRODUCCION
El ser humano ha intentado continuamente contro-
lar el entorno en el que vive con el objetivo de mejorar
su calidad de vida, lo cual ha motivado que el hombre
haya puesto especial énfasis en innovar en la evolución
de la vivienda, como lugar donde desarrolla gran parte
de su vida. Es por ello, que, en los últimos años, los ho-
gares han experimentado una serie de cambios impor-
tantes, proporcionando mayor seguridad, comodidad y
eciencia. Con el objetivo de seguir mejorando esta ca-
lidad de vida, el hombre se ha valido de las nuevas tec-
nologías para implementar sistemas de gestión y control
de las diferentes partes que se encuentran en una casa, y
así es como ha surgido el concepto de domótica.
Hoy en día, y gracias a la gran capacidad de proce-
samiento de los dispositivos actuales, la domótica ayuda
al hombre a mejorar su calidad de vida; de ahí que, ac-
tualmente, existen aplicaciones domóticas inalámbricas
y controlables para manejar bombillas, interruptores,
televisores, persianas, sistemas de climatización, todo
tipo de electrodomésticos, etc., programándolo para un
horario concreto o para que respondan ante cualquier
tipo de señal exterior. Para seguir mejorando el espacio
de trabajo es necesario que la capacidad de control de
los dispositivos domóticos sea cada vez más rápida, e-
ciente y que sean capaz de comunicarse unos con otros.
Por consiguiente, partiendo de este tipo de siste-
ma se realizará mediante el uso de código abierto y el
cual se podrá ejercer el control sobre la temperatura, la
iluminación, el acceso, la asistencia y entre otros que
deseen manejar, incorporando este tipo de sistema en
lugares como ocinas, hogares y edicios.
II.DESAROLLO
El diseño está enfocado para hogares y ocinas para
que así el usuario puede realizar diferentes acciones con
mayor comodidad y pueda tener un espacio más agrada-
ble. El sistema diseñado comprende algunas de las tareas
posibles de la domótica, básicamente se implementarán
circuitos electrónicos capaces de simular dichas tareas,
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siendo los principales responsables los sensores y ac-
tuadores elegidos y denidos, siendo estos controlado
mediante un microprocesador que en este caso se utili-
zará un Arduino UNO y se podrá visualizar y controlar
los elementos del sistema mediante una aplicación para
teléfono inteligentes llamada Blynk. Para comunicar el
Arduino UNO con los teléfonos inteligentes se utilizó la
tecnología Bluetooth con el módulo HC-05.
Figura 1. Entorno Domotico
En el entorno de trabajo se desarrollaron algunas
de las tareas posibles en domótica, las mismas son se-
paradas en 4 módulos distintos. Los módulos utilizados
son de Presencia, Climatización, Iluminación y Apara-
tos Electrónicos.
A.Módulo de Presencia
Para este módulo se utilizó el sensor PIR modelo
HC-SR501. Los sensores PIR se basan en la medición
de la radiación infrarroja. Los dispositivos PIR dispo-
nen de un sensor piezo eléctrico capaz de captar esta
radiación y convertirla en una señal eléctrica.
Figura 2. Sensor PIR
La salida suministrada por este sensor PIR es di-
gital, al detectar presencia de algún objeto su salida
cambia a un nivel alto por un tiempo ajustable por el
potenciómetro integrado en el sensor y en caso de no
presentar presencia su nivel permanece en bajo.
El sensor HCSR-501 es un sensor digital por lo que
no se requiere un circuito de acoplamiento para que su
señal pueda ser interpretada y controlada por el micro-
controlador. Como se indicó anteriormente, el rango de
detección de movimiento de los PIR es ajustable y ge-
neralmente funcionan con alcances de hasta 7 metros,
y con aperturas de 90° a 110°, como se muestra en la
gura 35. El montaje del PIR puede realizarse tanto en
piso, muro ó techo.
Figura 3. Detección de movimiento
Para este módulo se contará también con dos LEDs,
los cuales estarán conectados a dos resistencias de 300
ohm para regular la corriente, uno verde que indicará
que se encuentra un usuario y uno rojo que indicará que
no encuentra y cuando se presenta esta condición tam-
bién encenderá un buzzer de 5v, para apagar el sonido
se puede utilizar un pulsador o la aplicación. En la -
gura 4 podemos ver las conexiones de los dispositivos.
