PROYECTO DE GRADO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
UNIVERSIDAD EL BOSQUE
Sistema de control en el hogar para personas cuadrapléjicas
Autores: Cesar Mauricio Perdomo Rozo, Javier Enrique Bocanegra Palma
Bogotá, Enero de 2009
SISTEMA DE CONTROL EN EL HOGAR PARA PERSONAS
CUADRAPLÉJICAS
Cesar Mauricio Perdomo Rozo
Javier Enrique Bocanegra Palma
UNIVERSIDAD EL BOSQUE
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Bogotá, Enero de 2009
SISTEMA DE CONTROL EN EL HOGAR PARA PERSONAS
CUADRAPLÉJICAS
Cesar Mauricio Perdomo Rozo
Javier Enrique Bocanegra Palma
Director
Ingeniera Sandra Patricia Guevara
UNIVERSIDAD EL BOSQUE
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Bogotá, Enero de 2009
“La Universidad El Bosque, no se hace responsable de los
conceptos emitidos por los investigadores en su trabajo, solo
velará por el rigor científico, metodológico y ético del mismo en
aras de la búsqueda de la verdad y la justicia”
Agradecemos a la Universidad El Bosque y a la
Facultad de Ingeniería Electrónica, por su constante
colaboración y apoyo en el proceso de formación y en
el desarrollo de nuestro proyecto de grado.
Especialmente a los ingenieros: Sandra Guevara,
Ernesto Sabogal y la Diseñadora Industrial Rosario
Veloza.
A mis padres Cesar Augusto Perdomo Y María Lilia Rozo por depositarme
Su confianza, y brindarme la Oportunidad de ser unaMejor persona, con las
Habilidades para aportar A esta sociedad, con
Todos los conocimientosAdquiridos a lo largo
De mi carrera.
A mis hermanas Diana, Mónica y Lilia Por su apoyo desinteresado en
Los momentos que la vidaLo ha exigido.
Gracias…
Cesar Mauricio Perdomo Rozo
A Dios por darme la fuerza necesaria Para poder afrontar y culminar con éxito
Este gran reto.
A mis padres Uldarico Bocanegra Y Raquel Palma por brindarme el apoyo
La confianza para poder culminar esta meta.
A mis compañeros y profesores de Los cuales aprendí todas sus enseñanzas....
A todos Gracias.....
Javier Enrique Bocanegra Palma
El Sistema de control en el hogar, tiene como propósito generar un mejor nivel de vida y de confort a las personas cuadrapléjicas con capacidad de habla, proporcionando mayor comodidad llevando una vida amena en su habitación, sin necesidad de estar asistidos las 24 horas.
A partir de estas necesidades surge la idea de controlar ciertos dispositivos de uso cotidiano, como lo es el televisor, la puerta, el bombillo y la seguridad de las ventanas, por medio de una solución que está compuesta por un controlador, un computador, el sensor de seguridad, un micrófono y actuadores que llevan a cabo las órdenes; generando un sistema domótico que cuenta con un programa de reconocimiento de voz, realizando el procesamiento de las órdenes emitidas por el usuario.
Por último, se implementó este sistema de control por voz para la ejecución de instrucciones previamente configuradas desde la interfaz, sin que el usuario tenga contacto físico con el modulo central.
Palabras claves: Discapacitados, reconocimiento de voz, domótico.
The control system at home, aims to create a better standard of living and comfort to people quadriplegic with the ability to speak, providing more comfort wearing a pleasant life in your room, without the need to be assisted 24 hours.
From these requirements the idea of monitoring devices for everyday use, as is the TV, the door, the light bulb and security of the windows, through which a solution is comprised of a controller, a computer, the safety sensor, a microphone and actuators that carry out orders, creating an automation system that has a voice recognition software, making the processing of the orders issued by the user.
Finally, this system was implemented to control the execution of instructions by voice from the pre-configured interface, without the user having physical contact with the central module.
Keywords: People quadriplegic, speech recognition, home automation
TABLA DE CONTENIDO
1. Título.....................................................................................................1
2. Introducción..........................................................................................1
3. Definición del problema........................................................................2
4. Antecedentes........................................................................................3
4.1 Universidad El Bosque..................................................................3
4.2 Universidad del Valle....................................................................4
4.3 Universidad Nacional....................................................................4
4.4 Universidad de los Andes.............................................................4
4.5 Universidad Javeriana...................................................................5
4.6 Universidad Autónoma.................................................................5
4.7 Universidad Industrial de Santander............................................6
4.8 Universidades Del Exterior...........................................................6
4.8.1 Universidad de Málaga..............................................................6
4.8.2 Universidad de las Américas.....................................................6
5. Bases teóricas.......................................................................................7
5.1 Generalidades domótica...............................................................7
5.1.1 Definición...................................................................................9
5.1.2 Aplicaciones...............................................................................9
5.2 Estándares domótica..................................................................10
5.2.1 CENELEC..................................................................................11
5.2.2 ASIMELEC.................................................................................11
5.2.3 AENOR.....................................................................................12
5.2.4 CEBUS......................................................................................14
5.2.5 EIB...........................................................................................15
5.2.6 KONNEX/KNX...........................................................................16
5.2.7 X-10........................................................................................17
5.2.8 ZIGBEE....................................................................................18
5.2.9 BATIBUS..................................................................................19
5.2.10 Lonworks...............................................................................20
5.2.11 EHS.......................................................................................20
5.2.12 UpnP......................................................................................21
5.3 Reconocimiento de voz..............................................................22
5.3.1 Procesamiento de la voz en el dominio del tiempo.................24
5.3.2 Energía y magnitud.................................................................25
5.3.3 Estimación espectral por predicción lineal (LPC).....................26
5.3.4 Modelos de señales.................................................................27
5.3.5 Procesos discretos y Cadenas ocultas de Markov (HMM)........28
5.4 Análisis fonético..........................................................................29
5.5 Procesamiento de señal de voz..................................................30
6. Estado del arte....................................................................................31
6.1 Nivel Nacional.............................................................................32
6.1.1 Wilcatec Ltda...........................................................................32
6.1.2 Home & Office Technologies De Colombia S.A........................34
6.2 Nivel Internacional......................................................................36
6.2.1 BJC...........................................................................................36
6.2.2 PROINSSA................................................................................39
6.2.3 Domotic...................................................................................41
7. Glosario de términos...........................................................................42
8. Justificación.........................................................................................44
8.1 Sociales......................................................................................45
8.2 Tecnológicos...............................................................................45
8.3 Económicos................................................................................46
9. Objetivos.............................................................................................47
9.1 Objetivo General.........................................................................47
9.2 Objetivos Específicos..................................................................47
10. Requerimientos.................................................................................47
10.1 Requerimientos Generales.......................................................48
10.2 Descripción general de los módulos y elementos necesarios
para desarrollar el proyecto.............................................................48
10.3 Características Técnicas...........................................................50
10.3.1 Etapa captura........................................................................50
10.3.2 Etapa de tratamiento de señal..............................................51
10.3.3 Comparación y validación.....................................................51
10.3.4 Etapa de potencia..................................................................53
10.3.5 Etapa actuadores...................................................................54
10.4 Requerimiento industrial..........................................................55
10.4.1 Requerimientos de interfaz................................................55
11. Diseño global....................................................................................57
11.1 Alternativa No. 1.......................................................................57
11.1.1. Diagrama de bloques...........................................................58
11.1.2. Bloque Micrófono..................................................................58
11.1.3 Bloque PC..............................................................................59
11.1.4 Bloque controlador................................................................61
11.1.5 Bloque Potencia.....................................................................64
11.1.6 Bloque Actuadores................................................................66
11.1.7 Bloque sensor........................................................................68
11.1.8 Bloque Alarma.......................................................................68
11.2 Alternativa No. 2.......................................................................69
11.2.1. Diagrama de bloques...........................................................70
11.2.2 Bloque Micrófonos.................................................................70
11.2.3 Bloque Comparador...............................................................72
11.2.4 Bloque Controlador................................................................73
11.2.5 Bloque Potencia.....................................................................75
11.2.6 Bloque Actuadores................................................................78
11.2.7 Bloque Sensor........................................................................79
11.2.8 Bloque Almacenamiento........................................................80
11.3. Comparación...........................................................................81
11.4 Selección de alternativa...........................................................83
12. Diseño detallado...............................................................................83
12.1 Bloque Micrófono......................................................................83
12.1.1 Selección de micrófono.........................................................84
12.1.2 Diagrama de flujo..................................................................85
12.2 Bloque PC.................................................................................85
12.2.1 Selección de adaptador bluetooth.........................................86
12.2.2 Diagrama de flujo..................................................................86
12.2.3 Diagrama de flujo software de reconocimiento de voz.........87
12.2.4 Comunicación UART del PC...................................................87
12.3 Bloque microcontrolador..........................................................89
12.3.1 Selección del microcontrolador.............................................89
12.3.2 Esquematico microcontrolador..............................................90
12.3.3 Cálculos.................................................................................91
12.3.4 Diagrama de flujo del bloque................................................92
12.3.5 Diagrama de flujo del programa microcontrolador................93
12.3.6 Caracterisitcas electricas.......................................................94
12.3.7 Análisis..................................................................................94
12.3.8 Driver RS232 - TTL.................................................................95
12.4 Bloque potencia........................................................................98
12.4.1 Selección de puente H...........................................................99
12.4.2 Selección de relé.................................................................104
12.5 Bloque actuadores..................................................................108
12.5.1 Selección de brazo electromecánico de puerta...................108
12.5.2 Selección de control remoto infrarrojo................................111
12.6 Bloque sensor ventana...........................................................116
12.6.1 Selección de sensor ventana...............................................116
12.6.2 Diagrama de flujo del bloque..............................................118
12.7 Bloque Alarma........................................................................118
12.7.1 selección de la bocina.........................................................118
12.7.2 Diagrama de flujo del bloque..............................................121
12.8 Modulo central........................................................................121
12.8.1 Panel indicadores luminosos...............................................121
12.8.2 Conectores..........................................................................123
12.9 Integración de los módulos.....................................................125
12.10 Diseño Industrial...................................................................126
12.10.1 Hardware...........................................................................126
12.9.2 Software..............................................................................129
12.9.3 Planos distribucion de actuadores.......................................129
13. Implementación..............................................................................130
13.1 Bloque módulo central...........................................................130
13.2 Bloque Micrófono....................................................................135
13.3 Actuador puerta......................................................................137
13.4 Bloque potencia......................................................................141
13.5 Bloque Sensor ventana...........................................................144
13.6 Bloque PC...............................................................................146
13.7 Cableado................................................................................147
13.8 Software reconocimiento de voz............................................152
14. Pruebas...........................................................................................156
14.1 Plan de pruebas......................................................................156
14.2 Condiciones de prueba...........................................................156
14.3 Pruebas software reconocimiento de voz...............................158
14.3.1 Comandos de voz................................................................158
14.3.2 Comunicación serial............................................................160
14.4 Prueba sobre el actuador para puerta....................................160
14.5 Prueba sobre el sensor de ventana........................................161
14.6 Prueba control televisor..........................................................161
14.7 Prueba actuador bombillo.......................................................163
14.8 Prueba hardware modulo central...........................................164
14.9 Integración de módulos software y hardware........................164
15. Manuales.........................................................................................166
15.1 Lista de componentes............................................................166
15.2 Instalación..............................................................................167
15.2.1 Instalación módulo central..................................................167
15.2.2 Instalación del sensor de seguridad ventana......................169
15.2.3 Instalación brazo electro-mecánico puerta..........................169
15.2.4 Instalación conexión bombillo.............................................171
15.2.5 Instalación computador.......................................................173
15.3 Operación...............................................................................180
15.4 Especificaciones.....................................................................183
16. Resultados......................................................................................184
17. Discusión........................................................................................185
18. Conclusiones...................................................................................187
19. Referencias documentales..............................................................187
20. Anexos............................................................................................191
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Diagrama de bloques................................................................48Figura 2 Diagrama en bloques alternativa 1...........................................58Figura 3 Diagrama Flujo PC.....................................................................60Figura 4 Diagrama de flujo controlador..................................................62Figura 5 Diagrama en bloques alternativa 2...........................................70Figura 6 Diagrama de flujo, bloque microfono........................................85Figura 7. Diagrama Flujo Bloque PC........................................................86Figura 8 Diagrama de flujo software reconocimiento de voz..................87Figura 9. Diagrama DB9..........................................................................88Figura 10 Esquemático microcontrolador...............................................90Figura 11 Diagrama flujo bloque microcontrolador.................................92Figura 12 Diagrama Bloque Programa....................................................93Figura 13. Adaptación de niveles RS232/TTL,[48,1]...............................95Figura 14. Diagrama esquemático MAX232,[49,1].................................96Figura 15 Diagrama esquemático Max 232............................................97Figura 16. Diagrama de conversión........................................................97Figura 17 Diagrama esquemático conversión RS232-TTL.......................98Figura 18. Características transistor 2n2222........................................101Figura 19. Dos estados básicos de un puente h...................................101Figura 20 Malla superior puente H........................................................103Figura 21. Esquemático puente H.........................................................104Figura 22. Diagrama Flujo Bloque Potencia..........................................105Figura 23 Esquemático control bombillo...............................................106Figura 24. Esquemático control puerta.................................................109Figura 25. Fines de carrera puerta........................................................109Figura 26 Esquemático matriz de contactos.........................................113Figura 27 Esquemático módulo televisor..............................................114Figura 28 Diagrama Flujo Bloque Actuador..........................................115Figura 29 Esquemático sensor magnético............................................117Figura 30. Diagrama flujo Sensor..........................................................118Figura 31. Esquemático bocina.............................................................119Figura 32. Piezo Electric Buzzer............................................................120Figura 33. Diagrama Flujo Alarma........................................................121Figura 34 Esquemático panel de indicadores.......................................122Figura 35 Panel de conectores..............................................................124Figura 36 Esquemático general............................................................125Figura 37 Rótulo anterior......................................................................127Figura 38 Rótulo posterior....................................................................128Figura 39. Diagrama circuito impreso final...........................................131Figura 40. Cara superior circuito impreso.............................................131Figura 41. Cara inferior circuito impreso..............................................132Figura 42 Mascara de componentes.....................................................132Figura 43 Circuito impreso con componentes soldados........................133
Figura 44 Implementación modulo central...........................................133Figura 45 Vista posterior modulo central..............................................134Figura 46. Micrófono Motorola HS-850..................................................136Figura 47 Accesorios micrófono Motorola HS850..................................136Figura 48. Diagrama de instalación Micrfono. Fuente,[46]..................137Figura 50. Brazo electromecánico para puerta.....................................138Figura 50. Soporte en aluminio para actuador puerta..........................139Figura 51. Actuador puerta anclado sobre pivote.................................139Figura 52. Vista general actuador puerta.............................................140Figura 53. Anclaje a puerta de actuador...............................................140Figura 54 Conexiones actuador puerta.................................................141Figura 55 Esquemático puente H..........................................................142Figura 56 Cara superior puente H.........................................................142Figura 57 Mascara de componentes puente H......................................143Figura 58 Puente H implementado.......................................................143Figura 59. Sensor Magnético................................................................145Figura 60 Sensor Magnético instalado en el marco de la ventana........145Figura 61 Sensor magnético instalado en la ventana maximizado.......146Figura 62. Adaptador USB-Bluetooth....................................................146Figura 63 Canaleta de plástico y accesorios.........................................147Figura 64 Canaleta actuador para puerta.............................................148Figura 65 Canaleta sensor de ventana.................................................149Figura 66 Canaleta cableado actuadores y leds indicadores................150Figura 67 Canaleta bombillo.................................................................151Figura 68. Interfaz Grafica. Programa Reconocimiento........................153Figura 69. Interfaz de Ayuda Programa................................................154Figura 70. Interfaz Grafica "Acerca de".................................................155Figura 71 Interfaz Grafica Lista de Comandos......................................156Figura 72 Conexiones con canaleta......................................................168Figura 73 Conectores modulo central (Alimentación, DB-25,Boton Reset)..............................................................................................................168Figura 74 Instalación sensor ventana...................................................169Figura 75 Soporte para el brazo electro-mecánico...............................170Figura 76 Instalación brazo electro-mecánico......................................170Figura 77 Conectores Brazo-Electromecánico, Brazo-Electromecánico, Bombillo................................................................................................171Figura 78 Conexión bombillo................................................................172Figura 79 Modulo Central con conectores.............................................172Figura 80 Modulo Central – Indicadores................................................173Figura 81 Instalación cable USB serial 1...............................................174Figura 82 Instalación cable USB serial 2...............................................175Figura 83 Instalación cable USB serial 3...............................................175Figura 84. Cable Conexión PC-Modulo Central......................................176Figura 85 Diagrama de instalación micrfono........................................177Figura 86 Adaptador USB-Bluetooth.....................................................177Figura 87 Adaptador USB-Bluetooth.....................................................178
Figura 88 Archivos. Programa Reconocimiento....................................178Figura 89 Instalación engine 1..............................................................179Figura 90 Instalación engine 2..............................................................179Figura 91 Instalación Engine 3..............................................................179Figura 93 Instalación SAPI.....................................................................180Figura 93 Interfaz reconocimiento de voz.............................................181Figura 94 Listado de Comandos............................................................182Figura 95 Como usar el programa........................................................183
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Niveles de domotización............................................................12Tabla 2. Comparación de alternativas....................................................81Tabla 3 Selección micrófono...................................................................84Tabla 4. Selección Adaptador-Bluetooth.................................................86Tabla 5 Descripción de pines DB9..........................................................88Tabla 6. Selección microcontrolador.......................................................89Tabla 7. Características eléctricas microcontrolador PIC 16F873A.........94Tabla 8 Selección driver RS232..............................................................96Tabla 9 Selección puente H....................................................................99Tabla 10 Selección transistor Darlington NPN.........................................99Tabla 11 Selección transistor Darlington PNP.......................................100Tabla 12 Selección transistor NPN........................................................100Tabla 13. Selección de relés.................................................................104Tabla 14 Selección de Motor.................................................................108Tabla 15 Selección de control...............................................................111Tabla 16. Selección de Sensor..............................................................116Tabla 17. Selección de Alarma..............................................................118Tabla 18 Componentes utilizados.........................................................134Tabla 19 Componentes utilizados.........................................................144Tabla 20 Plan de pruebas.....................................................................157Tabla 21 Prueba de comandos de voz..................................................159Tabla 22 Prueba de comunicación serial..............................................160Tabla 23 Prueba de actuador para puerta............................................160Tabla 24 Prueba de actuador para puerta con rediseño de puente H. .161Tabla 25 Prueba sensor ventana..........................................................161Tabla 26 Prueba de control televisor....................................................162Tabla 27 Prueba actuador bombillo......................................................163Tabla 28 Prueba actuador bombillo......................................................164Tabla 29 Pruebas de integración..........................................................165Tabla 30 Especificaciones del sistema domótico..................................183
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
1. Título
Sistema de control en el hogar para personas cuadrapléjicas.
2. Introducción
A pesar de los nuevos avances en la medicina, es evidente que las
personas discapacitadas siguen limitadas en sus vidas ya sea en el
trabajo o en su hogar, debido a que los desarrollos en el área de la
domótica no han tenido un enfoque hacia la población discapacitada,
sino al confort. Es fundamental para todo ser humano tener un correcto
desempeño en el lugar de mayor permanencia, en el caso de las
personas cuadrapléjicas, la habitación.
Este proyecto fue un aporte a todas las personas cuadrapléjicas con
capacidad de habla, para llevar una vida más independiente en su
habitación, sin necesidad de estar asistidos las 24 horas para realizar
tareas cotidianas como ver televisión, abrir una puerta entre otras. Aquí
se presentaron dos alternativas de solución, la primera se compone por
un controlador, un computador que ejecuta un software de
reconocimiento de voz, el sensor de seguridad para una ventana,
micrófono y actuadores que llevan a cabo las órdenes. La segunda
alternativa está compuesta por un sistema de reconocimiento de voz
que se realiza a través de un controlador y comandos predefinidos en un
dispositivo de almacenamiento externo. Estas dos alternativas
permitieron generar un sistema domótico basado en reconocimiento de
voz, selección y ejecución de la orden dada por el usuario.
1
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
La alternativa basada en reconocimiento de voz por medio del PC, fue
la implementada, esta se fundamentó en cuatro bloques principales, el
primero captura la señal mediante un micrófono bluetooth ubicado en la
oreja del usuario, el segundo bloque se encarga de recibir la señal y
analizarla por medio de un software de reconocimiento de voz, éste a su
vez se encarga de enviar los comandos respectivos al siguiente bloque,
este es un módulo central que se encarga de decodificar la orden y
procede a ejecutarla, a través del último bloque en el que se encuentran
actuadores para puerta, luz, televisor y un sensor de seguridad. Se
entrego un prototipo funcional que consta de un modulo de control con
conectores e indicadores luminosos, un brazo electromecánico acoplado
a una puerta, un sensor instalado en una ventana, indicadores
luminosos tipo LED en puerta y ventana todo lo anterior en correcto
funcionamiento y además con un correcto control de un bombillo y las
funciones básicas de un televisor.
3. Definición del problema
A pesar de los nuevos avances en la medicina, es evidente que las
personas discapacitadas siguen limitadas en sus vidas ya sea en el
trabajo o en su hogar. Es fundamental para todo ser humano tener un
correcto desempeño en el lugar de mayor permanencia, en el caso de
las personas cuadrapléjicas es la habitación.
Las limitaciones en discapacitados con lesiones de médula espinal,
cuadrapléjicos con capacidad de habla, no posibilitan el desarrollo de las
2
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
tareas cotidianas en su lugar de vivienda, los priva de autosuficiencia
siendo necesaria una persona de tiempo completo que pueda suplir
todas sus necesidades motrices y de mantenimiento diario como lo es la
alimentación, el vestirse, el entretenimiento y acciones cotidianas, que
para una persona con motricidad plena es una tarea sin ninguna
dificultad, pero en condiciones de invalidez cuádruple son imposibles de
realizar sin ayuda de otra persona o tecnología facilitadora para este
tipo de acciones, dentro de las que se puede encontrar el manipular la
iluminación de una habitación, el verificar la seguridad del hogar
monitoreando y operando sus vías de acceso como puertas y ventanas,
y por supuesto el desplazamiento de un lugar a otro dentro de la
vivienda.
Los sistemas modernos domóticos no se han enfocado a personas con
limitaciones físicas, sino para personas con movilidad total que buscan
satisfacer sus necesidades de ocio, entretenimiento y comodidad.
Presentan un alto costo de adquisición por lo que la mayoría de
personas discapacitadas no pueden hacer uso de ellos, especialmente
en países en vía de desarrollo como Colombia en el cual los avances
tecnológicos son inalcanzables para la mayor parte de la población.
4. Antecedentes
4.1 Universidad El Bosque
En la universidad El Bosque se realizó un trabajo de grado
perteneciente a la línea de investigación en telecomunicaciones e
3
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
inteligencia artificial de la facultad de ingeniería de sistemas, este trata
de la simulación de un ambiente domótico con tecnología JINI. El
objetivo general de este proyecto es estudiar la tecnología JINI en
términos de arquitectura, funcionalidad y control de dispositivos
domóticos a partir de una simulación de un ambiente domótico bajo una
federación JINI, e implementada a partir de una aplicación de muestra
programada en lenguaje JAVA utilizando la tecnología JINI con una
interfaz swing. Trabajo realizado en el 2006 por Diego Javier Silva Abello,
Universidad El Bosque, Facultad de Ingeniería de Sistemas.