Figura 4. Diseño del Módulo de Alarma
Para realizar los cálculos de las resistencias aso-
ciadas a los LEDs, se consideró un voltaje de encendido
de los LEDs de 2V, una corriente del LED de 10mA y
el voltaje de salida del Arduino es de 5V, se utilizó la
ecuación 17, dando como resultado una resistencia de
300 ohm
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(1)
B.Módulo de Climatización
En este caso utilizaremos el DHT11, este se caracte-
riza por tener la señal digital calibrada, asegurando alta
estabilidad y abilidad a lo largo del tiempo. El sensor
integra unos sensores resistivos para temperatura (ter-
mistor) y otro para humedad. Puede medir la humedad
en un rango desde 20% hasta 90% y temperatura en el
rango de 0ºC a 50ºC.
Figura 5. Sensor de humedad DHT11
El DHT11 mide la humedad relativa. La humedad
relativa es la cantidad de vapor de agua en el aire fren-
te al punto de saturación del vapor de agua en el aire.
En el punto de saturación, el vapor de agua comienza a
condensarse y se acumula en las supercies que forman
rocío. La fórmula para calcular la humedad relativa es:
(2)
Donde: HR es humedad relativa, ρ_w es densidad
de vapor de agua y ρ_s es densidad de vapor de agua
en saturación. La humedad relativa se expresa como un
porcentaje. Al 100% de HR, se produce condensación y
al 0% de HR, el aire está completamente seco.
El DHT11 mide la temperatura con un sensor de
temperatura NTC (termistor) montado en la supercie
integrado en la unidad. Los termistores son resistencias
variables que cambian su resistencia con la temperatu-
ra. Se clasican por la forma en que su resistencia res-
ponde a los cambios de temperatura. En los termistores
de coeciente de temperatura negativo (NTC), la resis-
tencia disminuye al aumentar la temperatura. La resis-
tencia NTC está representada por la ecuación 3.
(3)
Figura 6. Sensor de presión BMP085
Como actuador para controlar la temperatura se em-
pleó un ventilador de 12 V. Este se prendera y apagara
de forma automática tiene en consideración el valor de-
seado. Para poder controlar el encendido del ventilador
se utilizó un transistor, el cual manejara los 12 V y la
corriente necesaria para su óptimo funcionamiento. En
la gura 7 podemos ver el esquema de conexión del
ventilador con un transistor y de los sensores.
Figura 7. Diseño del módulo de climatización
C.Módulo de iluminación
Para este módulo utilizaremos una fotorresistencia,
como su nombre lo indica, es una resistencia cuyo valor
dependen de la energía luminosa incidente en ella, espe-
cícamente son resistencias cuyo valor de resistividad
disminuye a medida que aumenta la energía luminosa
incidente sobre ella y viceversa. Una fotorresistencia se
compone de un material semiconductor cuya resistencia
varía en función de la iluminación. La fotorresistencia
reduce su valor resistivo en presencia de rayos lumino-
sos.
=
100 %
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=
=
100 %
=
1
1
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Figura 7. Fotoresistor (LDR)
Un fotorresistor está hecho de un semiconductor
de alta resistencia. Si la luz que incide en el dispositivo
es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la
elasticidad del semiconductor dando a los electrones la
suciente energía para saltar de la banda de valencia a
la banda de conducción, aumentando así la conductivi-
dad del dispositivo y disminuyendo su resistencia. La
fotorresistencia se caracteriza por la ecuación:
(4)
Donde R es la resistencia de la fotorresistencia, L es
la iluminación en lux y A, α son constantes que depende
del tipo de material con que se ha construido la fotorre-
sistencia y del proceso de manufactura. Los materiales
que intervienen en su construcción son sulfuro de cad-
mio, utilizado como elemento sensible a las radiaciones
visibles, o sulfuro de plomo, utilizado en las LDR que
trabajan en el infrarrojo.
El LDR estará conectado a un divisor de voltaje con
otra resistencia ja y alimentado con 5 V, de tal manera
que cuando la iluminación cambie, variaran los volta-
jes en el divisor de tensión. El valor de la resistencia
ja será de 100kΩ para observar claramente el cambio.