4.2 Universidad del Valle
En la Universidad del Valle se realizó una aplicación de las
comunicaciones inalámbricas a la domótica, en el artículo consultado se
muestra un modelo que permite el control de electrodomésticos a través
de la integración de los protocolos X-10 y WAP. Para esto se definió un
modelo en el que un usuario puede modificar el estado de sus
electrodomésticos (prender y apagar) por medio de un teléfono móvil
celular. Los autores de este proyecto son Alexander Vera (Ing.
Electrónico), Andrés Alarcón (Ing. Electrónico), Oscar Polanco (Ing.
Electricista), Rubén Nieto (Ing. Electricista) y Álvaro Bernal (Prof.
Ingeniería eléctrica y electrónica Universidad Del Valle). Proyecto
Revisado Abril 30 de 2004 [12,1].
4
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
4.3 Universidad Nacional
La Universidad Nacional junto con el SENA desarrolló el proyecto
parque de innovación empresarial el cual se encarga de apoyar
proyectos a estudiantes entre los que se encuentran el proyecto
DOMOTEC el cual trata Domótica y seguridad comunitaria. Estudiantes:
Alexander García Castaño, José Mauricio Rivera Hernández, Wilmar
Andrés Valencia Arboleda. Febrero 2006, [29,6]
4.4 Universidad de los Andes
La universidad de los Andes desarrolló un proyecto, el cual se
estructura en cuatro temas coherentes entre sí: el primero es una visión
general sobre la tecnología PLC: Power Line Communications; el segundo
se ocupa de los aspectos técnicos relacionados con la transmisión de
datos a través de la red eléctrica domiciliaria; por consiguiente, incluye
entre otros: modulación, frecuencias de transmisión, topología de la red,
arquitectura, ancho de banda, modos de transmisión, interferencias; el
tercero está dedicado al modelamiento matemático de la línea de
transmisión, de los filtros, de los circuitos de acondicionamiento de la
señal de datos y del demodulador. El cuarto y último tema aborda
algunas aplicaciones de transmisión de información través de la red
eléctrica domiciliaria. El autor de este proyecto es el docente del área de
Comunicaciones, Facultad de Ingeniería Electrónica, Universidad de los
Andes, Bogotá, Colombia. Proyecto realizado en el 2005 por Hernán Páez
Penagos e-mail: [email protected] [29,1]
5
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
4.5 Universidad Javeriana
En la Universidad Javeriana se está desarrollando sistema de manejo
remoto de dispositivos domésticos donde el usuario se conecta a
Internet por medio de un dispositivo móvil o PC convencional, a través
de una red inalámbrica de transmisión de datos o de un acceso físico
(telefónico, fibra óptica, entre otros) respectivamente. Dentro del
proceso de navegación, el usuario ingresa a la página principal para el
control remoto de dispositivos domésticos, donde el sistema distingue el
tipo de dispositivo usado para el ingreso. Los autores del proyecto son
Germán Eduardo Castro Díaz, Wilson Yesid Guzmán Arias, Karín Mónica
Munar Bohórquez. [35,1]
4.6 Universidad Autónoma
En la Facultad de Ingeniería Mecatrónica de la Universidad Autónoma
de Bucaramanga se está desarrollando un proyecto de diseño bajo el
título “Diseño construcción y pruebas de un modelo físico de un sistema
domótico” en el cual controlan alarmas contra incendios, sistemas de
temperatura y sistemas de acceso. [11,2]
4.7 Universidad Industrial de Santander
En la facultad de ingeniería Electrónica se desarrolló una tesis bajo el
título X-10 Y EIB, principales protocolos aplicados en domótica los
autores son Ricardo Correa Alarcón, Pedro Iván Pérez Gayón; director
Antonio Vicente Ortiz. Fue una investigación sobre los protocolos
6
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
mencionados y su uso actual en Latinoamérica, fue hecha en el año
2002 y publicada en el 2003.
4.8 Universidades Del Exterior
4.8.1 Universidad de Málaga
En la universidad de Málaga, España se realizó un artículo en el cual se
presenta una serie de mejoras para el protocolo Domótico X-10
destinadas a aumentar su eficiencia, seguridad y versatilidad. Además
de esto presenta un estudio de la tecnología LONWORKS y protocolo
LONTALK Los autores son Juan Carlos Martínez (Ing. Telecomunicaciones),
Jesús Martínez (Ing. Telecomunicaciones) y Pedro Merino (Ph.D. Prof.
Titular Universidad de Málaga) [36,1].
4.8.2 Universidad de las Américas
En la Universidad de las Américas, Puebla, México, escuela de
ingeniería,
Departamento de Ingeniería en Sistemas Computacionales se efectuó el
desarrollo de un reconocedor de dígitos con distinción de énfasis. Éste
consiste un sistema de reconocimiento de voz para el español hablado
en México, capaz de diferenciar entre vocales enfatizadas y
no−enfatizadas. El sistema fue entrenado utilizando el CSLU Toolkit. Se
trabajó sobre el corpus de dígitos. Este corpus anteriormente
recolectado tuvo que ser re−etiquetado para incluir en sus
transcripciones y etiquetas las diferencias entre fonemas con y sin
énfasis. Este trabajo describe el proceso de re−etiquetado y el
7
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
entrenamiento de la red neuronal con estos datos. Finalmente se evalúa
el nivel del desempeño del nuevo reconocedor con las herramientas del
Toolkit así como con el software de evaluación de NIST y se compara
contra uno entrenado sin la distinción de énfasis. Los resultados
obtenidos confirman nuestra hipótesis de que un reconocedor capaz de
distinguir el énfasis en las vocales presenta menos errores. Estos
resultados servirán como punto de partida para futuras investigaciones
y el desarrollo de un reconocedor de propósito general más robusto.
Julio López Moreno, Licenciatura en Ingeniería en Sistemas
Computacionales, Universidad de las Américas, Puebla, año 2000. [16,1]
5. Bases teóricas
5.1 Generalidades domótica
El término domótica, procedente de doméstico e informático, no trata
de dar nombre a una nueva tecnología, sino a un conjunto de servicios
integrados en la vivienda para una mejor gestión en aspectos como el
confort, la seguridad, el ahorro, la gestión energética, las
comunicaciones, la información y la flexibilidad.
Se puede definir la domótica como la disciplina que estudia el
desarrollo de infraestructuras inteligentes, así como de tecnologías de la
información, en edificios.
El sector informático fue quien comenzó a utilizar el término
inteligente para distinguir aquellos terminales con capacidad de
procesamiento de datos (inteligentes), de aquellos sin esa capacidad (no
8
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
inteligentes). Esta capacidad de procesar autónomamente datos está
profundamente relacionada con la utilización de los microprocesadores o
microcontroladores; así, la incorporación de éstos en distintas áreas ha
hecho que se extienda comercialmente el uso de este calificativo.
El concepto de edificio inteligente nace en Estados Unidos a finales de
los años setenta y principios de los ochenta, cuando al auge de las
telecomunicaciones se le sumó un período de enorme actividad en la
construcción de edificios de oficinas; desde entonces se le ha
denominado domótica (cuando va aplicado al hogar), edificios
inteligentes (cuando va aplicado a edificios), edificios pre cableados
(cuando incorpora una red de comunicaciones, voz/datos estructurada y
universal), edificios de altas tecnologías (capaces de utilizar tecnologías
avanzadas de comunicación e información), edificios automatizados
(cuando incorporan instalaciones de control, de servicios técnicos y
seguridad) u hogares automatizados (cuando se refiere a la vivienda). A
todo esto los franceses han respondido con una doble clasificación muy
general; domótica, cuando se refiere a la vivienda e inmótica cuando se
refiere a la edificación no residencial (hospitales, hoteles, estaciones,
plantas industriales, centros comerciales). [1,10]
5.1.1 Definición
Por Domótica se entiende la incorporación al equipamiento de
nuestras viviendas y edificios de una sencilla tecnología que permita
gestionar de forma energéticamente eficiente, segura y confortable para
9
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
el usuario, los distintos aparatos e instalaciones domésticas
tradicionales que conforman una vivienda (la calefacción, la iluminación,
televisión, etc.).
5.1.2 Aplicaciones
Las posibles aplicaciones son innumerables dadas las posibilidades de
la Domótica y las posibles necesidades de los propios usuarios, estas
son:
a. En el ámbito del ahorro energético
Programación y zonificación de la climatización
Racionalización de cargas eléctricas: desconexión de equipos de
uso no prioritario en función del consumo eléctrico en un momento
dado.
Reduce la potencia contratada
Gestión de tarifas, derivando el funcionamiento de algunos
aparatos a horas de tarifa reducida
b. En el ámbito del nivel de confort
Apagado general de todas las luces de la vivienda
Automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz
Regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad
ambiente
Automatización de todos los distintos sistemas, instalaciones,
equipos dotándolos de control eficiente y de fácil manejo
Integración del portero al teléfono, o del video portero al televisor
10
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
c. En el ámbito de la protección personal y patrimonial
Detección de un posible intruso
Simulación de presencia
Detección de conatos de incendio, fugas de gas, escapes de agua
Alerta médica, Teleasistencia
Cerramiento de persianas puntual y seguro
d. En el ámbito de las comunicaciones
Control remoto
Transmisión de alarmas
Intercomunicaciones
5.2 Estándares domótica
Existen algunos entes de estandarización para sistemas domóticos.
CENELEC (Comité europeo de normalización electrotécnica), ASIMELEC
(Asociación Multisectorial de Empresas Españolas de Electrónica y
Comunicaciones) y AENOR (Asociación española de normalización y
certificación). Dentro de los principales estándares se encuentran
CEBus, EIB, KONNEX/KNX, X10, ZigBee, Batibus, Lonworks, EHS y UPnP,
de éstos el más utilizado es el X10, para una descripción más completa
sobre estos estándares, refiérase a los anexos. A continuación se
presentan las síntesis de estos estándares.
5.2.1 CENELEC
La comisión CENELEC es la encargada de elaborar normas a nivel
internacional. CENELEC se fundó en 1973, y agrupó las organizaciones
11
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
CENELCOM y CENEL, que eran antes responsables de la normalización
electrotécnica. Es una organización no lucrativa bajo la ley de Bélgica, y
tiene la sede en Bruselas.
Los actuales miembros de CENELEC son: Austria, Bélgica, Chipre,
República Checa, Dinamarca, Estonia, Finlandia, Francia, Alemania,
Grecia, Hungría, Islandia, Irlanda, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo,
Malta, Países Bajos, Noruega, Polonia, Portugal, España, Eslovaquia,
Eslovenia, Suecia, Suiza y el Reino Unido. Albania, Bosnia/Herzegovina,
Bulgaria, Croacia, Rumania, Turquía y Ucrania son miembros afiliados
con vistas a integrarse próximamente como de pleno derecho. [18,1]
5.2.2 ASIMELEC
Es la organización encargada de definir el servicio, los agentes
involucrados y las tecnologías de la domótica. Fue fundada en 1984 y en
la actualidad participan en la misma más de 2.000 empresas
representadas.
ASIMELEC es la única Asociación del macrosector de las Tecnologías
de la Información y las Comunicaciones, que agrupa a fabricantes,
comercializadores, distribuidores y en el caso del sector de
telecomunicaciones a instaladores, convirtiéndose por ello dentro del
mercado electrónico, en uno de los interlocutores más cualificados ante
la administración española y comunitaria y ante el resto de las
instituciones y organismos de carácter público o privado. [17,1]
12
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
5.2.3 AENOR
AENOR es una entidad dedicada al desarrollo de la normalización y la
certificación (N+C) en todos los sectores industriales y de servicios.
Tiene como propósito contribuir a mejorar la calidad y la competitividad
de las empresas, así como proteger el medio ambiente.
Fue designada para llevar a cabo estas actividades por la Orden del
Ministerio de Industria y Energía, de 26 de febrero de 1986, de acuerdo
con el Real Decreto 1614/1985 y reconocida como organismo de
normalización y para actuar como entidad de certificación por el Real
Decreto 2200/1995, en desarrollo de la Ley 21/1992, de Industria. [19,2]
A continuación en la tabla 1 se presenta la recomendación por AENOR,
para medir el nivel de una instalación domótica. Para AENOR, la
presente tabla de niveles de domotización pretende ser uno de los
pilares fundamentales en la certificación de una instalación domótica.
Tabla 1 Niveles de domotización
Aplicación domótica
Dispositivos Columna de referencia
Nº dispositivos o condición a cumplir
Puntuación
Alarma de intrusión
Detectores de presencia 2 1
1 cada 20 m2 2
1 por estancia 3
Teclado codificado, llave electrónica o equivalente
1 1
Sirena interior No 0
Si 1
Contactos de ventanas y/o impactos
En puntos de fácil acceso
1
En todas las ventanas
2
Sistemas de mantenimiento de alimentación en caso de fallo de suministro eléctrico
No 0
Si 2
13
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Módulo de habla/escucha, destinado a la escucha en caso de alarma.También se admite cualquier tipo de control que permita conocer si realmente existe un intruso (cámaras web...)
No 0
Si 3
Sistema conectable con central de alarmas
No 0
Si 3
Alarmas técnicas
Detectores de inundación necesarios en zonas húmedas (baños, cocina, lavadero, garaje)
Los necesarios 1) 1
Electroválvula de corte de agua con instalación para "bypass" manual.
Las necesarias 1) 1
Detectores de concentraciones de gas butano y/o natural en zonas donde se prevea que habrá elementos que funcionen con gas.
Los necesarios 1) 1
Electroválvula de corte de gas con instalación para "bypass" manual.
Las necesarias 1) 1
Detector de incendios 1 en cocina 1
1 cada 30 m2 2
En todas las estancias
3
Simulación de presencia
No 0
Relacionada con las persianas motorizadas o los puntos de luz
2
Relacionada con las persianas motorizadas y los puntos de luz
3
Videoportero No 0
Si 1
Control de persianas
Motorización y control de persianas Todas las de superficie superior a 2 m2
1
Todas 2
Control de iluminación
Regulación lumínica con control de escenas
No 0
En dependencias dedicadas al ocio
2
En salón y dormitorios
3
En jardín o grandes terrazas mediante interruptor crepuscular o interruptor horario astronómico
No 0
Si 2
Conexión/desconexión general de iluminación
Un acceso 1
Todos los accesos 2
Control de puntos de luz y tomas No 0
14
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
de corriente más significativas 50% puntos de luz 2
80% puntos de luz + 20% tomas de corriente
3
Control de clima
Cronotermostato 1 en salón 1
Zonificando la vivienda en un mínimo de dos zonas
2
Zonificando la vivienda por estancias
3
Programaciones
Posibilidad de realizar programaciones horarias sobre los equipos controlados
No 0
Si 2
Gestor energético No 0
Si 2
Interfaz de usuario
Consola o equivalente No 0Si 2
Control telefónico bidireccional Si 1
Interacción mediante SMS
2
Equipo para control a través de Internet, Wap o equivalente
No 0Si 3
Dispositivos conectables a empresas suministradoras a través de redes de comunicación
1 1
2 2
3 o más 3
Red Multimedia Tomas satélite y tomas multimedia No 03 SAT + 3 multimedia
2
3 SAT + 1 multimedia en todas las estancias, incluido terraza
3
Punto de acceso inalámbrico No 0Wi-Fi 1
5.2.4 CEBUS
En 1984 varios miembros de la EIA norteamericana (Electronics
Industry Association) llegaron a la conclusión de la necesidad de un bus
domótico que aportara más funciones que las que aportaban sistemas
de aquella época (ON, OFF, DIMMER xx, ALL OFF, etc.). Especificaron y
15
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
desarrollaron un estándar llamado CEBus (Consumer Electronic Bus),
[21,1].
Como protocolo las tramas definidas en CEBus pueden tener longitud
variable en función de la cantidad de datos que se necesitan transmitir.
El tamaño mínimo es 8 octetos y el máximo casi 100 octetos.
Al igual que los dispositivos EIB, los nodos CEBus tienen grabada una
dirección física prefijada en fábrica, que los identifican de forma unívoca
en una instalación domótica. Hay más de 4.000 millones de
posibilidades.
Como parte de la especificación CEBus se ha definido un lenguaje
común para el diseño y especificación de la funcionalidad de un nodo, a
este lenguaje lo han llamado CAL (Common Application Language) y
está orientado a objetos (estándar EIA-600).
La empresa Intellon Corporation dispone del hardware y el protocolo
embarcados en un único circuito. Además proporcionan el entorno de
desarrollo en lenguaje CAL compatible con sus propios circuitos así como
Kits de inicio para aquellas empresas que deseen empezar a desarrollar
productos CEBus. Para mayor información refiérase al anexo 1, CEbus.
[21,2]
5.2.5 EIB
El European Installation Bus o EIB es un sistema domótico desarrollado
bajo los auspicios de la Unión Europea con el objetivo de contrarrestar
las importaciones de productos similares que se estaban produciendo
16
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
desde el mercado japonés y el norteamericano donde estas tecnologías
se han desarrollado antes que en Europa, [23,1].
El EIB (European Installation Bus) es un sistema descentralizado (no
requiere de un controlador central de la instalación), en el que todos los
dispositivos que se conectan al bus de comunicación de dato tienen su
propio microprocesador y electrónica de acceso al medio. En una red EIB
podemos encontrar básicamente cuatro tipos de componentes: módulos
de alimentación de la red, acopladores de línea para interconectar
diferentes segmentos de red, y elementos sensores y actuadores. Para
mayor información refiérase al anexo 2, EIB. [22,2]
5.2.6 KONNEX/KNX
El Konnex es la iniciativa de tres asociaciones europeas:
EIBA (European Installation Bus Association)
Batibus Club International
EHSA (European Home Systems Association)
Con el objeto de crear un único estándar europeo para la
automatización de las viviendas y oficinas.
Los objetivos de esta iniciativa, con el nombre de "Convergencia", son:
Crear un único estándar para la domótica e inmótica que cubra
todas las necesidades y requisitos de las instalaciones profesionales y
residenciales de ámbito europeo
Aumentar la presencia de estos buses domóticos en áreas como
la climatización o HVAC
17
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Mejorar las prestaciones de los diversos medios físicos de
comunicación sobre todo en la tecnología de radiofrecuencia
Introducir nuevos modos de funcionamiento que permitan aplicar
una filosofía Plug&Play a muchos de dispositivos típicos de una
vivienda
Contactar con empresas proveedoras de servicios como las
telecos y las eléctricas con el objeto de potenciar las instalaciones de
telegestión técnica de las viviendas o domótica
El estándar KNX garantiza alta flexibilidad en el caso de cambios en las
aplicaciones del sistema, permite una utilización óptima de la energía,
mejora la seguridad de los edificios y el nivel de confort y permite
reducir los costes de operación. KNX se basa en la tecnología EIB, y
expande su funcionalidad añadiendo un nuevo medio físico al estándar
EIB y los modos de configuración de BatiBus y EHS.
5.2.7 X-10
X-10 es uno de los protocolos más antiguos que se están usando en
aplicaciones domóticas. Fue diseñado en Escocia entre los años 1976 y
1978 con el objetivo de transmitir datos por las líneas de baja tensión a
muy baja velocidad (60 bps en EEUU y 50 bps en Europa) y costes muy
bajos. Al usar las líneas de eléctricas de la vivienda, no es necesario
tender nuevos cables para conectar dispositivos.
El protocolo X-10, en sí, no es propietario, es decir, cualquier
fabricante puede producir dispositivos X-10 y ofrecerlos en su catálogo,
18
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
eso sí, está obligado a usar los circuitos del fabricante escocés que
diseño esta tecnología. Aunque, al contrario de lo que sucede con la
firma Echelon y su NeuronChip que implementa Lonworks, los circuitos
integrados que implementan el X-10 tienen un royalty muy bajo (casi
simbólico).
X10 es un sistema basado en corrientes portadoras. Todas las señales
se transmiten a través de la red de BT o por radiofrecuencia. Existe una
versión europea del X10, el NETBUZ X10 con el mismo principio de
funcionamiento, aunque en Europa ha tenido muy poca implantación.
Para mayor información refiérase al anexo 4, X-10. [23,3]
5.2.8 ZIGBEE
ZigBee es una alianza, sin ánimo de lucro, de 25 empresas, la mayoría
de ellas fabricantes de semiconductores, con el objetivo de auspiciar el
desarrollo e implantación de una tecnología inalámbrica de bajo coste.
Destacan empresas como Invensys, Mitsubishi, Philips y Motorola que
trabajan para crear un sistema estándar de comunicaciones, vía radio y
bidireccional, para usarlo dentro de dispositivos de domótica,
automatización de edificios (inmótica), control industrial, periféricos de
PC y sensores médicos. Los miembros de esta alianza justifican el
desarrollo de este estándar para cubrir el vacío que se produce por
debajo del Bluetooth.
Zigbee considera la capa física y el MAC definido por la norma IEEE
802.15.4 y se encarga de definir las funcionalidades asociadas a la capa
19
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
de red (incluyendo los atributos de seguridad) así como el software
asociado a los perfiles de aplicaciones.
El IEEE 802.15.4, definido completamente desde Mayo de 2003, define
una capa física DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) que le permite
funcionar en bandas no licenciadas ya pobladas coexistiendo con otras
tecnologías. Además el DSSS no exige una necesidad de sincronización
tan grande como otras variantes CDMA (como es el caso del FHSS) lo
que permite en la práctica el poder pensar en tener redes escalables
hasta cantidades muy elevadas de miembros (contempla redes de más
de 64000 elementos de hecho) sin problemas. Para mayor información
refiérase al anexo 5, Zigbee. [24,1]
5.2.9 BATIBUS
Este protocolo de domótica está totalmente abierto, esto es, al
contrario de los que sucede con el protocolo LonTak de la tecnología
Lonworks, el protocolo del BatiBUS lo puede implementar cualquier
empresa interesada en introducirlo en su cartera de productos.
A nivel de acceso, este protocolo usa la técnica CSMA-CA, (Carrier
Sense Multiple Access with Collision Avoidance) similar a Ethernet pero
con resolución positiva de las colisiones. Esto es, si dos dispositivos
intentan acceder al mismo tiempo al bus ambos detectan que se está
produciendo una colisión, pero sólo el que tiene más prioridad continua
transmitiendo el otro deja de poner señal en el bus. Esta técnica es muy
similar a la usada en el bus europeo EIB y también en el bus del sector
20
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
del automóvil llamado CAN (Controller Area Network). Para mayor
información refiérase al anexo 6, Batibus. [25,2]
5.2.10 Lonworks
Echelon presentó la tecnología LonWorks en el año 1992, desde
entonces multitud de empresas viene usando esta tecnología para
implementar redes de control distribuidas y automatización. Aunque
está diseñada para cubrir los requisitos de la mayoría de las aplicaciones
de control, sólo ha tenido éxito de implantación en edificios de oficinas,
hoteles o industrias. Pero, debido a su coste, los dispositivos Lonworks
no han tenido una implantación masiva en los hogares, sobretodo
porque existían otras tecnologías de prestaciones similares mucho más
baratas.
El éxito que ha tenido Lonworks en instalaciones profesionales, en las
que importa mucho más la fiabilidad y robustez que el precio, se debe a
que desde su origen ofrece una solución con arquitectura
descentralizada, extremo-a-extremo, que permite distribuir la
inteligencia entre los sensores y los actuadores instalados en la vivienda
y que cubre desde el nivel físico al nivel de aplicación de la mayoría de
los proyectos de redes de control. Para mayor información refiérase al
anexo 7, Lonworks. [26,4]
5.2.11 EHS
El estándar EHS (European Home System) ha sido otro de los intentos
que la industria europea (año 1984), auspiciada por la Comisión
21
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Europea, de crear una tecnología que permitiera la implantación de la
domótica en el mercado residencial de forma masiva. El resultado fue la
especificación del EHS en el año 1992. Está basada en una topología de
niveles OSI (Open Standard Interconnection), y se especifican los
niveles: físico, de enlace de datos, de red y de aplicación.
Desde su inicio han estado involucrados los fabricantes europeos más
importantes de electrodomésticos de línea marrón y blanca, las
empresas eléctricas, las operadoras de telecomunicaciones y los
fabricantes de equipamiento eléctrico. La idea es crear un protocolo
abierto que permitiera cubrir las necesidades de interconexión de los
productos de todos estos fabricantes y proveedores de servicios.
Para mayor información refiérase al anexo 8, EHS. [27,3]
5.2.12 UpnP
Plug&Play (UPnP) es una arquitectura software abierta y distribuida
que permite a las aplicaciones de los dispositivos conectados a una red
intercambien información y datos de forma sencilla y transparente para
el usuario final, sin necesidad de que este tenga que ser un experto en
la configuración de redes, dispositivos o sistemas operativos. Esta
arquitectura software está por encima de protocolos como el TCP, el
UDP, el IP, etc, y es independiente de éstos.
El UPnP se encarga de todos los procesos necesarios para que un
dispositivo u ordenador conectado a una red pueda intercambiar
información con el resto. El UPnP ha sido diseñado de forma que sea
22
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
independiente del fabricante, sistema operativo, del lenguaje de
programación de cada dispositivo u ordenador, y del medio físico usado
para implementar la red. Para mayor información refiérase al anexo 9,
UpnP. [28,2]
Como se menciona anteriormente existe una gran variedad de
estándares y protocolos aplicados a la domótica, algunos de estos ya no
son aplicados actualmente. La mayoría de estos son utilizados para
mantener una interoperabilidad con los diferentes dispositivos que
existen actualmente y que se han venido desarrollando a lo largo de la
evolución de esta tecnología, algunos de estos protocolos son
desarrollados de manera propietaria para un grupo de empresas, otros
son desarrollados abiertamente para ser implementados con cualquier
dispositivo que se desarrolle, uno de estos es el protocolo X10, trabaja
de manera abierta para cualquier aplicación en domótica.
Unos de los aspecto más relevantes en el proyecto es la parte del
reconocimiento de voz, a continuación se presenta algunos aspectos
importante y relevantes en cuanto a la teoría de reconocimiento s de
voz.
5.3 Reconocimiento de voz
El reconocimiento de voz es el proceso de convertir, por medio de una
computadora, una señal acústica a una secuencia de palabras
representadas en forma de texto. Las palabras reconocidas pueden
23
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
servir de entrada a otros sistemas que los requieran para realizar alguna
acción.
Los investigadores se han centrado en el estudio de reconocimiento de
voz con la finalidad de desarrollar una máquina capaz de reconocer voz
de manera continua, espontánea, independiente de cualquier locutor y
sin restricciones de vocabulario. Es por esta razón, que desde hace cinco
décadas, se ha investigado en reconocimiento de voz para poder realizar
cualquier tipo de tarea. [15,1]
A pesar del rápido progreso inicial, las limitaciones en arquitecturas de
computadoras previnieron cualquier desarrollo comercial de sistemas de
reconocimiento de voz. Note que no obstante la taza de transferencia de
datos de voz es solamente alrededor de 50 bits por segundo, los
requerimientos computacionales asociados en la extracción de esta
información son enormes. En la última década, sin embargo, un número
de sistemas comerciales han sido exitosamente desarrollados [37]. A
pesar de estos avances, verdadero procesamiento de voz espera aun
varios años por venir. Por lo tanto, un sistema exitoso conducido por voz
debe permitir tener en cuenta las limitaciones de la tecnología actual.
Estas limitaciones incluyen la dependencia de la persona que habla, la
continuidad de voz y el tamaño del vocabulario.
Los sistemas independientes de la persona que habla pueden
reconocer voz de cualquier persona. Los sistemas dependientes de la
persona que habla deben ser entrenados para cada usuario individual,
24
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
pero típicamente tienen más altas tasas de exactitud. Los sistemas
adaptables a la persona que habla, un enfoque híbrido, inicia con
plantillas independientes de la persona que habla y las adapta a
usuarios específicos sobre el tiempo sin entrenamiento explícito. Los
sistemas de voz continuos pueden reconocer palabras habladas en un
ritmo natural mientras que los sistemas de palabras aisladas requieren
de una pausa deliberada entre cada palabra. No obstante más deseable,
la voz continua es más difícil de procesar por la dificultad en detectar los
límites de cada palabra. El tamaño del vocabulario puede variar de 20
palabras a más de 40,000 palabras. Los grandes vocabularios causan
dificultades en mantener exactitud, pero los pequeños pueden imponer
restricciones no deseadas sobre la naturalidad de la comunicación. A
menudo el vocabulario debe ser restringido por reglas gramaticales las
cuales identifican como las palabras pueden ser habladas en el
contexto. Un repaso más completo de esta materia puede ser
encontrado fácilmente [38].
5.3.1 Procesamiento de la voz en el dominio del tiempo
Debido a la naturaleza cambiante de la voz, resulta más conveniente
aplicar el análisis a porciones de voz, ya que el interés es observar la
evolución de los distintos parámetros calculados; por ello se procesan
porciones o ventanas de la señal.
Sí nos vamos alejando poco a poco de la comparación brusca de
palabras o fonemas. Estamos llegando a un nivel superior donde el
25
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
descubrimiento de la evolución de los formantes obliga a tratar la señal
con porciones de unos 20 mseg., como se menciono anteriormente.
Pero esto no es todo, cada ventana tendrá asociada un peso, es decir,
no todas las secciones tendrán mayor importancia. De esta forma las
muestras quedan ponderadas con los valores de la función escogida. En
modo (Hamming) las muestras que se encuentran en los extremos de la
ventana tienen un peso mucho menor que las que se hallan en el medio,
lo cual es muy adecuado para evitar que las características de los
extremos del bloque varíen la interpretación de lo que ocurre en la parte
más significativa (central) de las muestras seleccionadas.
Existe un pequeño solapamiento en los extremos de las ventanas, esto
con el fin de proporcionar una mejor calidad en los resultados obtenidos
ya que los valores (de la ventana) en sus extremos, quedan muy
reducidos.
Pero como siempre pasa, en toda ley donde algo mejora, otra
empeora; en este caso va a repercutir en los tiempos de respuesta de
los algoritmos utilizados, alargándolos ligeramente.
Hay varios tipos de ventanas: Ventana rectangular, ventana Hanning,
ventana Hamming quizá esta última es la más utilizada.
Para cualquier ventana, su duración determina la cantidad de cambios
que se podrán obtener. Con una duración temporal larga, se omiten los
cambios locales producidos en la señal, mientras que con una duración
26
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
demasiado corta, se reflejan demasiado los cambios puntuales y se
reduce la resolución espectral,[43,1].
5.3.2 Energía y magnitud
Tanto la energía como la magnitud son útiles para distinguir
segmentos sordos y sonoros en la señal de voz.
Existen otras maneras para identificar consonantes, hay un método
denominado "cruces por cero y máximos" donde por ejemplo la "s"
provoca que las muestras consecutivas de esa consonante difieran de
signo (señales discretas). Generalizando más, podremos decir que una
señal clasificada como ruido (la "s" es un ruido de alta frecuencia)
provoca en la amplitud un cambio de signo. De esta manera se pueden
localizar consonantes fricativas.
También se encuentran los bancos de filtros, usados para calcular la
energía de la señal en cada ventana, y así poder representar un
espectro.
5.3.3 Estimación espectral por predicción lineal (LPC)
Su importancia es mayor que la que su propio nombre sugiere. Es una
de las técnicas más usadas en el procesamiento de señales de voz.
Esta técnica ha probado ser muy eficiente debido a la posibilidad de
parametrizar la señal con un número pequeño de patrones con los
cuales es posible reconstruirla adecuadamente. Estos parámetros van
cambiando poco a poco en función de la señal en el tiempo Otra ventaja
es que no necesita demasiado tiempo de procesamiento.
27
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
El modelo matemático sugiere que el tracto vocal puede modelarse
mediante un filtro digital, siendo los parámetros los que determinan la
función de transferencia.
Esto consiste en que, dado un segmento de palabra, se extraen sus
parámetros que en este caso vienen a ser los coeficientes del filtro.
El sistema LPC es sin duda una manera acertada de poder registrar
una señal, ya que, en vez de registrar dicha señal, se transforma todo en
un filtro con determinados coeficientes, de manera que al reconstruir la
señal, se le "inyecta" un tren de pulsos periódicos o una fuente de ruido
aleatorio que al pasar por el filtro se transformará en la señal original, es
decir, en nuestra señal de voz.
El tren de impulsos producirá señales sonoras q La fuente de ruido
aleatorio producirá señales no sonoras.
De esta manera, el filtro viene a representar un modelo del tracto
bocal.
Si aplicásemos en vez de este sistema la transformada discreta de
Fourier, se podría observar que coinciden en las resonancias que vienen
a ser las que caracterizan el contenido frecuencial de la señal vocal,
pero el espectro de la señal tratada por el sistema LPC se caracterizaría
por tener contornos más suaves de lo normal, se podría decir que
"suaviza" el espectro.
28
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
5.3.4 Modelos de señales
Los modelos de señales que existen para caracterizar señales, pueden
clasificarse de modo general en determinísticos y estocásticos (o de
señales aleatorias). Esta clasificación se basa en la naturaleza de la
señal tratada.
Los modelos determinísticos utilizan propiedades conocidas de la
señal, y así poder estimarla de forma inmediata. Ejemplo: Onda
senoidal, la cual puede caracterizarse por Amplitud, Fase y Frecuencia.
Por otra parte, los modelos estocásticos estiman propiedades
estadísticas de las señales. (series de Gauss, series de Poisson, etc). Se
asume que la señal modelada puede caracterizarse como una serie
paramétrica aleatoria, y los parámetros de la serie aleatoria pueden
estimarse de manera definida y precisa. Por esto los modelos
estocásticos son una aproximación particularmente adecuada para el
reconocimiento de voz.
El modelo estocástico más popular empleado en el reconocimiento de
voz es el HMM
5.3.5 Procesos discretos y Cadenas ocultas de Markov (HMM)
Los HMMs se han utilizado en diversas aplicaciones como sistemas de
comunicación, biología molecular (para el análisis de las secuencias de
ácidos proteicos y nucléicos), etc.
29
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
A este modelo se le llama "oculto" (hidden), en el sentido en que la
secuencia de estados que producen una secuencia de patrones
determinada, no puede ser observada/determinada.
Dependiendo de cómo evolucionen los estados, podemos hablar de
HMMs ergódicos (cualquier estado se puede alcanzar desde cualquier
otro estado) o HMMs left-to-right (donde el modelo únicamente lleva a
cabo transiciones hacia delante).
Una característica importante es que estos sistemas tienen un futuro
independiente del pasado, lo cual no ocurre en Redes Neuronales.
Estos modelos que se acaban de describir serían la cuarta bifurcación,
ya que se necesita una amplia gama de conocimientos estadísticos para
poder llegar a comprender esto.
Está claro que para el reconocimiento de voz necesitamos sistemas
estadísticos como el de Markov, pero la aplicación de Redes Neuronales
va a superar con creces cualquier modelo estadístico que se le enfrente.
Por supuesto, hay fallos en las Redes Neuronales, pero son el último
avance en cuanto a este tema.
5.4 Análisis fonético
La señal de voz es un flujo continuo de sonidos y silencios. Esta señal
se encuentra constituida por palabras. Las palabras a su vez están
divididas en fonemas, los cuales son la unidad básica del habla y en
conjunto determinan los sonidos con los que se pueden construir las
palabras de cualquier lenguaje.
30
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Acústicamente, un fonema es un sonido que se distingue por un
patrón característico. Por otro lado, un alófono es una de las diferentes
pronunciaciones que pueda llegar a tener el fonema. El conjunto de
fonemas se divide de acuerdo a su manera y lugar de articulación en
varios grupos: vocales, diptongos, semivocales y consonantes.
La producción del sonido de una vocal se genera cuando el aire pasa
de los pulmones a la laringe y después a la boca (o nariz y boca) sin
ninguna obstrucción. En las vocales, la posición de la lengua y la forma
como se abre o cierra la boca determinan el timbre, el tamaño y la
forma de la onda sonora.
Las vocales se identifican por sus formantes, las cuales son muy
marcadas durante todo el fonema. Esta característica las hace
fácilmente distinguibles cuando se analiza su espectrograma. Además se
puede decir que las vocales generalmente son de mayor duración que
las consonantes. [15,4]
Los sonidos de las consonantes son producidos cuando el aire al salir
de los pulmones encuentra un obstáculo (parcial o total), debido
generalmente por la lengua y en algunos casos los labios o el velo,
dejándole un espacio pequeño por donde pasa con fricción. La
clasificación de las consonantes depende de la forma de articulación de
los sonidos. Se entiende por articulación a los movimientos o
configuración de los órganos vocales que producen los sonidos. Por lo
31
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
tanto, las consonantes se clasifican en: fricativas, stops u oclusivos, flaps
y trills (vibrantes), africativos y nasales. [15,6]
5.5 Procesamiento de señal de voz
El reconocimiento de voz generalmente es utilizado como una interfaz
entre humano y computadora para algún software por lo que debe
cumplir 3 tareas; pre procesamiento, reconocimiento y comunicación.
En el pre procesamiento de la señal de voz los sonidos consisten en
cambios de presión del aire a través del tiempo y a frecuencias que
podemos escuchar. Estos sonidos pueden ser digitalizados por un
micrófono o cualquier otro medio que convierte la presión del aire a
pulsos eléctricos. La voz es un subconjunto de los sonidos generados por
el tracto vocal. En el pre procesamiento de la señal se extraen las
características que utilizará posteriormente el reconocedor. En el
proceso de extracción de características se divide la señal de voz en una
colección de segmentos. Posteriormente, se obtiene una representación
de características acústicas más distintivas para cada segmento. Con
estas características obtenidas, se construye un conjunto de vectores
que constituyen la entrada al siguiente módulo. Una de las
representaciones más usadas son los coeficientes Linear Predictive
Coding (LPC) y los coeficientes Mel−Frecuency Cepstrum Coefficients
(MFCC).
En la etapa del reconocimiento se traduce la señal de entrada a su
texto correspondiente. Este proceso se puede llevar a cabo de diversas
32
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
formas utilizando enfoques como Redes Neuronales Artificiales (RNA) y
Modelos Ocultos de Markov (HMM), entre otros. Durante este proceso se
buscan clasificar los vectores de características de la señal de entrada
para obtener las unidades lingüísticas de las que está formada.
Posteriormente, se realiza una búsqueda para encontrar la secuencia de
segmentos con mayor probabilidad de ser reconocidos.
En la etapa de comunicación, dependiendo de la aplicación a la que
pertenece la interfaz de voz, el resultado del reconocimiento debe ser
interpretado y/o enviado al sistema que lo requiere. Es decir, una vez
que se obtiene un resultado por parte del clasificador, este puede
significar un comando el cual debe ser transferido a la entidad que lo
ejecutara. [15,8]
6. Estado del arte
Inicialmente la única forma de construir una instalación Domótica era
con el uso de sensores y actuadores que trabajaban en conjunto con un
centro de control. Estos sistemas en sus inicios eran poco flexibles ya
que no existían estándares que los normalizaran y por esto su costo era
elevado. A pesar de la aparición de estándares y tecnologías que han
reducido los costos y complejidad de las instalaciones domóticas, hasta
hoy la industria no ha tenido la difusión requerida para globalizar esta
convergencia de tecnologías.
Gracias a la masificación del Internet aparecen multitud de fabricantes
y proveedores de servicios, que constantemente están desarrollando
33
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
nuevos productos que conjugan las bondades de Internet con
tecnologías de redes de datos y control, a partir de esto se está
empezando a usar el concepto de teledomótica.
La domótica actualmente se está desarrollando a pasos agigantados y
probablemente su uso en un futuro cercano sea una necesidad, las
empresas trabajan para brindar en general, bienestar en los hogares;
control de luces, persianas, ventanas, cortinas y enchufes; climatización
automática, calefacción y refrigeración; gestión óptima de la energía.
Sistemas de ahorro, arquitectura bioclimática; uso de energías
renovables, energía solar, energía geotérmica, energía eólica;
automatización de tareas como riego, encendido de los servicios a
ciertas horas; presencia del control tanto externo como interno, control
remoto desde Internet, por medio del PC, mandos inalámbricos como
PDA con WIFI); facilidad de uso y gestión del ocio.
6.1 Nivel Nacional
6.1.1 Wilcatec Ltda
Una empresa Colombiana llamada Wilcatec Ltda., la cual está ubicada
en la Cra 5D No 9-45 Funza, Cundinamarca Teléfono 57-1- 8264078,
esta presta servicios en sistemas domóticos como ahorro energético,
regulación de temperatura, control de iluminación, gestión de los
consumos de cada artefacto eléctrico y de la potencia contratada,
circuitos cerrados de TV, sistemas preventivos contra inundación,
sistemas contra incendio, escapes de gas, programaciones horarias para
34
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
la calefacción, control de escenarios luminosos, riego automático,
puertas automáticas para garajes, bombeo de agua, cortinas
automáticas entre otros para mayor información refiérase a su sitio web
[9,3].
Esta empresa importa y distribuye módulos de control JANOcom
suministrados por una empresa española, Wilcatec LTDA. No fabrica los
dispositivos, presta los servicios para instalación de estos dispositivos.
JANOcom es una central domótica para gestionar seguridad y
automatizar la vivienda, el usuario recibe en su teléfono móvil mensajes
inmediatos notificando cualquier evento (intrusión, fuga de gas,
inundación, etc.); cuando no se encuentra en la vivienda se pueden
enviar mensajes cortos a JANOcom para controlar la calefacción, las
luces, etc.
Para el funcionamiento solamente es necesario conectarlo a la red
eléctrica porque todos los módulos, incluido el de alimentación, los
incorpora en su interior.
JANOcom integra varias tecnologías: recibir mensajes e interpretarlos,
emitir comandos para controlar los módulos asociados y emitir órdenes
inalámbricas a los detectores.
El módulo central posee un lector de llaves que permite realizar el
control de accesos a la vivienda y por ello puede estar en dos modos
distintos: "En casa" o "Fuera de casa". El sistema cambia de un modo al
tocar el lector con una de las llaves disponibles.
35
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Para iniciar el funcionamiento se debe:
Introducir la tarjeta SIM en el módulo JANOcom, Desactivando
antes el código PIN
Enviarle un mensaje con la clave elegida por el usuario y los
números a los que debe mandar los SMS
A partir de este momento, JANOcom podrá recibir SMS de control de la
vivienda y enviar SMS de aviso [30,1].
6.1.2 Home & Office Technologies De Colombia S.A.
Es una empresa Colombiana con sede principal en Bogotá sin embargo
también tienen sedes en Ecuador y Venezuela, teléfono 5404433, esta
se dedica a ofrecer soluciones tecnológicas, en las que se requiera la
integración de diferentes mecanismos y equipos como iluminación,
audio, video, entretenimiento, cableado estructurado, aire
acondicionado, seguridad, control, entre otros [31,1].
Cuenta con una amplia gama de productos en domótica tales como:
a. Sistemas de control:
Ni 2000
Satisface las características comunes de control y automatización en
una habitación individual, que pueden incluir la integración de un
limitado número de videograbadoras (VCR), tocadores de DVD,
proyectores, iluminación, termostatos y otros equipos electrónicos.
NI-4000
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
El NI-4000 está dirigido a satisfacer los requerimientos de control y
automatización de alto nivel, dentro de las instalaciones comerciales y
residenciales más complejas y sofisticadas. Esta solución tiene una
ingeniería que cuenta con la misma cantidad de puertos y relés que el
NI-3000, con la adición de cuatro puertos de ranuras para tarjetas de
control NetLinx, para poder alcanzar un nivel superior de control
integrado y funcionalidades de automatización. El NI-4000 integra la
mayor cantidad de equipos electrónicos, tales como videograbadoras
(VCR), tocadores de DVD, proyectores, pantallas de proyección, luces,
sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC),
sistemas de cámaras de seguridad y otros.
NXD-CV5
Este Modelo ofrece capacidades de audio/video-ready, una interfaz de
usuario de aspecto 16x9 pantalla ancha y el exclusivo diseño Moderno
de AMX, todo esto incorporado en una pantalla delgada para empotrar
en pared.
b. Sistemas de iluminación
Botoneras
Las botoneras LiteTouch -también llamadas "estaciones de control"-
son teclados empotrables en la pared que se instalan en lugar de los
interruptores luz tradicionales, estas pueden reemplazar hasta 9
interruptores, que es lo usual, o hasta 18 interruptores en caso que sean
botoneras dobles (2 gang); mediante configuración cualquier botón
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
puede funcionar como interruptor (encendido / apagado), dimmer o
pulsador (Ej.: timbre o cerradura eléctrica).
Unidad Central de Control (CCU)
Todos los sistemas de LiteTouch son manejados por una Unidad
Central de Control (CCU), que es el cerebro del sistema. Esta recibe la
información de accionamiento de las botoneras, procesa los comandos y
transmite las instrucciones a los módulos de control. Mantiene el estado
de los interruptores y sus cargas indefinidamente, incluso durante cortes
del suministro eléctrico. Algo muy bueno es que los CCUs de LiteTouch
pueden ser reprogramados en cualquier momento a petición del cliente
[32,1].
6.2 Nivel Internacional
Los países donde más se comercializa esta tecnología son España,
USA, Italia, Argentina, Francia e Inglaterra.
En España se lleva a cabo la feria anual DOMOGAR donde se dan cita
todos los sectores involucrados en domótica y los servicios para el hogar
digital, la integración en los servicios e instalaciones residenciales de
tecnologías que los controlen de forma energéticamente eficiente,
confortable y segura, proporcionando, además, una comunicación entre
los dispositivos domésticos tradicionales, de entretenimiento,
informáticos y de telecomunicación que existen en el hogar y de estos
con el exterior.