Para calcular el voltaje del LDR se utilizó la ecuación 5.
(5)
En este módulo se implementan 2 LEDS conectados
con resistencias de 300 ohm para regular la corriente, se
calcularon estas resistencias utilizando la ecuación 17,
los LEDs se encenderán o apagarán automáticamente
por la incidencia de luz del sensor LDR. También se
podrán controlar dichos LEDS mediante un switche que
estarán conectados al Arduino o mediante la aplicación.
En la gura 8 podemos observar el diagrama de cone-
xiones del módulo de iluminación.
Figura 8. Diseño del módulo de iluminación
D.Módulo de dispositivos electrónicos
Para este módulo se utilizarán 2 relés de 12V cada
uno, los cuales se encargarán de suministrar los 120
VAC de los aparatos electrónicos como computadoras,
laptops, radios, TV, cafeteras, lavadoras, aire acondicio-
nados, entre otros y poder encender y apagarlo a la vo-
luntad del usuario. La función de dicho es que mediante
un switche o una aplicación el usuario pueda controlar
el encendido y apagado de los equipos. Para poder acti-
var los relés mediante el Arduino, es necesario utilizar
un transistor para cada uno, los cuales se encargarán de
manejar la corriente necesaria para poder controlar los
relés y así poder utilizar los aparatos electrónicos. En la
gura 9 podemos visualizar el diagrama de conexión.
Figura 9. Diseño de módulos de dispositivos electró-
nicos
E.Arduino Uno
Arduino UNO es una placa basada en el microcon-
trolador ATmega328P. Tiene 14 pines de entrada/salida
digital (de los cuales 6 pueden ser usando con PWM),
6 entradas analógicas, un cristal de 16Mhz, conexión
USB, conector jack de alimentación, terminales para
conexión ICSP y un botón de reinicio.
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=
=
+
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Figura 10. Arduino Uno
Es muy fácil de manejar el controlador, simplemente
conectamos al computador por medio del cable USB o
una fuente de poder externa, que puede ser un adaptador
AC-DC o una batería, cabe aclarar que si se alimenta a
través del cable USB en el ordenador no es necesario
una fuente externa.
F.HC-05
El HC-05 es modulo Bluetooth para utilizarse en
todo tipo de proyectos donde necesites una conexión
inalámbrica able y sencilla de utilizar. El módulo
Bluetooth HC-05 puede alimentarse con una tensión de
entre 3.3 y 6V (normalmente 5V), pero los pines TX
y RX utilizan niveles de 3,3V por lo que no se puede
conectar directamente a placas de 5V. Por los que es
necesario un divisor de tensión para conectar los pines
TX y RX al Arduino
Figura 11. Modulo HC-05
El módulo de bluetooth HC-05 es el que ofrece
una de las mejores características, ya que es un módu-
lo Maestro-Esclavo, quiere decir que además de recibir
conexiones desde una PC o tablet, también es capaz de
generar conexiones hacia otros dispositivos bluetooth.
Esto nos permite, por ejemplo, conectar dos módulos
de bluetooth y formar una conexión punto a punto para
transmitir datos entre dos microcontroladores o dispo-
sitivos.
G.Aplicación Blynk
Blynk es una plataforma con aplicaciones iOS y An-
droid para controlar Arduino, Raspberry Pi, entre otros
gustos a través de Internet. Es un panel digital donde
puede crear una interfaz gráca para su proyecto sim-
plemente arrastrando y soltando elementos. Es realmen-
te sencillo de congurar todo y comenzarás a hacer re-
toques en menos de 5 minutos.
Figura 12. Aplicación Blynk
Para la aplicación en Blynk se utilizaron diferentes
elementos que se colocaran en el espacio de trabajo en-
tre los que se encuentran 1 pestaña que separara la vi-
sualización en 2 interfaces en las que se encuentra una
pantalla gráca que visualizara los valores de los senso-
res y la otra que contara con los otros elementos los cua-
les son 2 botones para los dispositivos electrónicos para
poder prenderlo y apagarlo a conveniencia del usuario,
1 boton para encender y apagar los LEDs, 1 boton para
poder silenciar el buzzer en caso de que este sonando,
1 selector para controlar la temperatura, 1 LED que in-
dicara la presencia de la persona y el Bluetooth para
comunicarse con el Arduino.