38
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
6.2.1 BJC
Es una empresa con sede en Barcelona España [33,1], que fabrica y
comercializa productos en domótica, entre los más destacados se
encuentran:
a. BJC Dialon
Es un sistema independiente para la domótica esencial, está formado
por un módulo control telefónico para carril DIN, con 8 entradas
digitales, 6 salidas digitales a relé, una entrada para la sonda de
temperatura y un frontal multifunción integrado en el equipo para la
configuración y el control del sistema (LCD + teclado). Este frontal
posibilita la visualización mediante leds del estado de las entradas y
salidas, al mismo tiempo que permite configurar y/o controlar el sistema
por ordenador a través de un puerto serie. Además, el nuevo módulo BJC
Dialón puede controlarse por teléfono mediante códigos DTMF y permite
la notificación de alarmas mediante mensajes de voz a través de la línea
telefónica.
Funciones de seguridad
o Detección de fuga de gas/cierre electroválvula.
o Detección de fuga de agua/cierre electroválvula.
o Detección de humo.
o Alarma anti-intrusión/micrófono para escuchar lo que
acontece en la vivienda vía teléfono.
o Pulsador emergencia médica...
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
o Detección fallo suministro.
Funciones de confort y ahorro energético
o Control de clima (calefacción/aire acondicionado) mediante
sonda de temperatura.
o Control de luces.
o Control de riego.
o Control de persianas/toldos...
o Control de tomas de corriente.
o Depuradoras.
o Horno.
o Lavadora.
o Abre-puertas eléctrico.
o BJC Confort
o El control sin cables
b. BJC Confort
BJC Confort utiliza la banda de frecuencia 868MHz, habilitada por la
Comunidad Europea para el uso exclusivo de ciertos equipos en las
viviendas. Un producto tecnológicamente avanzado, con menor riesgo
de interferencias.
Modo básico
Interruptores que suben y bajan las persianas. Termostatos que
regulan la temperatura. Permite atenuar la luz de las habitaciones y
ahorrar energía a través del control óptimo de la calefacción.
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Práctico control sobre el hogar, Fácilmente adaptable. Deben colocarse
los mecanismos deseados y regularlos a través del mando a distancia o
actuando directamente sobre los mecanismos.
Modo plus
Toldos inteligentes, encender y apagar circuitos enteros de
iluminación, programar la activación del televisor, desactivar
electrodomésticos por teléfono, con la posibilidad de poner en marcha
un "apagado central", sistema de alarma asociado a detectores de
movimiento.
6.2.2 PROINSSA
Es una empresa que fue creada en Abril de 1999 [4,1], y desde
entonces ha desplegado diversas líneas de actividad en los siguientes
campos:
Domótica para personas en situación de dependencia
Ayudas Técnicas
Consultoría
Comunicación y Formación
Entre los principales productos y servicios aplicados a nuestro tema se
encuentran:
a. Senior Pilot
Es un equipo de ayuda y control del entorno diseñado para potenciar o
aumentar la autonomía personal e independencia de personas con
discapacidad de bajo nivel de limitación.
41
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Es un mando a distancia por infrarrojos que puede controlar la
televisión, la mini cadena de música o el vídeo, además también podrá
abrir y cerrar una puerta o una ventana motorizada, subir y bajar
persianas motorizadas, o encender y apagar la luz, o variar la
temperatura del aire acondicionado y también avisar pidiendo ayuda.
b. Receptor IR de pared
Interruptor de pared (empotrado), con receptor IR y embellecedor.
Compatible con sistemas y equipos fabricados por ABB, BUSCH-JAGHER,
ELV, GEWA, IR64K, COP, MICRO-ELECT, M&P, OKIN, PHILEX, PO, SICARE,
SIC, SIEMENS.
Es un interruptor con función de pulsador y con receptor IR, que se
puede conectar en cualquier circuito, sustituyendo al interruptor de
pared habitual, para controlar el encendido de luces, por ejemplo, por
medio del mando de voz Sicare Light y a la vez, se puede controlar
mediante pulsación.
c. Motor puerta
Motor de puerta con sistema de seguridad para evitar aplastamiento,
conexión a red, manual de instrucciones. Las funciones son: apertura y
cierre automático. Mediante un receptor IR (no incluido) permite el
control de la puerta mediante los mandos por voz o pulsador.
d. SICARE Light
Sicare Light es un mando de control con reconocimiento de voz y
función de copiado de códigos infrarrojos, que permite sustituir todos los
42
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
habituales mandos de infrarrojos existentes en el hogar y por medio de
Sicare Light podremos controlar las principales funciones de todos ellos,
mediante la voz. Además, permite incorporar otros dispositivos que
surjan en el futuro y también que el usuario vaya incrementando el
número de aparatos a controlar de forma paulatina. A la medida de sus
necesidades.
Después de una fase de entrenamiento corta y simple, Sicare Light
interpretará las instrucciones que la persona le indique usando
simplemente la voz, permitiendo controlar los aparatos que estén
provistos de receptor por infrarrojos como el televisor, video, DVD,
satélite, TDT, equipo de música, teléfono con receptor IR como el
Rehaphone, cama motorizada, sistema de aviso de enfermería, luces,
persianas, ventanas, puertas, climatización, otros electrodomésticos,
ventiladores, pasa páginas.
Características técnicas
o Reconoce la voz en los idiomas Inglés, Alemán, Francés,
Holandés, Italiano, Portugués y Castellano
o Lleva un copiador de códigos infrarrojos, por lo que es un
mando universal y además incorpora preconfigurados otros
códigos de infrarrojos de los dispositivos adicionales que
pueden controlarse y existen en el mercado, y almacena
hasta 90 órdenes para controlar 23 aparatos distintos
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
o Según modelos, se pueden incorporar otros dispositivos
mediante programación e incluso puede incorporar emisor
de radiofrecuencia, para ampliar el espacio de acción eficaz
(modelo Standard)
o El usuario debe realizar una fase de entrenamiento corta,
repitiendo las instrucciones que utilizará. El mando identifica
las órdenes recibidas en pantalla y mediante un mensaje
sonoro de confirmación
o Se le puede conectar un micrófono externo
o Es compatible con instalaciones de Bus EIB o red Lonworks
6.2.3 Domotic
Es una empresa argentina [34,1] con básicamente un sistema
domótico integral.
Es un sistema de control integral de la instalación eléctrica, que desde
una Central Computarizada Programable permite controlar todas las
funciones asociadas a la red eléctrica de una vivienda o edificio. Este
control puede llevarse a cabo desde cualquier pulsador de la instalación,
o desde cualquier lugar del mundo a través del teléfono o vía Internet.
A través de una única red de datos, el sistema DOMOTIC recoge
información en tiempo real de todos los sistemas eléctricos de una
vivienda: iluminación, climatización, vigilancia, alarmas, riego.
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Estos datos son recibidos y analizados por una central inteligente,
quien de acuerdo a un programa determinado individualmente por el
usuario, los regula y administra de manera racional.
7. Glosario de términos
Actuadores: Son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de
líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de
un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un
elemento final de control como lo son los motores.
Clasificación fonética: Dada una parte del habla correspondiente a un
sólo fonema, la determinación de la identidad del fonema.
Directividad: Determina en qué dirección capta mejor (de forma más
eficiente) el sonido un micrófono, es decir, indica la sensibilidad del
micrófono a las diferentes direcciones.
Discapacidad: Es toda restricción o ausencia (debida a una deficiencia)
de la capacidad de realizar una actividad en la forma o dentro del
margen que se considera normal para un ser humano.
Domótica: El término domótica define el concepto de tecnología aplicada
al hogar. Formado por la raíz latina "domus" (casa), y el sufijo "tica"
(robótica), se define como un conjunto de servicios proporcionados
por sistemas tecnológicos integrados, encaminados a satisfacer las
necesidades básicas de seguridad, comunicación, gestión energética y
confort, del hombre y de su entorno más cercano.
45
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Fonema: Unidad lingüística abstracta que forma las bases del habla de
un lenguaje. Cambiando un fonema cambia la palabra.
Inmótica: Incorporación al equipamiento de edificios de uso terciario o
industrial (oficinas, edificios corporativos, hoteleros, empresariales y
similares), de sistemas de gestión técnica automatizada de las
instalaciones, con el objetivo de reducir el consumo de energía,
aumentar el confort y la seguridad de los mismos.
Margen dinámico: El margen que hay entre el nivel de referencia y el
ruido de fondo de un determinado sistema, medido en decibelios.
Muestreo: es el proceso de tomar medidas instantáneas de una señal
análoga cambiante en el tiempo, tal como la amplitud de una forma
de onda compleja.
Reconocimiento de voz: Sistema capaz de interpretar los sonidos y
vibraciones de la voz, se usa como sistema de seguridad. Sistema
capaz de "entender" la voz humana y ejecutar las acciones que éste le
pide (incluso un dictado).
Reconocimiento fonético: Un experimento donde los comportamientos y
la secuencia fonética debe ser determinada. La salida es una
transcripción fonética hipotética de la frase de entrada.
Respuesta en frecuencia: El rango de frecuencias que un dispositivo es
capaz de recoger.
Ruido de fondo: Es la tensión o señal que nos entrega el micrófono sin
que exista ningún sonido incidiendo sobre él.
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Sensibilidad: Es la eficiencia del micrófono, es decir, la relación entre la
tensión eléctrica de salida (expresada en voltios) y la presión sonora
incidente (expresada en Pascales para una frecuencia de 1000
Hercios).
Teledomótica: Automatización del hogar controlado a distancia.
8. Justificación
Mediante este proyecto se busca desarrollar e implementar de una
manera más asequible, actuadores (especificados en los objetivos)
controlados por medio de la voz, un software de reconocimiento de voz
que sirva de interfaz entre el usuario y la estación concentradora de
acciones, para ayudar a las personas discapacitadas en sus actividades,
teniendo en cuenta los siguientes aspectos:
8.1 Sociales
El proyecto ha sido enfocado a personas con cuatro o más limitaciones
físicas especialmente parálisis o personas en sillas de ruedas,
cuadrapléjicos con voz.
Según los datos estadísticos de la Organización Mundial de la Salud en
la actualidad el 12% de la población de cualquier país posee algún tipo
de discapacidad física o sensorial. El Censo General de Población
realizado en el año 2005 por el DANE, muestra en sus datos estadísticos
que la tasa de limitación física para el total de la población colombiana
(6.3%) es mayor en hombres (6,6%) que en mujeres (6,1%). [42,1]
47
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Teniendo en cuenta que el número de habitantes en Colombia es de
42.888.592, la población beneficiada al implementar esta tecnología
domótica en su hogar es de 2.573.315 personas en todo el país y
directamente en Bogotá D.C. donde la población con limitaciones físicas
alcanza el 4,9%, se benefician 335.165 personas.
Es claro que este proyecto presenta una posibilidad para mejorar la
calidad de vida de estas personas y de sus familiares o individuos a
cargo, ya que al poseer de mayor autonomía, les permite realizar otras
actividades.
8.2 Tecnológicos
Este proyecto presenta una innovación en cada hogar en el que se
instale la red ya que dota al hogar de interactividad con las personas.
Permite que las personas con este tipo de discapacidad puedan
monitorear el estado de las vías de acceso a la vivienda sin tener que
moverse, solo mediante alarmas; controlar un televisor para ver sus
programas favoritos sin pedir ayuda; encender o apagar la luz de su
habitación autónomamente a la hora de dormir; abrir o cerrar la puerta
de su habitación cuando lo desee y poder aprovechar de una mejor
manera los adelantos tecnológicos desarrollados en el exterior y en
Colombia.
En una encuesta realizada por el DANE y publicada en un estudio
[41,35], tan solo el 17% de la población colombiana cuenta con una
automatización en las luces de sus hogares que es lo más simple de las
48
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
funciones domóticas y al 61% le gustaría tenerlo, respecto a la pregunta
¿Puede controlar varios electrodomésticos de la vivienda mediante un
único control remoto? El 0% de la población colombiana tiene esta
aplicación, mientras el 70% de la población le gustaría tenerlo [41,60],
así que este proyecto no solamente brinda comodidades y ayudas a
discapacitados sino también a una amplia población, la cual estaría
dispuesta a adquirir si fuera asequible; cabe anotar que no hay cifras
sobre personas discapacitadas.
8.3 Económicos
Instalar un módulo de control para una persona cuadrapléjica no está
al alcance de todos, debido a sus elevados costos los cuales son
cercanos a los 2000 euros [40,1], por ende al desarrollar un módulo
más económico, que cueste un 65% menos, se pretende que personas
con esta discapacidad disfruten de sus beneficios. Adicional a estos
costos evidentes existen costos que tienen que asumir los familiares
para el tratamiento y asistencia del usuario como lo es una enfermera y
un empleado domestico para las tareas de esparcimiento y menos
vitales, por medio de este proyecto se solucionan los aspectos no vitales
lo que reduce en gran parte el costo de manutención del usuario.
9. Objetivos
9.1 Objetivo General
Diseñar, implementar y probar un sistema de control en el hogar para
personas cuadrapléjicas.
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
9.2 Objetivos Específicos
Diseñar e implementar el control de actuadores para puertas,
luces y televisor en una habitación por medio de voz
Diseñar e implementar el servicio de monitoreo a la seguridad de
la habitación a través de sensores en ventanas por medio de voz
Diseñar e implementar el software que permite al módulo central
o estación concentradora de acciones, procesar las señales
provenientes de los sensores y micrófono
Integrar los módulos, software y actuadores para realizar pruebas
de funcionamiento del sistema
Documentar el proyecto incluyendo manuales del usuario
10. Requerimientos
En la figura 1 se indica el procedimiento desde la captura de señal
hasta la ejecución de la actividad señalada.
Figura 1 Diagrama de bloques
10.1 Requerimientos Generales
Este proyecto va dirigido a usuarios con cuadraplejía y capacidad
de habla
Reconoce todo tipo de voz (adulto, niño, hombre y mujer)
Los dispositivos sobre los que va a actuar son los siguientes:
50
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
o Televisor
o Puerta
o Bombillo
o Alarma para ventana
10.2 Descripción general de los módulos y elementos necesarios para
desarrollar el proyecto
Se debe utilizar un micrófono para reconocimiento de voz el cual
es unidireccional. Este se complementa con su interfaz de
comunicación inalámbrica al módulo central
Un sensor que informe el estado en que se encuentra una
ventana (abierto/cerrado) y puede ser activado o desactivado por el
usuario con comando de voz. Este emitirá una señal de alarma audible
en caso de abrir la ventana estando activado
Un módulo de procesamiento central donde se efectuaran las
tareas de digitalización, reconocimiento y comparación del comando
de voz con los comandos predefinidos por los diseñadores y se
seleccionará la acción a ejecutar, dictada por el usuario
Se usará una interfaz que proporcione la suficiente corriente para
accionar los actuadores que requieran mayor potencia, como los que
manipulan las puertas
Se utilizará un sensor para detener la puerta en caso de
emergencia
51
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Se acoplaran actuadores para manipular la puerta de una
habitación en sus dos estados (abierto/cerrado) por medio de comando
de voz, incorporando un sensor que prevenga accidentes por
obstrucciones
Una interfaz de comunicación para el control por voz del televisor,
en sus funciones:
Encender
Apagar
Subir canal
Bajar canal
Subir volumen
Bajar volumen
Mute
Se controlara por medio de comandos de voz el estado
encendido/apagado de una roseta para bombillo de hasta 120 Watts
conectada a la red eléctrica convencional de 110V
10.3 Características Técnicas
10.3.1 Etapa captura
a. Micrófono inalámbrico
Directividad: Micrófono unidireccional
Ruido de fondo máximo: 20 dB
Nivel mínimo de presión sonora 25 dB
Nivel máximo de presión sonora 85 dB
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Respuesta en frecuencia: 300Hz – 3400KHz
Peso máximo: 30 gr
Alcance inalámbrico mínimo: 5 m
Duración mínima de batería en espera: 24 horas
Duración mínima de batería en conversación: 4 horas
Comunicación: Inalámbrica
b. Sensor apertura ventana
Distancia mínima de activación entre las dos alas y el marco: 30
mm ± 10%
Comunicación: Alámbrica
Ubicado en ventana de dos alas, las cuales abren hacia afuera
Dimensiones de la ventana: 1200 mm x 1000 mm (alto x ancho)
10.3.2 Etapa de tratamiento de señal
En esta etapa el procesamiento digital de señal se aplicara por medio
de un transductor con los siguientes requerimientos.
a. Filtros
Filtros integrados en el transductor para evitar ruido eléctrico (60 Hz) y
captura de señales innecesarias.
b. Conversor a/d
Mínimo un canal ADC
Resolución optima: 15.2 µV
Muestreo optimo: 8kHz
Numero de bits óptimo:8
53
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
c. Digitalización
Frecuencia de muestreo:8 kHz
Motor de reconocimiento de voz de libre distribución con
modulación por código de pulso
10.3.3 Comparación y validación
a. Comparación
Software de reconocimiento de voz
Idioma: Inglés Norte Americano
Reconocimiento de mínimo 10 instrucciones
Interfaz de Programación de Aplicaciones de libre distribución
Motor de reconocimiento de voz de libre distribución
El sistema debe ser multiusuario
No debe necesitar entrenamiento de voz
La pronunciación debe ser con la fonética del idioma ingles
Comandos vinculados a la acción y fáciles de recordar
Ejecución en plataforma Windows 98 hasta XP
Interfaz grafica muestra comando dictado y acción en ejecución
Una vez abierta la aplicación no es necesario interactuar con
mouse ni teclado
Transmisión de comando a ejecutarse vía puerto de salida del
computador
b. Selector de actuadores
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Una vez el software de reconocimiento cumple su función, éste envía
la orden a ejecutarse a un dispositivo capaz de seleccionar el actuador
involucrado en la acción a realizar, este es un dispositivo con las
siguientes características:
Voltaje de alimentación:5V
Consumo de corriente: <200 mA
Un puerto de recepción
Memoria de programa: 8Kb
Tres puertos I/O paralelo de un byte
Mínimo 30 instrucciones de programación
Temperatura de operación: -5°C a 40°C
Selecciona entre 4 dispositivos (bombillo, puerta, TV, alarma)
c. Computador
Por tratarse de un proyecto que involucra la ejecución de un software
para reconocimiento de voz por computador, es necesario contar con
una máquina de escritorio o portátil de las siguientes características
mínimas:
Sistema operativo Windows 98 hasta XP
Memoria RAM mínima 256 Mb
Procesador mínimo 600 MHz
Disco duro mínimo 4 Gb
Monitor VGA
Teclado ps2 estándar 101/102 teclas
55
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Mouse ps2
Tarjeta de sonido estéreo
Puerto RS232
Bocina monofónica interna
10.3.4 Etapa de potencia
Voltaje lógico de alimentación: 5 y 12 V
Corriente máxima de salida:3 A ± 10%
Temperatura ambiente de operación: 0°C a 40°C ± 10%
Voltajes necesarios a la salida para el manejo de alarma y luz:
110Vac - 115Vac
Voltajes necesarios a la salida para el manejo de motores para
puerta: 12Vdc
10.3.5 Etapa actuadores
a. Actuador televisor
Distancia de transmisión máxima:3m ± 10%
Voltaje de alimentación: 3V
Temperatura de operación: 0°C a 45°C ± 10%
Directividad óptima vertical: 45°
Directividad óptima horizontal: 45°
Este actuador será utilizado para enviar los comandos del módulo
central al televisor.
b. Actuador para puerta
Voltaje de alimentación: 12V ± 10%
56
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Velocidad angular de la puerta: 0.2 rad/seg ≈ 11.4˚/seg
Velocidad lineal de la puerta: 0.16 m/seg
Tiempo de apertura: 8 segundos
Dimensiones de la puerta: 800 mm x 2100 mm (ancho x alto).
Material: Madera
Peso de la puerta: 4 Kg
Sensor para desenergizar la puerta en caso de emergencia como:
o Obstrucción por presencia de una persona (adulto o niño)
o Obstrucción por presencia de objeto con altura mayor a
200 mm
10.4 Requerimiento industrial
Por ser un proyecto orientado a la asistencia de humanos, cada parte
del sistema debe tener altos grados de confiabilidad y calidad, por esto
todas las partes del proyecto son desarrolladas separadamente por
etapas para poder probar su correcto funcionamiento.
Se debe implementar un sistema de canaletas para el cableado de los
actuadores como se indica en los planos incluidos en el anexo 11.
Se seguirá el código de colores colombiano para el cableado eléctrico
según lo establece la norma NTC 2050.
10.4.1 Requerimientos de interfaz
a. Indicadores luminosos
Se ubicarán leds de tamaño mediano, con una visibilidad aproximada
de 3000 mm en condiciones luminosas diurna y nocturna. Estos leds
57
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
serán indicadores del estado en que se encuentra cada uno de los
dispositivos (Puerta, Bombillo, Alarma, TV).
Los estados que se indicaran mediante leds para cada dispositivo son:
TV
o El led se enciende mientras se ejecuta cualquier comando
relacionado con el mismo
o El led permanece apagado si no se está ejecutando ninguna
orden relacionada con el Televisor
Puerta
o El led amarillo se enciende cuando la puerta se encuentra en
el proceso de apertura o cierre
o El led amarillo permanece apagado si la puerta se encuentra
abierta o cerrada
o El led rojo se enciende cuando la puerta se encuentra
bloqueada
o El led rojo se apaga cuando la puerta regresa a su posición
inicial abierta
Bombillo
o Por tratarse de un actuador que genera una variación
lumínica contundente no es necesario ubicar un led indicador de
estado del bombillo
Alarma para ventana
58
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
o El led se enciende siempre que el monitoreo de la ventana
esté activado
o El led se encuentra apagado si la ventana no se está
monitoreando
Indicadores luminosos módulo central
o Led de testigo equipo encendido on/off (switch)
o Led verde activado/desactivado monitoreo de ventana
o Led amarillo de puerta en movimiento
o Led verde de bombillo encendido/apagado
o Led verde comando enviándose al TV
o Led verde indicador de estado habilitado/deshabilitado para
reconocer comandos de voz
b. Indicadores Sonoros
Alarma
Intensidad bocina: Moderada 20- 68dB
software
Activación de un sonido corto indicando que el comando no fue
reconocido
Activación de un sonido corto indicando que el reconocimiento de
voz fue deshabilitado
Activación de un sonido corto indicando que el reconocimiento de
voz fue habilitado
c. Posición de actuadores con respecto al plano
59
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
En el plano de planta detallado (ver anexo 11, plano 1) se estipula la
ubicación de los actuadores para televisor, puerta y sensor de seguridad
para la ventana.
El actuador para televisor se ubicara dentro del módulo central el cual
está situado al costado izquierdo de la cama y a una distancia de 2000
mm con el tv.
El actuador para puerta se instalara en la parte exterior de la
habitación.
El sensor de seguridad de la ventana estará situado en el marco
divisor de las dos alas de la misma, a una distancia de 50 mm del borde
inferior del marco.
El actuador para manipular el bombillo estará dentro del módulo
central.
11. Diseño global
11.1 Alternativa No. 1
Como se muestra en la figura 2, la primera alternativa está compuesta
principalmente por un controlador, un computador (PC), el sensor de
seguridad, micrófono y actuadores que llevan a cabo las órdenes.