Figura 13. Pestañas de elementos y conguración
H.Programacion
Para la ejecución y codicación del programa que
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se utilizara en el Arduino Uno se utilizó el programa
Arduino IDLE, en el editor de texto de dicho programa
se procedió a codicar el código necesario para poder
el sistema mediante el módulo de presencia, sensar las
señales de los módulos, realizar las acciones de control
necesarias dependiendo de la aplicación o mediante los
sensores de los módulos.
Una vez congura todos los variables necesarios e
incluida todas las librerías para poder iniciar la aplica-
ción, adicionalmente se conguro 1 puerto serial para
comunicarse con el HC-05. Una vez nalizado toda la
conguración, el sistema estará en espera de un movi-
miento por parte de uno de los usuarios, lo cual permite
iniciar el sistema, se enciende el LED de un color verde
y si no enciende el LED rojo y en caso de que se de-
tecte un usuario empezará a sonar un buzzer y de no
presentarse ninguno de estos casos, el sistema seguirá
en espera.
Se monitorea la humedad, la presión, la temperatura
y luminosidad del entorno cada 100 ms para cada uno
de los valores, cuando temperatura que es modicada
por el usuario mediante la aplicación y esta sea mayor
a la deseada se procederá a encender el ventilador, en
caso contrario se apagara. La iluminación del entorno
se controlará mediante los LEDs cuando se haya pasado
el valor umbral alto se apagará y cuando la iluminación
sea mayor que el valor umbral se prendera, también se
podrán encender y apagar mediante la aplicación o tam-
bién se controlara mediante el switche. Para controlar
el encendido y apagado de los equipos electrónicos se
utilizará tanto como los botones de la aplicación, como
los switche cada uno de estos posee un control indepen-
diente.
La temperatura se controlará dependiendo de la tem-
peratura escogida por el usuario y en caso de que se
desee modicar puede hacerlo mediante la aplicación.
Se realizo un control mediante histéresis para poder
controlar el rango de temperatura, estableciendo como
setpoint el valor escogido por el usuario y con una ban-
da de 2 °C.
Para la iluminación se realizó un control por PWM
que se ajustara dependiendo del valor escogido por el
usuario y se podrán apagar y encender mediante un
switche o mediante la aplicación. Para la radio y la PC
estos se colocaron en los estados escogidos por el usua-
rio una vez se identica al usuario y se podrá modicar
los estados mediante los switche correspondiente a cada
equipo o mediante su botón correspondiente en la apli-
cación.
III.RESULTADOS
Una vez se encuentre emparejado el Bluetooth se
podrá manejar la aplicación para ajustar el entorno do-
mótico. Se realizaron diferentes pruebas para visualizar
como maneja las variables el entorno de trabajo. En la
gura 14 podemos ver la interfaz de la aplicación con
cada uno de los elementos que lo conforman.
Figura 14. Interfaz del entorno de trabajo
A.Datos almacenados
Se almacenaron las variables durante un día para así
comprobar que el sistema es capaz de adquirir cada una
de las variables que se encontraban en el entorno do-
mótico y también controlar las diferentes variables del
entorno de trabajo. En la gura 69 podemos ver la pan-
talla graca de la aplicación en modo pantalla completa,
mostrando las variables de temperatura, humedad, pre-
sión atmosférica e iluminación.
Como podemos ver en la pantalla graca se visua-
lizan cada uno de los datos con sus respectivas varia-
ciones, durante las 6 y 7 de la mañana se desactivo el
sistema y como tal se produjo una pérdida de los datos,
el sistema está congurado de tal manera que cuando
ocurra un caso similar las variables de temperatura, pre-
sión e iluminación se conectaran con la última variable
capturada.
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Figura 15. Almacenamiento de las variables del en-
torno durante un día
La iluminación se mantuvo en los valores cernamos
a 0 cuando se apagó la luz en las horas de la noche,
hasta que se encendió a las horas 6:00 de la mañana, se
mantuvo estable durante una hora hasta que se apagó la
luz y después de ahí se presentó la iluminación presente
en el entorno con sus respectivas variaciones hasta que
se volvió a encender la luz a las 5: 45 de la tarde hasta
que la iluminación se estabilizo con la luz del bombillo
como podemos ver en la gura 16.