60
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
11.1.1. Diagrama de bloques
Figura 2 Diagrama en bloques alternativa 1
11.1.2. Bloque Micrófono
Se utilizará un micrófono unidireccional bluetooth ubicado en la oreja
del usuario.
a. Funciones
Recopila la señal de voz
Convierte las ondas sonoras en impulsos eléctricos
Transmite la señal mediante bluetooth al bloque del PC
b. Entrada: x1, in_voz
Frecuencia mínima 300Hz
Frecuencia máxima 3400Hz
Nivel mínimo de presión sonora 25 dB
Nivel máximo de presión sonora 85 dB
c. Salida: x2, out_voz
Tipo: RF
Protocolo: Bluetooth
Version mínima : 1.2 (Voice Quality - Enhanced Voice Processing)
Frecuencia mínima 2,4 GHz
61
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Frecuencia máxima 2,48 GHz
Potencia mínima 1 mW
Potencia máxima 2 mW
Radio de clase 2, alcance promedio 10 metros.
Velocidad mínima de transmisión 1 Mbps.
Velocidad máxima de transmisión 3 Mbps.
Señal digital
11.1.3 Bloque PC
La señal transmitida en el bloque anterior se captura en el PC
mediante un dispositivo USB bluetooth instalado en el computador.
a. Funciones
Captura la señal enviada por el micrófono
Filtra la señal, obteniendo una señal limpia de ruidos
Convierte la señal de alta frecuencia en datos binarios y los
almacena.
Compara el dato almacenado con la lista de comandos y
determina el código a ser transmitido al controlador (es un código para
cada acción de cada dispositivo controlado) o activa la función de
seguridad si el usuario lo indicó
b. Diagrama de flujo
62
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 3 Diagrama Flujo PC
c. Entrada X2, out_voz
Tipo: RF
Protocolo: Bluetooth
Versión minima: 1.2 (Voice Quality - Enhanced Voice Processing)
Frecuencia mínima 2,4 GHz.
Frecuencia máxima 2,48 GHz.
Potencia mínima 1 mW.
Potencia máxima 2 mW.
Radio de clase 2, alcance promedio 10 metros.
Velocidad mínima de transmisión 1 Mbps.
Velocidad máxima de transmisión 3 Mbps.
Señal digital
d. Salida: x3, out_pc
63
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Estándar RS 232
Velocidad de transmisión 9600 baudios.
Bits de datos: 8
Paridad: ninguna.
Bits de parada: 1
Control de flujo: ninguno.
11.1.4 Bloque controlador
Este se encarga de recibir la señal del sensor y del computador.
a. Funciones
Captura los códigos enviados por el computador
Determina el actuador correspondiente según el código recibido
Envía la señal de accionamiento a la etapa de potencia
Monitorea el estado del sensor ubicado en la ventana
Envía una señal a la etapa de potencia de la alarma en caso de
que el sensor se active y esté activada la opción de seguridad en el
computador
b. Diagrama de flujo
64
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 4 Diagrama de flujo controlador
c. Entradas
X3, out_pc, señal de datos
Estándar RS232
Velocidad de recepción 9600 baudios.
Bits de datos: 8
Paridad: ninguna
Bits de parada: 1
Control de flujo: ninguno
X12, out_sens, Indicador de apertura/cierre sensor de ventana
Voltaje mínimo apertura 4,75 Vdc
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje máximo apertura 5,25 Vdc
Voltaje mínimo cierre 0 Vdc
Voltaje máximo cierre Vdc
Corriente mínima de salida 2 mA
d. Salidas
X4, out_tv, controla el televisor, encendido/apagado, volumen, canal
Voltaje mínimo de activación de comando 4,75 Vdc
Voltaje máximo de activación de comando 5 Vdc
Voltaje mínimo desactivado 0 Vdc
Voltaje máximo desactivado 0,7 Vdc
Corriente de salida máxima 20 mA
Número de bits: 5
X5, out_pt, controla apertura/cierre de puerta
Voltaje mínimo para ejecutar acción 4,75 Vdc
Voltaje máximo para ejecutar acción 5,25 Vdc
Voltaje mínimo desactivado 0 Vdc
Voltaje máximo desactivado 1,5 Vdc
Corriente de salida máxima para ejecutar acción 20 mA
Número de bits: 2
X6, out_lu, controla encendido/apagado de luz
Voltaje mínimo encendido 4,75 Vdc
Voltaje máximo encendido 5,25 Vdc
Voltaje mínimo apagado 0 Vdc
66
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje máximo apagado 0,5 Vdc
Corriente de salida máxima 20 mA
X13, alrm, controla encendido/apagado alarma
Voltaje mínimo encendido 4,75 Vdc
Voltaje máximo encendido 5,25 Vdc
Voltaje mínimo apagado 0 Vdc
Voltaje máximo apagado 0,5 Vdc
Corriente de salida máxima 25 mA
11.1.5 Bloque Potencia
a. Función
Elevar los niveles de corrientes y voltajes adecuándolos para el
funcionamiento de los actuadores de la puerta, el accionamiento del
bombillo y de la alarma.
b. Entradas
X5, out_pt, controla apertura/cierre de puerta
Voltaje mínimo para ejecutar acción 4,75 Vdc
Voltaje máximo para ejecutar acción 5,25 Vdc
Voltaje mínimo desactivado 0 Vdc
Voltaje máximo desactivado 1,5 Vdc
Corriente de activación 20 mA
Número de bits: 2
X6, out_lu, controla encendido/apagado de luz
Voltaje mínimo encendido 4,75 Vdc
67
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje máximo encendido 5,25 Vdc
Voltaje mínimo apagado 0 Vdc
Voltaje máximo apagado 0,5 Vdc
Corriente de activación 50mA – 100mA
X13, alrm, controla encendido/apagado alarma
Voltaje mínimo encendido 4,75 Vdc
Voltaje máximo encendido 5,25 Vdc
Voltaje mínimo apagado 0 Vdc
Voltaje máximo apagado 0,5 Vdc
Corriente de activación 2 mA
c. Salidas
X7, amp_pt apertura/cierre de puerta
Voltaje mínimo apertura/cierre 11,5 Vdc
Voltaje máximo apertura/cierre 15,5 Vdc
Voltaje mínimo sin ejecutar acción 0 Vdc
Voltaje máximo sin ejecutar acción 2,5 Vdc
Corriente de salida mínima apertura/cierre 40 mA
Corriente de salida máxima apertura/cierre 300 mA
Número de bits 2
X8, amp_lu enciende/apaga luz
Voltaje mínimo encendido 110 Vac
Voltaje máximo encendido 120 Vac
Voltaje mínimo apagado 0 Vac
68
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje máximo apagado 5 Vac
Corriente de salida mínima 480 mA
Corriente de salida máxima 1000 mA
X14, out_alrm encendido/apagado.
Voltaje mínimo encendido 110 Vac
Voltaje máximo encendido 120 Vac
Voltaje mínimo apagado 0 Vac
Voltaje máximo apagado 5 Vac
Potencia de salida 14 – 100 W
11.1.6 Bloque Actuadores
a. Funciones
Transformar la señal eléctrica del controlador (x4) en señal
infrarroja para ejecutar el comando en el televisor (encendido,
apagado, subir volumen, bajar volumen, subir canal, bajar canal,
mute).
Convertir la señal eléctrica x7 en movimiento por medio lo los
motores para accionar la puerta (abrir y cerrar).
b. Entradas
X4, out_tv, controla el televisor, encendido/apagado, volumen, canal,
mute.
Voltaje mínimo de activación de comando 4,75 Vdc
Voltaje máximo de activación de comando 5 Vdc
Voltaje mínimo desactivado 0 Vdc
69
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje máximo desactivado 0,7 Vdc
Corriente de activación 5 mA
Número de bits: 5
X7, amp_pt, apertura/cierre de puerta.
Voltaje mínimo apertura/cierre 11,5 Vdc
Voltaje máximo apertura/cierre 15,5 Vdc
Voltaje mínimo sin ejecutar acción 0 Vdc
Voltaje máximo sin ejecutar acción 2,5 Vdc
Corriente de entrada mínima 40 mA
Corriente de entrada máxima 300 mA
Número de bits 2
c. Salidas
X9, mot, motor
Rpm sin carga (máx.): 120
RPM en pico de eficiencia: 95
Torque en pico de eficiencia 69 mNm.
Torque máximo, punto de parada: 336 mNm.
Potencia en pico de eficiencia 693 mW.
Potencia máxima 1232 mW.
X10, TLE, control televisor
Rango de alcance mínimo 3m ± 10%
Frecuencia de trabajo 30 – 40 KHz
Radicación mínima: 7 mW/m2
70
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Radicación máxima: 20 mW/m2
Directividad mínima: 20º
Directividad máxima: 60º
11.1.7 Bloque sensor
a. Funciones
Monitorear el estado de la ventana (abierta, cerrada)
Enviar una señal al controlador cuando la ventana sea abierta
b. Entrada
x11, est_ven, apertura/cierre sensor.
Distancia máxima permitida para activación 30mm ± 10%
c. Salida
x12, out_sens, Indicador de apertura/cierre sensor de ventana.
Voltaje de salida mínimo apertura 4,75 Vdc
Voltaje de salida máximo apertura 5,25 Vdc
Voltaje de salida mínimo cierre 0 Vdc
Voltaje de salida máximo cierre Vdc
Corriente mínima de salida 2 mA
11.1.8 Bloque Alarma
a. Funciones
Recibir la señal de activación del controlador
Emitir un sonido de alarma que alerte a las personas de una
posible violación a la seguridad
b. Entradas
71
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
X14, out_alrm, encendido/apagado
Voltaje mínimo encendido 110 Vac
Voltaje máximo encendido 120 Vac
Voltaje mínimo apagado 0 Vac
Voltaje máximo apagado 5 Vac
Potencia de entrada 14 - 100 W
c. Salidas
x15, snd
Intensidad sonora mínima: 90 dB
Intensidad sonora máxima: 125 dB
11.2 Alternativa No. 2
Esta alternativa está compuesta principalmente por un controlador,
una unidad de almacenamiento externa, un sensor de seguridad,
micrófonos y actuadores que llevan a cabo las órdenes como se muestra
en la figura 5.
72
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
11.2.1. Diagrama de bloques
Figura 5 Diagrama en bloques alternativa 2
11.2.2 Bloque Micrófonos
Se utilizaran tres micrófonos omnidireccionales distribuidos en la parte
superior de la habitación en forma triangular
a. Funciones
Recopila la señal de voz del usuario
Convierte las ondas sonoras en impulsos eléctricos
Transmite la señal mediante cables al comparador
b. Entradas
X1, mic_1
Tipo alámbrico
Señal análoga
Frecuencia mínima 300Hz
Frecuencia máxima 3400Hz
Nivel mínimo de presión sonora 35 dB
73
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Nivel máximo de presión sonora 85 dB
X2, mic_2
Tipo alámbrico
Señal análoga
Frecuencia mínima 300Hz
Frecuencia máxima 3400Hz
Nivel mínimo de presión sonora 35 dB
Nivel máximo de presión sonora 85 dB\
X3, mic_3
Tipo, alámbrico
Señal análoga
Frecuencia mínima 300Hz
Frecuencia máxima 3400Hz
Nivel mínimo de presión sonora 35 dB
Nivel máximo de presión sonora 85 dB
c. Salidas
x4, out_m1
Voltaje mínimo 0,1 Vdc
Voltaje máximo 5 Vdc
x5, out_m2
Voltaje mínimo 0,1 Vdc
Voltaje máximo 5 Vdc
x6, out_m3
74
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje mínimo 0,1 Vdc
Voltaje máximo 5 Vdc
11.2.3 Bloque Comparador
a. Funciones
Comparar las tres señales de los micrófonos
Seleccionar la señal más apta para el reconocimiento, es decir la
que mayor amplitud de voltaje transporte
b. Entradas
X4, out_m1
Voltaje mínimo 0,1 Vdc
Voltaje máximo 5 Vdc
X5, out_m2
Voltaje mínimo 0,1 Vdc
Voltaje máximo 5 Vdc
X6, out_m3
Voltaje mínimo 0,1 Vdc
Voltaje máximo 5 Vdc
c. Salidas
X7, out_cmp, salida comparador
Voltaje mínimo 0,1 Vdc
Voltaje máximo 5 Vdc
Corriente mínima 2mA
75
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
11.2.4 Bloque Controlador
a. Funciones
Recibir y digitalizar la señal del comparador
Consultar la tabla de la unidad de almacenamiento y comparar
con el comando recibido
Enviar la señal correspondiente a la etapa de potencia del
actuador solicitado por el usuario
Monitorea el estado del sensor ubicado en la ventana
Envía una señal a la etapa de potencia de la alarma en caso de
que el sensor se active y esté activada la opción de seguridad en el
computador
b. Entradas
X7, out_cmp
Voltaje mínimo 0,1 Vdc
Voltaje máximo 5 Vdc
Corriente mínima 2mA
X9, out_sens, Indicador de apertura/cierre sensor de ventana
Voltaje mínimo apertura 4,75 Vdc.
Voltaje máximo apertura 5,25 Vdc
Voltaje mínimo cierre 0 Vdc
Voltaje máximo cierre Vdc
Corriente mínima de salida 2 mA
X10, out_prom
76
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje de salida mínimo estado alto 4,75 Vdc
Voltaje de salida máximo estado alto 5,25 Vdc
Voltaje de salida mínimo estado bajo 0 Vdc
Voltaje de salida máximo estado bajo Vdc
Corriente mínima de salida 2 mA
Numero de bits 8.
c. Salidas
X11, in_prom.
Voltaje de salida mínimo estado alto 4,75 Vdc.
Voltaje de salida máximo estado alto 5,25 Vdc.
Voltaje de salida mínimo estado bajo 0 Vdc.
Voltaje de salida máximo estado bajo Vdc.
Corriente de salida máxima 20 mA.
Número de bits: 8
X12, out_tv, controla el televisor, encendido/apagado, volumen,
canal.
Voltaje mínimo de activación de comando 4,75 Vdc.
Voltaje máximo de activación de comando 5 Vdc.
Voltaje mínimo desactivado 0 Vdc
Voltaje máximo desactivado 0,7 Vdc
Corriente de salida máxima 20 mA
Número de bits: 5
X13, out_pt, controla apertura/cierre de puerta.
77
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje mínimo para ejecutar acción 4,75 Vdc
Voltaje máximo para ejecutar acción 5,25 Vdc
Voltaje mínimo desactivado 0 Vdc
Voltaje máximo desactivado 1,5 Vdc
Corriente de salida máxima para ejecutar acción 20 mA
Número de bits: 2
X14, out_lu, controla encendido/apagado de luz.
Voltaje mínimo encendido 4,75 Vdc
Voltaje máximo encendido 5,25 Vdc
Voltaje mínimo apagado 0 Vdc
Voltaje máximo apagado 0,5 Vdc
Corriente de salida máxima 20 mA
X15, alrm, controla encendido/apagado alarma
Voltaje mínimo encendido 4,75 Vdc
Voltaje máximo encendido 5,25 Vdc
Voltaje mínimo apagado 0 Vdc
Voltaje máximo apagado 0,5 Vdc
Corriente de salida máxima 20 mA
11.2.5 Bloque Potencia
a. Función
Elevar los niveles de corrientes y voltajes adecuándolos para el
funcionamiento de los actuadores de la puerta, el accionamiento del
bombillo y de la alarma
78
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
b. Entradas
X13, out_pt, controla apertura/cierre de puerta.
Voltaje mínimo para ejecutar acción 4,75 Vdc
Voltaje máximo para ejecutar acción 5,25 Vdc
Voltaje mínimo desactivado 0 Vdc
Voltaje máximo desactivado 1,5 Vdc
Corriente de activación 20 mA
Número de bits: 2
X14, out_lu, controla encendido/apagado de luz
Voltaje mínimo encendido 4,75 Vdc
Voltaje máximo encendido 5,25 Vdc
Voltaje mínimo apagado 0 Vdc
Voltaje máximo apagado 0,5 Vdc
Corriente de activación 50mA – 100mA
X15, alrm, controla encendido/apagado alarma
Voltaje mínimo encendido 4,75 Vdc
Voltaje máximo encendido 5,25 Vdc
Voltaje mínimo apagado 0 Vdc
Voltaje máximo apagado 0,5 Vdc
Corriente de activación 2 mA
c. Salidas
X16, amp_pt, apertura/cierre de puerta.
Voltaje mínimo apertura/cierre 11,5 Vdc
79
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje máximo apertura/cierre 15,5 Vdc
Voltaje mínimo sin ejecutar acción 0 Vdc
Voltaje máximo sin ejecutar acción 2,5 Vdc
Corriente de salida mínima apertura/cierre 40 mA
Corriente de salida máxima apertura/cierre 300 mA
Número de bits 2
X17, amp_lu, enciende/apaga luz.
Voltaje mínimo encendido 110 Vac
Voltaje máximo encendido 120 Vac
Voltaje mínimo apagado 0 Vac
Voltaje máximo apagado 5 Vac
Corriente de salida mínima 480 mA
Corriente de salida máxima 1000 mA
X18, out_alrm, encendido/apagado
Voltaje mínimo encendido 110 Vac
Voltaje máximo encendido 120 Vac
Voltaje mínimo apagado 0 Vac
Voltaje máximo apagado 5 Vac
Potencia de salida 14 – 100 W
11.2.6 Bloque Actuadores
a. Funciones
80
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Transformar la señal eléctrica del controlador (x12) en señal
infrarroja para ejecutar el comando en el televisor (encendido,
apagado, subir volumen, bajar volumen, subir canal, bajar canal).
Convertir la señal eléctrica x16 en movimiento por medio lo los
motores para accionar la puerta (abrir y cerrar).
b. Entradas
X12, out_tv, controla el televisor, encendido/apagado, volumen,
canal.
Voltaje mínimo de activación de comando 4,75 Vdc
Voltaje máximo de activación de comando 5 Vdc
Voltaje mínimo desactivado 0 Vdc
Voltaje máximo desactivado 0,7 Vdc
Corriente de activación 5 mA
Número de bits: 5
X16, amp_pt, apertura/cierre de puerta.
Voltaje mínimo apertura/cierre 11,5 Vdc
Voltaje máximo apertura/cierre 15,5 Vdc
Voltaje mínimo sin ejecutar acción 0 Vdc
Voltaje máximo sin ejecutar acción 2,5 Vdc
Corriente de entrada mínima 40 mA
Corriente de entrada máxima 300 mA
Número de bits 2
c. Salidas
81
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
X19, mot, Brazo electromecanico
Rpm sin carga (máx.): 120
RPM en pico de eficiencia: 95
Torque en pico de eficiencia 69 mNm
Torque máximo, punto de parada: 336 mNm
Potencia en pico de eficiencia 693 mW
Potencia máxima 1232 mW
X20, TLE, control televisor.
Rango de alcance mínimo 3 m.
Frecuencia de trabajo 30 – 40 KHz.
Radicación mínima: 7 mW/m2.
Radicación máxima: 20 mW/m2.
Directividad mínima: 20º
Directividad máxima: 60º
11.2.7 Bloque Sensor
a. Funciones
Monitorear el estado de la ventana (abierta, cerrada)
Enviar una señal al controlador cuando la ventana sea abierta
b. Entradas
x8, est_ven, apertura/cierre sensor
Distancia máxima permitida para activación 25mm
c. Salidas
x9, out_sens, Indicador de apertura/cierre sensor de ventana.
82
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje de salida mínimo apertura 4,75 Vdc
Voltaje de salida máximo apertura 5,25 Vdc
Voltaje de salida mínimo cierre 0 Vdc
Voltaje de salida máximo cierre Vdc
Corriente mínima de salida 2 mA
11.2.8 Bloque Almacenamiento
a. Funciones
Recibir la señal del controlador
Direccionar el código y devolver la instrucción correspondiente al
controlador
b. Entradas
X11, in_prom
Voltaje de salida mínimo estado alto 4,75 Vdc
Voltaje de salida máximo estado alto 5,25 Vdc
Voltaje de salida mínimo estado bajo 0 Vdc
Voltaje de salida máximo estado bajo Vdc
Corriente de salida máxima 20 mA
Número de bits: 8
c. Salidas
X10, out_prom
Voltaje de salida mínimo estado alto 4,75 Vdc
Voltaje de salida máximo estado alto 5,25 Vdc
Voltaje de salida mínimo estado bajo 0 Vdc
83
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Voltaje de salida máximo estado bajo Vdc
Corriente mínima de salida 2 mA
Numero de bits 8
11.3. Comparación
Tabla 2. Comparación de alternativasALTERNATIVA 1 ALTERNATIVA 2
COMPLEJIDAD ReconocimientoDe voz
Se realiza por medio de un computador, un motor de reconocimiento de voz, una API y una interfaz de usuario. Esta alternativa es multiusuario y no necesita de entrenamiento.
Se realiza por medio de un microcontrolador y un algoritmo de reconocimiento elaborado en leguaje ensamblador. Contiene comandos predefinidos, almacenados en una memoria EEPROM. Esta alternativa no es multiusuario y necesita de entrenamiento.
TIEMPO Motor de Reconocimiento
Por tratarse de un motor de reconocimiento más robusto, y con un API disponible para desarrollar aplicaciones, en lenguaje de alto nivel, su tiempo de implementación es menor.
Por tratarse de la programación de un algoritmo de reconocimiento de voz en lenguaje de bajo nivel, se requiere de un extenso periodo de tiempo
Implementación Hardware
Se deben diseñar PCB´s según requerimientos industriales, instalar un computador, y ubicar los actuadores en TV, Bombillo, Alarma y Puerta.
Se deben diseñar PCB´s según requerimientos industriales, incluyendo microcontrolador como motor de reconocimiento de voz y ubicar los actuadores en TV, Bombillo, Alarma y Puerta.
COSTOS(valores a Agosto de
2008)
Módulo central (Reconocimiento
de voz)
$700.000 $200.000
Actuador para $728.000 $728.000
84
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
puerta
Sensor de ventana
$20.000 $20.000
Actuador TV $20.000 $20.000
Papelería $300.000 $300.000
Otros $400.000 $400.000
Total $2.268.000 $1.768.000
En la tabla 2 se presenta la comparación de las dos alternativas. La
primera alternativa presenta mayores costos ya que implica el uso de un
computador, sin embargo simplifica el número de micrófonos de 3 a 1, y
la resolución al digitalizar y comparar es mucho más alta. El muestreo es
a mayor frecuencia garantizando una menor perdida. Además de esto,
se elimina también el uso del comparador analógico de tres señales. El
computador presenta versatilidad al realizar el programa de
reconocimiento y permite una programación de más alto nivel teniendo
así mayor flexibilidad en cuanto a la cantidad y selección del comando,
por el contrario la alternativa 2, aunque es económica, requiere una
mayor cantidad de dispositivos y crea problemas de sincronización.
Además el análisis de la señal para efectuar un reconocimiento de voz
en un controlador tardaría más en desarrollarse.
11.4 Selección de alternativa
En el presente proyecto se ha optado por la opción número uno ya que
es más eficiente utilizar un lenguaje de alto nivel y además es versátil
por tener un nivel de complejidad menor, puesto que los algoritmos de
reconocimiento de voz consumirían una gran cantidad de líneas de
programación al realizarlos en un lenguaje de bajo nivel.
85
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Por otra parte resulta mejor utilizar un micrófono inalámbrico ya que el
reconocimiento de voz necesita de instrucciones claras las cuales se ven
distorsionadas al utilizar 3 micrófonos y dependiendo de la habitación el
eco puede producir interferencia.
12. Diseño detallado
12.1 Bloque Micrófono
El tipo de micrófono elegido para este proyecto es un manos libres RF
con tecnología bluetooth, estos son ideales ya que están diseñados para
la transmisión de voz e incluyen filtros pasa banda para los rangos de
frecuencia, entre 300Hz y 3400Hz.
Como requerimiento se incluyó que la versión del bluetooth debería
ser 1.2 o superior ya que dicha versión ofrece una mayor calidad de voz
(Voice Quality - Enhanced Voice Processing) con menor ruido ambiental,
y provee una rápida configuración de la comunicación, los micrófonos RF
típicos se descartaron ya que necesitan baterías convencionales y el
transmisor aumenta enormemente el peso, siendo molesto para el
usuario. Teniendo en cuenta lo anterior se han escogido tres
dispositivos, que se muestran en la tabla 3.
12.1.1 Selección de micrófono
Tabla 3 Selección micrófonoRequerimientos Samsung WEP200 Nokia BH-802 Motorola HS850
Frecuencia de transmisión
2,4Ghz-2,48GHz 2,4Ghz-2,48GHz 2,4Ghz-2,48GHz
Radio clase 2 2 2Respuesta en
frecuencia200Hz-3800Hz 150Hz- 4000Hz 300Hz-3700Hz
Peso 9 gr. 11gr. 20gr.Alcance 10m. 10m. 10m.
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Autonomía 70h espera, 4h. conversación
160h espera, 6h conversación
120h espera, 8h conversación
Valor 60000 65000 50000
El micrófono elegido de la tabla 3 es el Motorola HS850 ya que
presenta el mayor tiempo de autonomía en conversación a la vez de
cumplir con todos los requerimientos.
12.1.2 Diagrama de flujo
Figura 6 Diagrama de flujo, bloque microfono
12.2 Bloque PC
Para que el computador pueda recibir los datos provenientes del
micrófono es necesario contar con una interfaz bluetooth, para esto se
utiliza un adaptador bluetooth-USB, en la tabla 4 se muestran tres
diferentes opciones.
87
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
88
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
12.2.1 Selección de adaptador bluetooth
Tabla 4. Selección Adaptador-BluetoothRequerimientos BLUETAKE TRENDnet ES-388
Versión USB 1.1 2.0 2.0Peso 10gr. 5gr. 8gr.Alcance 10m. 10m. 10m.Soporte de S.O. Windows XP/2000,
Mac OS X 10.2.6 o anteriores
Windows 98SE/ME/2000/XP
Windows 98/ME/2000/XP
Valor $22.000 $25.000 $20.000
El adaptador elegido es el ES-388 ya que es asequible y presenta
compatibilidad con la versión 2.0 USB logrando mayor velocidad en la
recepción de las órdenes.
12.2.2 Diagrama de flujo
Figura 7. Diagrama Flujo Bloque PC
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
12.2.3 Diagrama de flujo software de reconocimiento de voz
Figura 8 Diagrama de flujo software reconocimiento de voz
En la figura 8, se describe la lógica que se va a utilizar en el desarrollo
de la interfaz de reconocimiento de voz. La cual permitirá hacer uso del
sistema sin necesidad de estar interactuando manualmente.
12.2.4 Comunicación UART del PC
El puerto serie es una interfaz de comunicaciones entre ordenadores y
periféricos en donde la información es transmitida bit a bit enviando un
solo bit a la vez, en contraste con el puerto paralelo que envía varios
bits a la vez. Entre el puerto serie y el puerto paralelo, existe la misma
90
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
diferencia que entre una carretera tradicional de un sólo carril por
sentido y una autovía con varios carriles por sentido.
En los PCs hay conectores DB9 macho, de 9 pines, por el que se
conectan los dispositivos al puerto serie. Los conectores hembra que se
enchufan tienen una colocación de pines diferente, de manera que se
conectan el pin 1 del macho con el pin 1 del hembra, el pin2 con el 2.
Esto se ilustra en la figura 9.
Figura 9. Diagrama DB9
Fuente: http://www.iearobotics.com/proyectos/cuadernos/ct1/ct1.html
La información asociada a cada uno de los pines se presenta en la
tabla 5. Para lo que concierne a este proyecto, se hará uso de los pines 3
y 5 que son los encargados de realizar la transmisión serial hacia el
modulo de control.
Tabla 5 Descripción de pines DB9Número de pin Señal
1 DCD (Data Carrier Detect)2 RX3 TX4 DTR (Data Terminal Ready)5 GND6 DSR (Data Sheet Ready)7 RTS (Request To Send)8 CTS (Clear To Send)9 RI (Ring Indicator)
91
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12.3 Bloque microcontrolador
12.3.1 Selección del microcontrolador
Se busca un dispositivo microcontrolador de las siguientes
características:
Voltaje de alimentación: 5V
Consumo de corriente: <0.6 mA
Un puerto de recepción
Memoria de programa: 8Kb
Tres puertos I/O paralelo de un byte
Mínimo 30 instrucciones
Temperatura de operación: -5°C a 40°C
Selecciona entre 4 dispositivos (bombillo, puerta, TV, alarma)
Requerimientos Intel 8052 Microchip 16f873A Motorola MC68HC908GP32
Voltaje de alimentación: 5V
6 V 5 V 5 V
Consumo de corriente: <0.6 mA
0.7 mA 0.6 mA 0.7 mA
puerto serial RX/TX Si Si SiMemoria de programa:
8Kb64 Kb 8 kb 32 kb
Tres puertos I/O paralelo de un byte
0,1,2,3 A,B,C A,B
Módulo PWM No Si NoInstrucciones 20 instrucciones 30 instrucciones 95 Instrucciones
Temperatura de operación: -5°C a
40°C
-5°C a 40°C -5°C a 40°C -40°C a 85 °C
Tabla 6. Selección microcontrolador
De la tabla 6, se escogió el microcontrolador 16F873A del fabricante
Microchip por cumplir con todos los requerimientos estipulados, y
92
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
porque se tiene experiencia en el lenguaje de programación y desarrollo
de soluciones mediante esta familia de microcontroladores.
12.3.2 Esquematico microcontrolador
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-/CVREF4
RA4/T0CKI/C1OUT6
RA5/AN4/SS/C2OUT7
OSC1/CLKIN9
OSC2/CLKOUT10
RC1/T1OSI/CCP212
RC2/CCP113
RC3/SCK/SCL14
RB7/PGD28
RB6/PGC27
RB526
RB425
RB3/PGM24
RB223
RB122
RB0/INT21
RC7/RX/DT18
RC6/TX/CK17
RC5/SDO16
RC4/SDI/SDA15
RA3/AN3/VREF+5
RC0/T1OSO/T1CKI11
MCLR/Vpp/THV1
U1
PIC16F873APACKAGE=DIL28NAR0x3F39
X1CRYSTAL4MHz
sensor puerta
sensor puerta opensensor puerta close
sensor ventana
J18
s ventana
Figura 10 Esquemático microcontrolador
Se muestra en la figura 10, el esquemático del microcontrolador
16F873A del fabricante Microchip que se va a utilizar. Se diseña su
funcionamiento con un cristal resonante externo de 4MHz, porque brinda
los ciclos de reloj por segundo necesarios para la ejecución del programa
y controlar los periféricos que se conectan a él.
Ciclo dereloj= 1Fcristal
4
(12.1)
93
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Ciclo dereloj=1 μS
Un ciclo de reloj es el tiempo que tarda el microcontrolador en ejecutar
una instrucción.
12.3.3 Cálculos
Cálculos para configuración de recepción serial asíncrona:
Baud Rate=FOSC
(16 ( X+1 ) ) (12.2)
9600Baudios=4 Mhz
(16 ( X+1 ) ) (12.3)
( 4 Mhz9600 X 16 )−1=X (12.4)
X=25,0416
X: Constante que determina la velocidad de transmisión en el
microcontrolador 16F873A.
La corriente de salida brindada por el fabricante para cada uno de
los pines del microcontrolador es de 25mA, siendo así de 200mA por
cada puerto de 1 Byte.
94
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
12.3.4 Diagrama de flujo del bloque
Figura 11 Diagrama flujo bloque microcontrolador
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12.3.5 Diagrama de flujo del programa microcontrolador
Figura 12 Diagrama Bloque Programa
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12.3.6 Caracterisitcas electricas
Las características eléctricas del microcontrolador utilizado se
presentan en la tabla 7.
Tabla 7. Características eléctricas microcontrolador PIC 16F873ACaracterística ValorTemperatura interna -55 a +125°CTemperatura de almacenamiento -65°C a +150°CVoltaje en VDD con respecto a VSS -0.3 a +7.5 VVoltaje en MCLR con respecto a VSS 0 a +14 VPotencia total disipada 1WMáxima corriente de entrada por VDD 250 mAMáxima corriente de salida por VSS 300 mAMáxima corriente de salida por Pin I/O 25 mA
12.3.7 Análisis
El bloque del microcontrolador es el segundo en orden de importancia
después del bloque del PC, ya que es la interfaz encargada de
comunicar el programa de reconocimiento de voz con los dispositivos a
controlar. Para esto fue necesario desarrollar un programa en lenguaje
ensamblador para microcontroladores MPASM que ejecutara funciones
de recepción serial y una lógica de selección de actuadores dependiendo
del dato recibido.
Listado de acciones a realizar dependiendo del byte recibido.
Byte 1, enciende y apaga televisor
Byte 2, incrementa canal
Byte 3, decrementa canal
Byte 4, sube volumen
Byte 5, baja volumen
Byte 6, enciende luz
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Byte 7, apaga luz
Byte 8, abre puerta
Byte 9, cierra puerta
Byte 10, activa monitoreo ventana
Byte 11, desactiva monitoreo de ventana y silencia bocina
Byte 12, activa y desactiva el mute del tv
Byte 13, enciende sirena para solicitar asistencia
Byte 14, reconocimiento de voz habilitado
Byte 15, reconocimiento de voz deshabilitado
12.3.8 Driver RS232 - TTL
Es necesario incluir en este bloque un adaptador de señales RS232 /
TTL como se muestra en la figura 13, para la comunicación PC-
Microcontrolador. Se convierten voltajes de -12V y +12 V a 0 y +5
voltios respectivamente mediante un driver. [45,1]
Figura 13. Adaptación de niveles RS232/TTL,[48,1]
98
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a. Selección del driver
Tabla 8 Selección driver RS232Requerimientos Max222 Max232 Max239
Voltaje de alimentación 5 5 7.5RS232/TTL 2/2 2/2 3/5
Data rate (kbps) 200 120 120Tres estados si No no
De la tabla 8 se escogió el MAX232 por cumplir con todos los
requerimientos y por contar con la mayor experiencia de manejo.
b. Esquemático
El esquema de funcionamiento del integrado MAX232 se puede ver en
la figura 14.
Figura 14. Diagrama esquemático MAX232,[49,1]
Los valores de los condensadores del circuito integrado MAX232 son
propuestos por el fabricante del dispositivo, MAXIM, como se indica en la
figura 15.
99
TTL
TTL
RS232
RS232
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Figura 15 Diagrama esquemático Max 232
b. Diagrama de Conversión
En la figura 16 se observa el proceso de conversión necesario para
comunicar exitosamente un dispositivo con niveles lógicos TTL y un PC
con puerto serial RS232.
Figura 16. Diagrama de conversión
En la figura 17 se aprecia el diseño realizado en el software de diseño
electrónico Proteus ISIS, el cual cumple con los valores de las
capacitancias recomendadas por el fabricante Maxim.
100
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
ERROR
TXD3
RXD2
CTS8
RTS7
DSR6
DTR4
DCD1
RI9
P1
COMPIM
P_PORT=COM1P_BAUDRATE=9600P_DATABITS=8P_PARITY=NONEP_STOPBITS=1
T1IN11
R1OUT12
T2IN10
R2OUT9
T1OUT14
R1IN13
T2OUT7
R2IN8
C2+
4
C2-
5
C1+
1
C1-
3
VS+2
VS-6
U2
MAX232MODFILE=MAX232PACKAGE=DIL16
C1
1u
C2
1u
C31u
C41u
Figura 17 Diagrama esquemático conversión RS232-TTL
12.4 Bloque potencia
Mediante este bloque se acoplan las impedancias, corrientes y voltajes
del motor de la puerta, la sirena y el bombillo de luz, en esta etapa de
potencia se debe asegurar que las inductancias de los relés y motores
no influyan de forma negativa sobre el resto del circuito, por esto y por
ser necesario manejar el sentido de giro del motor se debe utilizar un
circuito de puente H, en la tabla 9 se muestran tres opciones.
101
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
12.4.1 Selección de puente H
a. Requerimientos brazo electromecánico
Voltaje de alimentación: 12V ± 10%
Corriente mínima requerida: 5A ± 10%
Dimensiones de la puerta: 800 mm x 2100 mm (ancho x alto).
Material de la puerta: Madera
Peso de la puerta: 4 Kg
Tabla 9 Selección puente HRequerimientos Bridge H LMD18200
Driver(National)
L298 DUAL FULL-BRIDGE DRIVER
(National)
Puente H en Discreto
PNP-NPN
Voltaje 10-55V 2,5-46V 10-50V
Corriente 3A 3A 10A
Entradas TTL TTL, CMOS TTL
El puente H seleccionado de la tabla 9 es el Puente H en discreto PNP-
NPN, porque los requerimientos de corriente del brazo electromecánico
así lo exigen y porque en el mercado de componentes electrónicos
colombiano no es posible encontrar un puente H de alto rendimiento
muy fácilmente.
b. Selección de componentes
Tabla 10 Selección transistor Darlington NPNRequerimientos TIP 120 TIP 121 TIP 122
hFE 1000 1000 1000
VCE 60V 80V 100V
IC 5A 5A 5A
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IB 120mA 120mA 120mA
Tabla 11 Selección transistor Darlington PNPRequerimientos TIP 125 TIP 126 TIP 127
hFE 1000 1000 1000
VCE -60V -80V -100V
IC -5A -5A -5A
IB -120mA -120mA -120mA
Tabla 12 Selección transistor NPNRequerimientos 2N2222 2N3904 2N2219
hFE 75 100 75
VCE 10V 1V 10V
IC 150mA 10mA 150mA
IB 15mA 1mA 15mA
La selección del transistor NPN de alta velocidad en conmutación está
relacionado en la tabla 12, se hizo de acuerdo al requerimiento de
corriente en la base, el transistor 2N3904 tiene similares velocidades de
conmutación pero transporta la decima parte en corriente que el
2N2222, para señales emitidas por el microcontrolador se uso el
2N3904, y para señales que manejan el sistema Darlington se utilizo el
2N2222, ver figura 18.
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 18. Características transistor 2n2222
c. Cálculos
El puente H es principalmente una configuración de 4 interruptores,
posicionados de una manera específica para controlar la dirección de la
corriente a través del motor. Para los motores dc, la dirección de
rotación de la armadura es cambiada invirtiendo la dirección de la
corriente que fluye a través de él, ver figura 19.
104
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 19. Dos estados básicos de un puente h.
Al aplicar la ley de Kirchhoff de mallas, quedará la expresión 12.5.
V A – IBQ5 × RBQ5−V BE Q5 – V BE Q1 – I L × RL−V EB Q4 –V EB Q8 – I BQ 4 × RBQ 8=0
(12.5)
Se considera por las simetrías de la configuración, que las corrientes
de base de los BJTA son iguales (IB) lo mismo que las RB (R).
Se asume que el motor se comporta como una resistencia RL = VL/IL.
V A – I BR . – V BE Q5 – V BE Q 1 – I L × RL−V EB Q 4 – V EB Q 8 – I B× R=0 (12.6)
Como VEB = VBE = 0.7 V (Los BJT son de silicio)
V A – 2 I B × R – 2.8V – I L × RL=0 (12.7)
V A – 2.8V – I L × RL=2 I B × R (12.8)
R=V A−2.8 V−I L × RL
2 I B (12.9)
R=5V −2.8 V –15 V30mA
R=427 Ω≈ 470 Ω
Pero también se cumple por estar en zona activa todos los BJT:
I B=
I L
(HFEQ4+1 )(HFEQ1+1 )
(12.10)
De esta forma se tiene un valor para las resistencias de base, deberá
normalizarse y recalcular corrientes y tensiones para demostrar que
satisfacen lo pedido.
105
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Se tiene de (12.7)
V A – 2 I B × R – 2,8V – I L × RL=0 (12.11)
I B=V A−2.8 V−I L× RL
2 R (12.12)
Y por lo tanto:
I L=I B × (HFEQ1+1 )× (HFEQ4+1 ) (12.13)
Figura 20 Malla superior puente H
De circular por la malla que se muestra en la figura 20
V A – I B× R – V BE Q 5 – V BE Q1+V CE Q1 – V dd=0 (12.14)
Despejando:
V CE Q1=V dd – V A+ I B × R+V BE Q5+V BE Q1 (12.15)
I B × R+V EB Q4+V EB Q8 – V EC Q8=0 (12.16)
Despejando:
V ECQ 8=I B × R+V EB Q4+V EB Q8 (12.17)
d. Esquemático
106
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 21. Esquemático puente H
En la figura 21 se observa el esquemático del puente H en discreto
para manipular el brazo electromecánico. Los pines IN A e IN B son los
encargados de definir el sentido de giro del motor DC que contiene el
brazo, mientras que los pines MOTOR A y MOTOR B son los que irán
conectados directamente al brazo electromecánico.
12.4.2 Selección de relé
Para encender el bombillo se utilizará un relé de 5 pines y que se
pueda controlar con lógica TTL, en la tabla 13 se muestran los posibles
relés a ser utilizados.
107
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Tabla 13. Selección de relésRequerimientos RLG2E-184P-5V
(MicroKip)RLG5V-2-5V
(MicroKip)RLAQE12112
Relé Estado Solido(MicroKip)
Vin 5V 4-12.5V 4-12V CC
Corriente rate 89.3 mA 41.7 mA 50 mA
Carga 120 VAC0.5 A
120 VAC0.5 A
75 A 250 VAC1A
El relé escogido de la tabla 13 es el RLG2E-184P-5V por estar al
alcance comercialmente y por cumplir con las especificaciones dadas en
los requerimientos, controlando el estado (encendido/apagado) de la
roseta para bombillo de hasta 120 Watts, que se encuentra conectada a
la red eléctrica convencional de 110V.
a. Diagrama de flujo del bloque
Figura 22. Diagrama Flujo Bloque Potencia
b. Esquemático relé
Este esquemático contiene los elementos para cumplir con la función
del bloque, la cual trata de controlar el estado on/off de un bombillo
108
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
conectado en una roseta convencional con alimentación de 110 VAC y
con una potencia de hasta 120 Watt.
El bit de control proviene del bloque microcontrolador, más
exactamente del pin RB4 del mismo, mediante el cual se manipula el
paso o no de la corriente posicionando un transistor BJT NPN en sus
estados de corte y saturación, ocasionando el paso o no de la corriente
que circula por la bobina del relé y que atrae las placas internas para
crear continuidad en el voltaje de 110 VAC, para de este modo encender
el bombillo como se observa en la figura 23.
Se ha ubicado un diodo de germanio entre los pines de la bobina del
relé para evitar devoluciones de corriente en el momento de su apagado
pudiendo ocasionar daños a los componentes del circuito.
109
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
V1VSINEVA=110FREQ=60
L1
Q22N3904
RL15V
R171k
D131N4148
Figura 23 Esquemático control bombillo
Una bobina como la del relay, tiene la característica de oponerse a los
cambios de corriente, cuando se alimenta y luego se le retira el voltaje,
la bobina trata de oponerse al hecho que la corriente se va a
interrumpir, para intentar que la corriente siga fluyendo, lo que hace es
que genera un voltaje con polaridad contraria, como la bobina se
alimenta de un transistor, ese voltaje de polaridad contraria, lo puede
dañar. Por eso se coloca un diodo en paralelo a la bobina y polarizado
inversamente, de esta manera cuando se genera el voltaje, el diodo
elimina este efecto.
110
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
c. Cálculos
Corriente Rate (Activacion) Relay:
IRATE ≈ 16mA
Impedancia Relay ≈ 312Ω
I C Q2(SAT )=VccRc
I CQ2 (SAT )=5V
312Ω
I CQ2 (SAT )=16mA
I BQ2SAT=5 mA
V ¿−V BE−I BQ2× R17=0
R17=(5V −0.7)(5 mA )
= 4.35mA
R17=860Ω≈ 1 kΩ
12.5 Bloque actuadores
12.5.1 Selección de brazo electromecánico de puerta
Tabla 14 Selección de Motor
Requerimientos Brazo Electromecánico
Rugged Duty ActuatorDC Motor Acme
Screw
Actuador linear para puertas abatibles
hidráulicosE502
Brazo para Puerta BATIENTE
Voltios 12 VDC 230 VAC 230 VAC
Carga 1000 lbs 2000 lbs 1.500 lbs
Longitud 202 a 236 mm 300 a 350 mm 214 a 277 mm
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Imagen
Precio $ 630.000 $ 1.200.000 $ 2.000.000
El brazo-Electromecánico que se escogió de la tabla 14, fue “Rugged
Duty Actuator DC Motor Acme Screw” por su bajo costo, su tamaño y
cumple los parámetros estipulados en el bloque de potencia del capítulo
requerimientos.
112
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a. Esquemático
PUERTA
Q32N3904
R6330
D4LED-YELLOW
Q162N3904
R3330
D16LED-RED
R25
1k
R26
1k
Puente HIn A
In B
Out A
Out B
Vcc +5 Vdd +12
Gnd
MOTOR12VREVS=200
Figura 24. Esquemático control puerta
sensor puerta open sensor puerta close
12
R201k
12
R211k
Figura 25. Fines de carrera puerta
113
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
b. Análisis
El brazo seleccionado para controlar la puerta de una habitación es un
booster de 12 V marca Warner. Este brazo en principio es un motor D.C.
de 12 V, acompañado de un tornillo sin fin de aproximadamente 8
pulgadas de largo. Para manipular dicho motor, el cual consume entre 5
y 6 Amperios de corriente, se diseño un circuito de puente H el cual esta
especificado en el bloque de potencia, las entradas A y B que
determinan el sentido de giro del motor, provienen del microcontrolador
a quien le corresponde manipular el estado de la puerta. Adicionalmente
están contemplados dos indicadores luminosos para informar del estado
de la puerta abierto/cerrado. Los transistores que se observan en la
figura 24, se incluyen en el diseño para trasladar el consumo de
corriente de los pines de salida del microcontrolador hacia la fuente del
circuito y así alargar la vida útil del mismo, los transistores NPN de unión
bipolar actúan en modo corte-saturación .y son activados por una
corriente de 5mA generada por el microcontrolador.