Figura 16. Almacenamiento de las variables del en-
torno durante 3 horas
También tenemos en consideración que la tempera-
tura se encuentra por debajo del valor limite, la presión
atmosférica no presentó ninguna perturbación que se
pueda visualizar dado que el clima se mantuvo cálido
durante todo ese día.
B.Control de temperatura
Para comprobar el funcionamiento del control de
temperatura, se utilizó un secador para proporcionar
aire caliente al sensor DTH11 y así poder aumentar la
temperatura medida, después de eso se retiró el aire ca-
liente del sensor y con la ayuda del ventilador se regu-
lo la temperatura para poder así regular la temperatura
hasta el valor escogido en la aplicación.
Figura 17. Control de la tempura del entorno de tra-
bajo
Desde el momento que se empezó a aumentar la
temperatura, la humedad empezó a disminuir debido al
aire caliente que se le presentaba al sensor, una vez que
el aire fue removido se presencia la disminución de la
temperatura hasta el punto de ajuste y también que la
humedad empieza a aumentar nuevamente.
C.Control de iluminación
Para comprobar la efectividad del LDR se probó ha-
ciendo que la lectura del sensor fuera oscura, para hacer
eso posible se le coloco un lugar oscuro de tal manera
que encendiera los LED y después de eso se ilumino el
sensor con una linterna de tal manera que se apagara
los LED.
Figura 18. Control de iluminación del entorno de
trabajo
Podemos notar que los cambios que se presentan en
la iluminación cuando se presentan en estado de oscuri-
dad o iluminación teniendo una respuesta lenta, ya que
los cambios de iluminación ocurren ha muy altas velo-
cidades y esos cambios se deben al tiempo de transmi-
sión de datos que posee el Arduino a la hora de enviar
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los datos a la aplicación. Como también podemos ver
que los valores se mantienen en un con una gran estabi-
lidad y no poseen muchas variaciones.
D.Identicación de los usuarios
Utilizando el módulo de identicación y el sistema
de reconocimiento facial se probó el sistema para cuan-
do se encuentre un usuario y cuando no, así haciendo
posible que se pueda realizar las diferentes acciones del
entorno de trabajo. En la gura 19 a continuación po-
demos visualizar los resultados de la prueba en la apli-
cación.
Figura 19. Identicación de los usuarios registrados
Como podemos notar cuando se presenta uno de los
usuarios, el LED de la aplicación se encendió en el
color verde, también como se visualizó el encendido
de la iluminación y del buzzer
Figura 20. Identicación del usuario desconocido
Mientras que cuando no se presenta ningún usuario
se encendió el LED en un color rojo, mostrando así que
no se detectó ninguna persona cerca del rango del sen-
sor PIR.
Esto ofrece una mayor facilidad a la hora de activar
este tipo de sistema ya que se realiza de manera auto-
mática y también se puede saber cuándo se encentra un
usuario o no sin importar el lugar en donde se encuentre
el encargado de manejar el dispositivo.
IV.CONCLUSIONES
Los ambientes domotizados permite que los usua-
rios registrados puedan manejar y controlar las varia-
bles que dicho lugar posee, dando así una ambiente per-
sonalizado y más confortable para los usuarios.
Debido al entorno los domotico, los usuarios tienen
mayor facibilidad para controlar el ambiente en el que
se encuentra según las necesidades del que lo manejo,
logrando un mejor ambiente.
La aplicación realizada en Blynk sirvió como una in-
terfaz bastante amigable para el control y visualización
de las variables que se encuentra en el espacio de tra-
bajo permitiendo que el usuario tenga un mejor manejo
y estado del ambiente que se encuentra, que este pueda
ser controlado en cualquier ubicación y sea ajustable
dependiendo de sus requerimientos.
V.RECONOCIMIENTO
Esta investigacion se ha desarrollado gracias a los
recursos aportado por el Centro de Investigación de Re-
des Neuronales Articiales y Robotica (CIRNAR) de
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tonio Jose de Sucre” (UNEXPO) Vicerectorado Puerto
Ordaz
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