En la figura 25 se aprecian los dos fines de carrera necesarios para
controlar la parada de la puerta una vez a completado su
desplazamiento de apertura o cierre. Son fines de carrera estándar
normalmente abiertos.
c. Cálculos
I BSATQ 16=5 mA
V ¿−V BEQ 16−I BQ 16 × R26=0
114
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
R26=(5V −0.7)(5 mA )
= 4.35mA
R26=860Ω≈ 1 kΩ
I BSATQ 3=5 m A
V ¿−V BEQ 3−I BQ 3× R25=0
R25=(5V −0.7)(5 mA )
= 4.35mA
R25=860 Ω≈ 1 kΩ
V LED=1.6 V
Lumens= 100mcd a 10mA
V cc – V D4 – I × R6=0
R6=(5 – 1.6)10 mA
=340 Ω≈ 330Ω
V cc – V D16 – I × R3=0
R3=(5 – 1.6)10 mA
=340 Ω≈330 Ω
12.5.2 Selección de control remoto infrarrojo
Tabla 15 Selección de controlRequerimientos Control Universal
(Marmitek)Control Universal
(Kameleon URC-9960)Control Universal
(logitceh)
Voltaje Nivel TTL 1-9Vdc NDCompatible con la mayoría de Marcas
10 mts sin obstaculos
Compatibilidad Dispositivos
Compatible con la mayoría de
Marcas
Compatible con la mayoría de Marcas
Distancia 10 mts sin obstaculos
15 mts sin obstaculos
El control remoto que se escogió de la tabla 15 fue el control Universal
(Kameleon URC-9960) por su compatibilidad en todas las marcas, la
115
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
amplia distancia sin obstáculos y porque posee la totalidad de las
funciones a controlar, requeridas por el proyecto.
116
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
a. Requerimiento
Una interfaz de comunicación para el control por voz del televisor, en
sus funciones:
Encender
Apagar
Subir canal
Bajar canal
Subir volumen
Bajar volumen
Mute
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
b. Matriz de contactos
Figura 26 Esquemático matriz de contactos
c. Análisis
El manejo de las funciones del televisor se realiza partiendo de un
control remoto universal programable para cualquier marca de TV. A
éste control se le adaptan unas extensiones que permiten simular la
acción de oprimir cualquiera de sus botones, realizando uniones entre
los puntos correspondientes a cada función, en la matriz de contactos
del control remoto que se observa en la figura 26.
118
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
d. Circuito
Q102N3904
TV ON/OFF
Q112N3904
TV VOL UP
Q122N3904
TV VOL DN
Q132N3904
TV CH UP
Q142N3904
TV CH DN
Q152N3904
MUTE
R19
1k
R20
1kR21
1k R22
1kR23
1k
R24
1k
J1PIN
J2PIN
J3PIN
J4PIN
J5PIN
J6
PIN
J7
PIN
J8
PIN
J9
PIN
J10
PIN
J11PIN
J12PIN
Figura 27 Esquemático módulo televisor
El circuito de la figura 27 se encarga de realizar las uniones en la
matriz del control universal. Estas uniones son comandadas por el
microcontrolador y los transistores NPN en configuración
saturación/corte, a medida que el usuario lo requiere. Para llevar a cabo
estas funciones se definen las siguientes instrucciones en lenguaje
ensamblador para el microcontrolador, las cuales controlan la base del
transistor de saturación/corte.
#define TV_ON BSF PORTB,5 ;ESCRIBE UN 1 EN RB5
#define TV_ON_R BCF PORTB,5 ;ESCRIBE UN 0 EN RB5
#define TV_VOL_UP BSF PORTB,6 ;ESCRIBE UN 1 EN RB6
#define TV_VOL_UP_R BCF PORTB,6 ;ESCRIBE UN 0 EN RB6
#define TV_VOL_DOWN BSF PORTB,7 ;ESCRIBE UN 1 EN RB7
#define TV_VOL_DOWN_RBCF PORTB,7 ;ESCRIBE UN 0 EN RB7
#define TV_CH_UP BSF PORTA,0 ;ESCRIBE UN 1 EN RA0
#define TV_CH_UP_R BCF PORTA,0 ;ESCRIBE UN 0 EN RA0
#define TV_CH_DOWN BSF PORTA,1 ;ESCRIBE UN 1 EN RA1
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
#define TV_CH_DOWN_R BCF PORTA,1 ;ESCRIBE UN 0 EN RA1
#define TV_MUTE BSF PORTC,2 ;ESCRIBE UN 1 EN RC2
#define TV_MUTE_R BCF PORTC,2 ;ESCRIBE UN 0 EN RC2
e. Cálculos
I BSAT Q10,11,12,13,14,15=5mA
V ¿−V BE Q 10,11,12,13,14,15−I BQ 10,11,12,13,14,15
× R26=0
R19,20,21,22,23,24=(5 V −0.7)(5mA )
= 4.35 mA
R19,20,21,22,23,24=860Ω≈ 1 kΩ
12.5.3 Diagrama de flujo del bloque
Figura 28 Diagrama Flujo Bloque Actuador
120
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
12.6 Bloque sensor ventana
12.6.1 Selección de sensor ventana
Tabla 16. Selección de SensorRequerimientos Sensor Magnético
(PTPA0100)(celduc)
SensorMagnético
(PTB13702)(celduc)
Sensor Magnético
(PTPA0230)(celduc)
Tipo de Contacto 1NO 1NC 1NOPotencia Max 12 VA 3 VA 12 VACorriente Max Conmutación
0.5 A 0.25 A 0.5 A
Distancia cierre 12mm 14mm 30mmvalor 20000 35000 46000
El sensor elegido de la tabla 16 es el (PTPA0100) (celduc), por tener la
menor distancia de activación y conseguirse en el mercado fácilmente.
a. Esquemático
121
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
SW1SW-SPST Im
an
R1
1k
Sensor magnetico
Figura 29 Esquemático sensor magnético
b. Análisis
El sensor magnético que se utiliza en la ventana es en principio un
pulsador normalmente abierto el cual debe permanecer enviando un
cero lógico al microcontrolador, siempre que la ventana se encuentre
cerrada y un uno lógico en caso contrario. El pin de entrada al que se
conecta este sensor en el microcontrolador es el RA5.
122
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
12.6.2 Diagrama de flujo del bloque
Figura 30. Diagrama flujo Sensor
12.7 Bloque Alarma
12.7.1 selección de la bocina
Tabla 17. Selección de AlarmaRequerimientos Buzzer horn 12S4 Honeywell wave 2 Klaxon FP2CIntensidad 40 dB 105 dB. 120dBPotencia 5W 15W 85WAlimentación 12Vdc 110V 110V
La alarma seleccionada de la tabla 17 es el buzzer horn 12S4 por ser
de bajo consumo de potencia, representando un gran ahorro energético.
a. Esquemático
123
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
BOCINA
LS1
SPEAKER
RA7/OSC1/CLKIN16
RB0/INT6
RB1/RX/DT7
RB2/TX/CK8
RB3/CCP19
RB410
RB511
RB6/T1OSO/T1CKI12
RB7/T1OSI13
RA0/AN017
RA1/AN118
RA2/AN2/VREF1
RA3/AN3/CMP12
RA4/T0CKI/CMP23
RA6/OSC2/CLKOUT15
RA5/MCLR4
U5
PIC16F628A
Figura 31. Esquemático bocina
b. Análisis
La bocina seleccionada es una bocina de 12 V que emite su sonido por
medio de un piezoeléctrico que es excitado cuando existe una diferencia
de potencial entre sus terminales. Para simplificar el diseño de un
oscilador que generase una frecuencia para esta bocina se opta por
utilizar un pequeño controlador con oscilador interno y un programa en
MPASM que le proporciona un par de frecuencias para emitir cuando
corresponda, ver código fuente del programa en el anexo 15. El
124
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
controlador envía estas frecuencias siempre y cuando exista la señal
ordenadora en el pin de entrada RB0 como se puede observar en la
figura 31. Esta señal proviene en principio del sensor magnético ubicado
en la ventana de la habitación.
c. Calculos
Sound Pressure Level Buzzer
60 dB−80 dB ≈
Maxima Corriente de Salida en puerto I/O PIC16F873A
I OUT=25 mA
Figura 32. Piezo Electric Buzzer
125
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
12.7.2 Diagrama de flujo del bloque
Figura 33. Diagrama Flujo Alarma
12.8 Modulo central
12.8.1 Panel indicadores luminosos
a. Requerimientos
Led de testigo equipo encendido on/off (switch)
Led verde activado/desactivado monitoreo de ventana
Led amarillo de puerta en movimiento
Led verde de bombillo encendido/apagado
Led verde comando enviándose al TV
Led verde indicador de estado habilitado/deshabilitado para
reconocer comandos de voz
b. Esquemático
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Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
D3LED-GREEN
Q52N3904
R7330
D1LED-GREEN
Q62N3904
R8330
D5LED-GREEN
Q72N3904
R9330
D6LED-GREEN
Q82N3904
R10330
BOMBILLO ALARMA PUERTA TV
Q92N3904
R11330
WARNING
D15LED-GREEN
Q12N3904
R2330
ENABLE
D7LED-RED
R41k
R121k
R131k
R141k R15
1kR161k
Figura 34 Esquemático panel de indicadores
c. Análisis
El panel de indicadores luminosos del modulo central consta de 6 leds
medianos, ubicados en la cara frontal. Sirven para informar al usuario el
estado de cada uno de los actuadores, estos indicadores se
manipulan desde el microcontrolador por los siguientes pines:
Bombillo RC0
Alarma RA4
Puerta RA3
TV RC1
Enabled RC3
Estos bits conmutan el estado de los transistores NPN para permitir o
no el encendido de cada uno de los leds.
Cada uno de estos leds del panel frontal va acompañado de una
imagen representativa de su función.
127
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Bombillo
Alarma
Puerta
TV
d. Cálculos
I BSAT Q5,6,7,8,9,1=5mA
V ¿−V BE Q 5,6,7,8,9,1−I BQ 5,6,7,8,9,1
× R26=0
R4,12,14,15,16=(5 V−0.7)(5 mA )
= 4.35mA
R4,12,14,15,16=860 Ω≈ 1kΩ
V LED=1.6 V
Lumens= 100mcd a 10mA
V cc – V D – I × R=0
R7,8,9,10,11,2=(5V −0.7)(5mA )
=340 Ω≈ 330Ω
12.8.2 Conectores
a. Requerimientos
Entrada para alimentación del puente H que maneja el brazo para
la puerta
128
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Salidas para conectar al motor DC que controla la puerta
Conector para controlar estado encendido/apagado de un
bombillo
Entrada para el adaptador que alimenta el circuito digital
Conector DB25 Hembra para entrada de sensores y comunicación
con los módulos.
b. Panel de conectores
1 14 2 15 3 16 4 17 5 18 6 19 7 20 8 21 9 22 10 23 11 24 12 25 13
J1CONN-D25F
+ -
Motor IN Motor OUT
Bombillo
Power
Figura 35 Panel de conectores
c. Conector paralelo
Los pines de este conector db25 de la figura 35 se distribuyen así:
Led ubicado en la ventana: Pin 1= ánodo y Pin 2= cátodo
Sensor magnético ventana: Pines 3 y 4
Led rojo puerta: Pin 5= ánodo y Pin 6= cátodo
Fin de carrera exterior puerta: Pines 7 y 8
Led amarillo puerta: Pin 9= ánodo y Pin 10= cátodo
Fin de carrera interno puerta: Pines 11 y 12
Gnd comunicación serial: Pin 24
129
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Tx serial: Pin 25
12.9 Integración de los módulos
a. Requerimientos
Este proyecto va dirigido a usuarios con cuadraplejía y capacidad
de habla
Reconoce todo tipo de voz (adulto, niño, hombre y mujer)
Los dispositivos sobre los que va a actuar son los siguientes:
o Televisor
o Puerta
o Bombillo
o Alarma para ventana
b. Esquemático
Figura 36 Esquemático general
130
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
c. Análisis
En la figura 37 se observa la unión de todos lo módulos que
componen el sistema domótico. Puerta, TV, bombillo y sensor de
ventana, estos módulos convergen en uno solo y es el módulo de control
quien está representado por el microcontrolador por ser el componente
que toma las decisiones en el sistema.
Se muestran la recepción serial, el panel de indicadores luminosos de
la caja, los leds pertenecientes a los módulos de puerta y ventana y el
control de la bocina.
12.10 Diseño Industrial
En este apartado se explica todo lo referente al diseño industrial tanto
a nivel de software, hardware y el sitio físico de instalación.
12.10.1 Hardware
A nivel de hardware se diseñan los diferentes bloques en que se
divide este capítulo de diseño detallado, de acuerdo a lo estipulado por
la Asesora Industrial Rosario Veloza, en cada uno de los bloques
mencionados a continuación se desarrollo un plano en varios cortes.
a. Bloque sensor
En el diseño de este bloque se tuvo en cuenta la dimensión de su
circuito impreso y la cantidad de componentes en el mismo, también el
número de conectores que este contiene. Su conector es un RJ11 al cual
131
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
se le conecta un cable de dos pares de hilos, esta sujetado a la ventana
mediante el adhesivo con el que contaba el mismo sensor.
b. Bloque módulo central
Por ser este bloque uno de los más importantes, su diseño es crucial
en la consecución de este proyecto, la cual contiene la mayoría de los
componentes. Se diseño un circuito impreso con todas las
especificaciones dadas por la asesora industrial, en este impreso hay
que tener en cuenta todas sus líneas de cobre y su organización para el
tamaño de su respectiva caja. Se realizaron dos planos en las vistas
anterior, posterior y lateral; uno para la base y otro para la tapa del
mismo. A su vez en el plano frontal de la tapa se muestra la
organización de cada uno de los LEDs y switches, de izquierda a
derecha se tiene el led indicador para el estado (movimiento/detenido)
de la puerta, seguido por el led indicador del estado (monitoreo/no-
monitoreo) de la ventana, a continuación el led que muestra el estado
(encendido/apagado) del bombillo, seguido por el led que indica que se
está ejecutando un comando para el televisor.
La parte posterior nos muestra los diferentes conectores de los cuales
interconecta cada uno de los otros módulos (Conectores bipolares y
DB25).
c. Rótulos módulo central
132
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 37 Rótulo anterior
Figura 38 Rótulo posterior
d. Bloque bombillo
Este módulo no requiere ningún circuito impreso, solamente una
conexión desde el módulo central hasta el bombillo y su respectiva
canaleta según plano de la habitación referencia.
e. Bloque puerta
En este módulo su diseño consiste en la adecuación física del brazo-
electromecánico instalado entre el marco y la puerta, este es un booster
que pesa aproximadamente 8 kg, y necesita dos bases de soporte, la
primera para sostener el brazo de la pared y el marco de la puerta, es en
133
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
acero de 3mm de espesor, esta es atornillada con 4 pernos hexagonales
de acero de 3/8’’; la segunda es para la sujeción del brazo a la puerta,
es en acero de 2mm de espesor y atornillada con 4 pernos hexagonales
de ¼’’.
Cada una de las conexiones desde el módulo central hacia los demás
módulos se realizan a través de canaletas tipo 3x10mm, debidamente
instaladas en la habitación mediante adhesivo incorporado en la
canaleta. Según los planos de distribución en la planta física.
12.9.2 Software
La interfaz grafica se compone principalmente por una barra de nivel
de intensidad de volumen, unos botones simulando un control remoto
los cuales hacen cada uno de los comandos establecidos, en la parte
central de interfaz principal se aprecia el comando detectado por voz.
Esta interfaz contiene el logo de la universidad El Bosque. Ver figura 69.
En la interfaz existen tres vínculos: uno es el listado de todos los
comando posibles Ver figura 72, el otro vínculo es el acerca de, el cual
nos da una breve introducción de la aplicación Ver figura 71, y por
último el vínculo de ayuda Ver figura 70.
12.9.3 Planos distribucion de actuadores
En el plano planta (ver anexo 11) se presenta una vista de la planta
con las respectivas medidas, la ventana a ser utilizada es de dos alas
con apertura hacia fuera, la puerta de un ala con apertura hacia adentro.
134
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
También se denota la numeración para los siguientes cortes tales como
el corte A-A y el corte 1-1.
El plano detalles (ver anexo 11) muestra la vista superior de la
habitación, en esta cabe destacar la línea de acometida que sube de la
caja de distribución mediante un tubo de ¾’’ metálico galvanizado,
mediante línea punteada se denota el cableado del bombillo al switch
que lo controla y va por la parte superior. Se muestra la posición de los
elementos necesarios para el proyecto como el televisor, el computador,
el módulo central, la puerta con el respectivo brazo que la controla, el
sensor magnético en la ventana y la sirena al lado de la puerta,
mediante el símbolo se denotan las tomas de corriente y con
los interruptores; con el símbolo se muestra por donde
suben los cables para controlar la sirena, la puerta y el bombillo.
En el plano corte 1-1 (ver anexo 11) se muestra la puerta abierta, la
toma y el interruptor, así como el televisor y las medidas
correspondientes al corte.
En el plano corte A-A lateral fondo habitación (ver anexo 11) en el que
se aprecian las ventanas, el computador y demás medidas
correspondientes.
135
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
13. Implementación
13.1 Bloque módulo central
Para llevar a cabo la implementación del módulo central, se utilizó un
microcontrolador 16F873A, el cual se encarga de procesar los datos
provenientes del PC; fue necesario desarrollar un software en lenguaje
ensamblador que cumpliera la función de recibir bytes serialmente a
través del módulo USART, decodificar y tomar decisiones para
manipular los actuadores involucrados en el proyecto. Para conocer
detalladamente el código ensamblador del programa consultar el anexo
[12].
En la figura 36 se observa el microcontrolador y su interacción con los
demás componentes del proyecto, como puerta, bombillo, TV y ventana,
conformando a su vez el diagrama esquemático total del módulo central.
136
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 39. Diagrama circuito impreso final
Figura 40. Cara superior circuito impreso
137
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 41. Cara inferior circuito impreso
Figura 42 Mascara de componentes
138
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 43 Circuito impreso con componentes soldados
En la figura 43 se muestra el circuito impreso con sus componentes
soldados, este circuito está compuesto por dos capas de caminos, en su
capa superior están los componentes, en su capa inferior los caminos
restantes. Se realizó en fibra con recubrimiento antisolder y mascara de
componentes. En la tabla 18 se presenta el listado de componentes.
Figura 44 Implementación modulo central
139
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 45 Vista posterior modulo central
Tabla 18 Componentes utilizados 27 Resistencias
Cantidad Referencias Valores
10 R1-R3, R5-R11
330 1/4w +/-5%
17 R4, R12-R27
1k 1/4w +/-5%
4 Capacitores
Cantidad Referencias Valores
4 C1-C4 1u 16V
4 Circuitos integrados
Cantidad Referencias Valores
1 U1 PIC16F873A
1 U2 MAX232
1 U3 L298
1 U5 PIC16F628A
16 Transistores
Cantidad Referencias Valores
16 Q1-Q16 2N3904
10 Diodos
Cantidad Referencias Valores
140
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
6 D1-D3, D5, D6, D15
LED-GREEN
1 D4 LED-YELLOW
2 D7, D16 LED-RED
1 D13 1N4148
29 Miscelánea
Cantidad Referencias Valores
12 J1-J12 PIN
1 J13 Com
1 J14 NO
1 J15 PIN D1
1 J16 PIN D2
1 J17 PIN VDD
1 J18 s ventana
1 J19 s puerta close
1 J20 s puerta open
1 J21 s puerta ir
1 J22 GND
1 J23 VCC
1 J24 NC
1 LS1 SPEAKER
1 P1 COMPIM
1 RL2 TEXTELL-KBH-5V
1 SW1
1 X1 CRYSTAL
13.2 Bloque Micrófono
Según lo visto en el capitulo anterior el micrófono seleccionado es el
Motorola HS850, el cual se presenta en la figura 46.
141
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 46. Micrófono Motorola HS-850
Incluye Cargador AC 110V y un manual de instrucciones, los cuales se
ven en la figura 47.
Figura 47 Accesorios micrófono Motorola HS850
Para la instalación del micrófono se deben seguir los siguientes pasos,
que también se ilustran en la figura 48:
Configurar el equipo remoto, es decir el computador, explicado en
los manuales de usuario
El micrófono debe estar apagado
142
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Sostener el botón de encendido del micrófono por
aproximadamente 20 segundos hasta que la luz azul quede encendida
de manera permanente (sin oscilar), esto coloca el micrófono en modo
"pairing" o emparejamiento
Se debe abrir la tapa desplegable
Aceptar el micrófono en el computador
Figura 48. Diagrama de instalación Micrfono. Fuente,[46]
13.3 Actuador puerta
Como actuador para manipular el estado abierto/cerrado de una
puerta se utilizó un booster de 12v marca Warner mostrado en la figura
51, este es un brazo electromecánico de alto rendimiento el cual tiene la
capacidad de expandirse 8 pulgadas. Se han acoplado dos fines de
carrera, uno para indicar la apertura total y otro para indicar el estado
cerrado de la puerta, estos fines de carrera contienen un rodillo en su
contactó para evitar atascos o fricciones que podrían afectar el sistema.
Las medidas de este brazo electromecánico son:
Recogido 350mm
143
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Extendido 650mm
Peso 5Kg
Tiempo de extensión 4seg
Tiempo de contracción 4.2seg
Figura 49. Brazo electromecánico para puerta
La implementación de este actuador se realizó por medio de un
soporte de aluminio el cual se encarga de sujetar el brazo en forma
horizontal, con el cilindro expandible de frente a la puerta. Este soporte
se adhiere a la viga del marco de la puerta por medio de 4 tornillo-
chazos con ¼ pulgada de diámetro y 1 ½ pulgadas de largo. En la figura
50 y 51 se puede apreciar claramente la instalación de este soporte. La
conexión se realizó por medio de cable AWG 22 trazado mediante
canaleta.
144
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 50. Soporte en aluminio para actuador puerta
Figura 51. Actuador puerta anclado sobre pivote
La figura 51 muestra el brazo en su parte lateral anclado con un pivote
para la libertad de movimiento en su estado de apertura y cerrado.
145
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 52. Vista general actuador puerta
La figura 52 muestra una vista general del actuador para puerta en su
estado de máxima expansión.
La figura 53 detalla el otro extremo del booster anclado a la estructura
de la puerta, con cuatro tornillos, sobre una lámina cuadrada de
aluminio con medidas de 150mm en cada uno de sus lados. Cuenta con
un eje que atraviesa el actuador para poder tener libertad de
movimiento en el momento de la apertura o cierre de la puerta.
Figura 53. Anclaje a puerta de actuador
En la figura 54 se observa el actuador de la puerta en conjunto con los
leds indicadores de estado y los fines de carrera.
146
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 54 Conexiones actuador puerta
13.4 Bloque potencia
En la figura 55 se tiene el diseño de la etapa de potencia para
controlar el brazo electromecánico que controla la puerta.
147
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 55 Esquemático puente H
En la figura 56 se observa el diseño del circuito impreso para el puente
H encargado de proporcionar la potencia para accionar el actuador de la
puerta.
148
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 56 Cara superior puente H
En la figura 57 y 58 se aprecian la máscara de componentes y fotografía
del puente H implementado.
Figura 57 Mascara de componentes puente H
149
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 58 Puente H implementado
Tabla 19 Componentes utilizados 8 Transistores
Cantidad Referencias Valores
2 Q1, Q2 TIP 125
2 Q3, Q4 TIP 120
4 Q5, Q6, Q7, Q8
2N2222A
1 Capacitor
Cantidad Referencias Valores
1 C1 470uF 16V
8 Resistencias
Cantidad Referencias Valores
2 R1, R2 100 1/4w +/-5%
2 R3, R4 3.3k 1/4w +/-5%
2 R5, R6 10k 1/4w +/-5%
2 R7, R8 470 1/4w +/-5%
150
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Miscelanea
Cantidad Referencias Valores
2 J2, J3 Conector 2 pines
J2 y J3 - Conector de 2 pines (Opcional)
13.5 Bloque Sensor ventana
Este sensor magnético (ver fig.61) se instalo en el marco de la ventana
según planos anexo 11, sus conexiones hacia el módulo central se hacen
a través de una canaleta referenciadas en los planos. A continuación se
relacionan unas imágenes de este dispositivo instalado.
Figura 59. Sensor Magnético
En la figura 59 se observa la ubicación del sensor magnético sobre la
ventana y en la figura 60 se entrega una vista ampliada del mismo.
151
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 60 Sensor Magnético instalado en el marco de la ventana
Figura 61 Sensor magnético instalado en la ventana maximizado
13.6 Bloque PC
El adaptador escogido es el ES-388 el cual se presenta en la figura 62.
Este adaptador es necesario para poder recibir vía bluetooth los
comandos de voz provenientes del manos libres.
152
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 62. Adaptador USB-Bluetooth
13.7 Cableado
El cableado que va desde el módulo central hacia cada uno de los
actuadores, se realiza a través de canaletas instaladas con la siguiente
medida 250mm X 200mm. La distribución de la canaleta en la habitación
esta referenciada en los planos adjuntos en el Anexo[10]. La figura 63
muestra la canaleta utilizada para el cableado en toda la habitación.
Figura 63 Canaleta de plástico y accesorios
Las conexiones que van a utilizar canaletas son las siguientes:
Módulo Central – Actuador Puerta (Brazo Electromecánico)
153
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 64 Canaleta actuador para puerta
Módulo Central – Sensor Ventana
154
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 65 Canaleta sensor de ventana
155
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 66 Canaleta cableado actuadores y leds indicadores
Módulo Central – Bombillo
156
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 67 Canaleta bombillo
La ubicación de estas canaletas está referenciada en el plano ubicado
en el anexo 11.
157
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
13.8 Software reconocimiento de voz
El programa de reconocimiento de voz, fue desarrollado en Visual
Basic 6.0, utilizando el motor de reconocimiento de voz proporcionado
por la empresa Microsoft de manera gratuita en su versión de fonética
inglesa, para llevar a cabo este software fue necesario profundizar los
conocimientos en la programación orientada a objetos y el speech
aplication program interface (interfaz de programación para aplicaciones
de voz).
El programa está compuesto por cuatro ventanas y un formulario
padre donde están contenidos el resto de los mismos, el formulario
frmmain de la figura 68, es el principal puesto que es allí donde se
ejecuta la tarea de reconocimiento de comandos, cuenta con un medidor
de nivel de la señal del micrófono de entrada, para detectar cualquier
anomalía de inmediato con respecto a la adquisición y nivel de la señal
de voz. En la sección central del formulario se visualiza el ultimo
comando que ha sido reconocido, en el sector derecho de la ventana se
ha adicionado un acceso manual a todas las funciones del sistema para
facilitar la comprobación de este en caso de que una persona sin
discapacidades lo requiera, en la esquina inferior derecha se encuentra
el botón deshabilitar para detener el envío de comandos hacia el módulo
central, y el botón cerrar para detener por completo el programa, el
código fuente de este formulario se puede consultar en el anexo 11.
158
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 68. Interfaz Grafica. Programa Reconocimiento
Por medio del menú ayuda ubicado en la barra de menú superior es
posible acceder a las ventanas: cómo usar el programa, listado de
comandos y acerca de, en el formulario como usar, figura 69, se
encuentra una introducción rápida que informa a los nuevos usuarios
sobre la manipulación del software, la información básica que se
muestra es la siguiente “El programa inicia en modo LISTO PARA
COMANDO, lo que le permite que una vez abierto usted pueda comenzar
a dictar los comandos de voz descritos en la ventana LISTADO DE
COMANDOS (Ctrl + L), sin tener que hacer nada más. Si quiere que el
programa deje de reconocer comandos por algún tiempo, puede hacer
clic en el botón Deshabilitar y luego en Habilitar reiniciar el
reconocimiento de comandos. Además cuenta con una interfaz en
159
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
pantalla, para manipular manualmente en caso de ser necesario los
actuadores y funciones del sistema (en caso de presencia de un
acompañante sin discapacidad corporal). Para salir del programa haga
clic en Cerrar. La barra izquierda le informa sobre el nivel de su señal de
voz, en caso de no moverse la barra verifique que su micrófono esté
funcionando correctamente, y si quiere dirigirse al sitio web de la
Universidad el Bosque haga clic en el logo. Soporte técnico email:
[email protected]” para ver el código fuente de este formulario
consulte el anexo 11.
Figura 69. Interfaz de Ayuda Programa
En el formulario frmacercade, figura 70, se hace referencia a la versión
y objetivo del software, los elementos que se controlan a través de este
160
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
y la razón por la cual fue creado, esto se expresa en la ventana con la
siguiente leyenda “Domotic Voice Explorer 1.0 es un programa que
permite controlar luces, puertas, sensores en ventanas y televisores por
medio de la voz. Este programa se desarrolla como parte fundamental
del trabajo de grado realizado por los estudiantes de la Universidad El
Bosque, Bogotá - Colombia, Cesar Mauricio Perdomo Rozo y Javier
Bocanegra Palma, el cual se centra en el tema DOMOTICA y trata sobre
el control en el hogar para personas cuadrapléjicas. Este software
necesita una implementación a nivel de hardware para su correcto
desempeño y se comunica con su periférico por medio del puerto serial
del PC”. Para conocer el código fuente de este formulario diríjase al
anexo 11.
161
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 70. Interfaz Grafica "Acerca de"
El formulario frmlistado, es uno de los más importantes del menú de
ayuda, pues aquí se muestran todos los comandos que el programa
puede reconocer y su respectivo significado, en una etapa inicial para
cada nuevo usuario será una ventana a consultar obligatoriamente hasta
que se memoricen todos los comandos, los comandos y su descripción
se pueden observar en la figura 71, para conocer el código fuente de
este formulario diríjase al anexo 11.
162
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 71 Interfaz Grafica Lista de Comandos
14. Pruebas
14.1 Plan de pruebas
La tabla 20 contiene el esquema de pruebas a realizar al software de
reconocimiento de voz, actuador puerta, actuador bombillo, sensor de
ventana, control televisor, hardware módulo central e interacción de
todos los módulos.
14.2 Condiciones de prueba
Las condiciones tomadas en cuenta para la ejecución de las pruebas
anteriormente planteadas serán, temperatura ambiente (19ºC), estas se
ejecutarán en un lugar de trabajo tipo dormitorio, con personas que
simulan discapacidad y no con discapacitados reales:
163
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Tabla 20 Plan de pruebasNombre de la
Prueba
Objetivo Prueba Resultado Esperado
Prueba de
reconocimiento de
comandos de voz.
Testear el reconocimiento de los 16
comandos disponibles en el software
Se reconocen sin
esfuerzo el 100% de los
comandos disponibles.
Comunicación
serial entre pc y
microcontrolador
Verificar el comportamiento a nivel lógico y
físico de la comunicación entre los dos
dispositivos.
0% de bytes perdidos
Prueba sobre el
actuador para
puerta
Comprobar la acción de apertura y cierre de
la puerta, el consumo de corriente para esta
operación y la operación de los fines de
carrera.
Tiempo apertura/cierre: 6
s
Consumo de corriente: 5ª
Fines de carrera NO: 0v
Fines de carrera NC: 5v
Prueba sensor
ventana
Medición del cambio de estado de la señal
cuando la ventana se abre o cierra.
Ventana
abierta
5v
Ventana
cerrada
0v
Prueba control
televisor
Comprobar la ejecución de los comandos
(subir y bajar volumen, subir y bajar canal,
mute y on/off) sobre el televisor.
Obtener el mismo
comportamiento de la
ejecución de estos
comandos con un control
remoto manualmente.
Prueba actuador
bombillo
Comprobar el cambio de estado
encendido/apagado del bombillo por medio
de comando de voz
Light ON0 Bombillo
encendido
Light OFF: Bombillo
apagado
Prueba hardware
modulo central
Medición del consumo de corriente y
determinar si existe ruido eléctrico que afecte
el comportamiento del microcontrolador.
Corriente:2A
Ejecución ininterrumpida
del proceso del
microcontrolador.
Interacción de los
módulos
Comprobar el funcionamiento de todo el
sistema, desde el envío del comando de voz,
hasta la ejecución de las acciones.
Ejecución de las 16
ordenes contempladas
en el proyecto.
La ejecución de las pruebas seguirá el siguiente procedimiento.
164
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Conexión del dispositivo a la fuente de alimentación de 5 VDC
Accionamiento del interruptor de encendido
Medición del parámetro con el instrumento necesario
Comparación del resultado esperado con el resultado medido
En caso de no cumplir con el resultado esperado se harán los
ajustes necesarios para el cumplimiento de la prueba
El número de personas para ejecutar el procedimiento: 2 personas.
Tiempo promedio de duración por prueba: 15 min.
14.3 Pruebas software reconocimiento de voz
Los módulos de reconocimiento de voz y de comunicación serial fueron
desarrollados y probados por separado para tener la certeza del correcto
funcionamiento de cada etapa del software.
14.3.1 Comandos de voz
Para lograr le versión final del software de reconocimiento de voz fue
necesario probar una serie de comandos para cada acción, observando
diferencias en cuanto a la exactitud y facilidad de reconocimiento de
cada uno. La pronunciación de cada comando debe hacerse con la
fonética del idioma inglés, sin que sea necesario ser bilingüe para el
caso de las personas de habla hispana, solo con un poco de práctica se
hace posible el uso de este software. Los comandos definitivos se
observan en la tabla 21.
Tabla 21 Prueba de comandos de vozComandode Prueba
Esperado Resultado Equipo Personas Tiempo ¿Cumplió?
Tv on Encendido Encendido Micrófono 2 1 min. SI
165
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
bluetooth, adaptador bluetotth, PC
Tv off Apagado Apagado Micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min. SI
Tv next Subir canal
Subir canal
Micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min SI
Tv back Bajar canal
Bajar canal Micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min SI
Vol up Subir volumen
Subir volumen
Micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min SI
Vol down Bajar volumen
Bajar volumen
Micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min SI
Tv mute Silenciar Silenciar Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
Light on Encender bombillo
Encender bombillo
Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
Light off Apaga bombillo
Apaga bombillo
Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
Door open Apertura puerta
Apertura puerta
Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
Door close Apertura puerta
Apertura puerta
Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
Watch window
Monitorea ventana
Monitorea ventana
Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
Window off
Apaga alarma
Apaga alarma
Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
Help me Ayuda Ayuda 2 1 min SIEnable Habilitar
reconocimiento
Habilitar reconocimi
ento
Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
Disable Deshabilitar
reconocimiento
Deshabilitar
reconocimiento
Micrófono bluetooth, PC
2 1 min SI
14.3.2 Comunicación serial
Es necesario realizar pruebas en la comunicación serial hacia el
módulo central, estas se ejecutan programando el envío de bytes
166
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
predefinidos por los desarrolladores, estableciendo la configuración del
puerto RS232 con una velocidad de 9600 baudios, sin bit de parada, tal
y como fue programado el módulo central para que la comunicación
fuera exitosa.
Tabla 22 Prueba de comunicación serialCaso de Prueba
Esperado Resultado Equipo Personas
Tiempo ¿Cumplió?
Envió desde el pc de bytes entre 00H y 0FH
Variaciones de estado en los puertos
A, B y C0% bytes perdidos
Variaciones de estado en los puertos
A, B y C0% bytes perdidos
PC, cable serial,
modulo central
2 5 min. SI
14.4 Prueba sobre el actuador para puerta
Tabla 23 Prueba de actuador para puertaCaso de Prueba
Esperado Resultado Equipo Personas
Tiempo ¿Cumplió?
Accionar mecanismo de apertura y cierre de puerta
Corriente Max: 5A
Tiempo de apertura/cier
re: 6 s
Corriente Max: 3.2 ATiempo de
apertura/cierre: 30 s
Booster, Puerta, batería 12V 7A
2 5 min. NO
Según el resultado obtenido en la prueba de la tabla 23, no se
cumplen las condiciones de corriente ni tiempo, es por esto que se
realizan ajustes en la etapa de potencia que influyen con éste actuador,
estos ajustes consisten en realizar un cambio desde el diseño detallado
en cuanto a la selección del puente H, a continuación se muestra la
prueba luego del ajuste.
167
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Tabla 24 Prueba de actuador para puerta con rediseño de puente HCaso de Prueba
Esperado Resultado Equipo Personas
Tiempo ¿Cumplió?
Accionar mecanismo de apertura y cierre de puerta
Corriente Max: 5A
Tiempo de apertura/cier
re: 6 s
Corriente Max: 5.2 ATiempo de
apertura/cierre: 4.8 s
Booster, Puerta, batería 12V 7A
2 5 min. SI
14.5 Prueba sobre el sensor de ventana
Este sensor ha sido probado en repetidas ocasiones con el fin de
garantizar el cambio de estado en la entrada del microcontrolador
cuando la ventana se encuentra en sus estados abierto/cerrado,
emitiendo un cero lógico cuando la misma está cerrada y un uno lógico
cuando está abierta. La distancia máxima antes de ser activado el
estado de apertura es de un centímetro, lo que evita que se active la
alarma en ocasiones equivocadas como tormentas, o vibraciones a
casusa de fuertes vientos.
Tabla 25 Prueba sensor ventanaCaso de Prueba
Esperado Resultado Equipo Personas
Tiempo ¿Cumplió?
Prueba
sensor
ventana
Ventana
abierta
5v
Ventana
cerrada
0v
Ventana
abierta
4.93V
Ventana
cerrada
0.11V
Booster, Puerta, batería 12V 7A
2 5 min. SI
14.6 Prueba control televisor
Para poder controlar el televisor en sus funciones de adelantar y
retroceder canal, subir y bajar volumen, mute y encendido/apagado fue
necesario modificar un control remoto universal, influyendo
directamente en la matriz de contactos y realizando la simulación de la
168
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
presión en cada botón por medio de transistores, configurados como
corte y saturación, las pruebas realizadas fueron inicialmente con leds
simuladores de cada acción puestos en un protoboard wish 108 junto
con el microcontrolador decodificador de las acciones, seguidamente se
cambiaron los leds por los pares de cables que correspondían a la
determinada función a controlar, directamente con el control remoto.
Una vez la respuesta fue exitosa para cada etapa, se prosiguió a acoplar
este control remoto universal al circuito impreso diseñado para el
módulo central, esta última etapa de pruebas culmino con la correcta
respuesta de todas las funciones del televisor en repetidas ocasiones. El
tiempo necesario para realizar la prueba de cada comando de voz se
estipula en la tabla 26.
Tabla 26 Prueba de control televisorCaso de Prueba
Esperado Resultado Equipo Personas
Tiempo
¿Cumplió?
Tv on Encendido Encendido TV, micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min. SI
Tv off Apagado Apagado TV, micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min. SI
Tv next Subir 1 canal Subir 1 canal TV, micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min SI
Tv back Bajar 1 canal Bajar 1 canal TV, micrófono bluetooth,
2 1 min SI
169
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
adaptador bluetotth, PC
Vol up Subir volumen Subir volumen TV, micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min SI
Vol down
Bajar volumen Bajar volumen TV, micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min SI
Tv mute Silenciar Silenciar TV, micrófono bluetooth, adaptador bluetotth, PC
2 1 min SI
14.7 Prueba actuador bombillo
Se comprobó en repetidas ocasiones el funcionamiento del sistema de
conmutación para el bombillo manipulado por medio de voz, este
consiste en un relé con una inductancia accionada con 5v. Las pruebas
fueron realizadas con un bombillo de 60watts, manteniéndolo encendido
por dos horas para testear las condiciones térmicas del sub circuito.
Tabla 27 Prueba actuador bombilloCaso de Prueba
Esperado Resultado Equipo Personas
Tiempo ¿Cumplió?
Relé Conmutación de
relé
abierto/cerrado
Conmutación de
relé
abierto/cerrado
Roseta, bombillo 60Watt,
PC, módulo central
2 2 h. SI
170
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
14.8 Prueba hardware modulo central
El microcontrolador utilizado fue el 16f873a, aquí se realizan las
funciones de recepción serial, decodificación de comandos, envió de
órdenes a los actuadores y monitoreo del estado de la alarma. Las
pruebas realizadas inicialmente fueron, verificar la funcionalidad de cada
uno de los puertos de entrada/salida como puerto A, puerto B y puerto
C, por medio de un programa que exportaba datos a través de los
mismos y otro que importaba datos. A continuación se realizaron
pruebas al módulo de recepción serial asíncrona, para estas pruebas
fue necesario interactuar con la etapa de pruebas de comunicación
serial realizada para el programa de reconocimiento de voz, el cual se
ejecuta mediante un PC con las características mínimas descritas en el
capítulo de requerimientos.
Tabla 28 Prueba actuador bombillo
Caso de Prueba
Esperado Resultado Equipo Personas
Tiempo ¿Cumplió?
Microcontrol
ador
Corriente por
cada pin
I/O:25mA
Programa
grabado sin
bugs
Corriente por
cada pin
I/O:23mA
Programa
grabado sin
bugs
Módulo central,
multimetro
2 5 min. SI
Consumo Corriente: 2A
Voltaje: 5V
Corriente:
1.87A
Voltaje: 4.97V
Módulo central,
multimetro
2 5 min. SI
171
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
14.9 Integración de módulos software y hardware
Luego de haber probado cada componente por separado se prosigue
con la unión de los módulos que conforman la estación concentradora de
actividades entre los que se encuentran los sub-circuitos de actuador
para TV, sensor de seguridad de ventana, actuador para puerta y
actuador para manipular bombillo. De igual manera las funciones de
comunicación serial y reconocimiento de voz del software se acoplaron
para interactuar con el módulo central y poder probar el sistema desde
la captura de la señal de voz hasta la ejecución de la orden por medio
del respectivo actuador. Por medio del micrófono bluetooth se dictaron
la totalidad de los comandos predefinidos para que sean reconocidos,
obteniendo como resultado, un 95% de exactitud en cada uno de los
comandos dictados y la ejecución de cada unas de las órdenes
correspondientes. Los resultados se presentan en la tabla 29.
Tabla 29 Pruebas de integración
Prueba módulo Que se esperaba Que se obtuvo Observaciones
Reconocimiento de
Voz
Se esperaba más facilidad para entender cualquier frase pronunciada
Se realizaron varias pruebas con diferentes comandos. y el reconocimiento se logró según lo planeado.
Comandos en Ingles de pronunciación estricta
Controlador Conectividad hacia el PC, manejo de actuadores.
Se obtuvo la completa sincronización entre el PC y el control de los Dispositivos actuadores.
No se encontraron problemas.
Comunicación serial Conexión entre PC y computador con las especificaciones dadas
Se obtuvo la comunicación esperada según los requerimientos especiales.
No generaron problemas de comunicación.
Bombillo El estado ON/OFF de Se obtuvo los dos No se
172
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
este dispositivo. estados necesarios ON/OFF
encontraron problemas.
Micrófono Se esperaba una comunicación limpia y sin distorsiones
Se obtuvo la una comunicación inalámbrica y limpia.
La sincronización del micrófono Bluetooth con el PC presenta algunos inconvenientes.
Actuador TV Control de cualquier opción del Televisor.
Se obtuvo el control de todas las opciones del TV.
Presento inconvenientes la modificación del Control Universal
Actuador Puerta Control de apertura/Cerrado en la puerta
Se obtuvo el control de la puerta y se realizo modificaciones sobre la chapa y su estructura
La instalación de este dispositivo genero retrasos en la implementación (Alta complejidad)
Sensor Ventana Detección del estado de la ventana (cerrado/abierta)
Se obtuvo la información de los estados (cerrado/abierto), sin errores de precisión.
Este sensor no presentó problemas en su implementación e instalación.
15. Manuales
Este manual se divide en cuatro segmentos:
Lista de componentes
Instalación
Operación
Especificaciones
15.1 Lista de componentes
Módulo central
Computador (Desktop o Portátil)
CD Software reconocimiento de voz y drivers
Adaptador USB-serial
173
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Adaptador USB-Bluetooth
Manos libres Bluetooth
Adaptador de corriente (5V – 2.5A)
Brazo electro-mecánico (Booster 12 Voltios)
Sensor magnético.
Bombillo
Módulo de potencia
Cable UTP
Cable de poder #12
15.2 Instalación
En la instalación se debe tener en cuenta varios aspectos, la ubicación
correcta de los componentes, los requerimientos mínimos del sistema y
el manejo adecuado de sus conectores.
15.2.1 Instalación módulo central
En primer lugar se debe instalar el módulo central en un sitio cercano
al computador y con una trayectoria lineal al Televisor esto para efecto
de la transmisión IF. Este se debe alimentar con un adaptador de
corriente de 5 Voltios a 2.5 Amperios. A este módulo central van
conectados los demás periféricos a través del conector db25 ubicado en
la parte posterior, estos se conectan tras la previa instalación de cada
uno de ellos, ver figura 75. Este módulo en su parte posterior indica
cada uno de sus conectores:
Conexión de poder para el brazo
174
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Conexión de Datos hacia el brazo
Conexión Sensor Ventana
Conexión Bombillo
Conexión de Alimentación
Estas conexiones de datos se recomiendan hacerse de una manera
estructurada y distribuida con canaleta, ver figura 72.
Figura 72 Conexiones con canaleta
175
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 73 Conectores modulo central (Alimentación, DB-25,Boton Reset)
15.2.2 Instalación del sensor de seguridad ventana
Consta de dos imanes que hacen el contacto cuando la ventana esta
en el estado de cerrada, muy cerca de la ventana se conecta el módulo
de sensor el cual tiene su conector en la parte posterior de este y a
través de un cable UTP va conectado al módulo central, ver figura 74.
Figura 74 Instalación sensor ventana
176
Conector AlimentacionModulo Central
Boton de reset Conector DB-25
(Sensor Ventana, LEDS Ventana Puerta)
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
15.2.3 Instalación brazo electro-mecánico puerta
Para esta instalación se debe contar con una base de soporte para
este actuador ubicado en un ángulo correcto para su buen desempeño,
ver figura 75. En los dos extremos del booster se debe conectar un pin
de ajuste para que el sinfín de este motor opere correctamente. Luego
de haber ubicado correctamente el actuador se hace la conexión hacia
el modulo central con el correspondiente conector de acuerdo la figura
76. Por último se conecta la alimentación de 12 Voltios de acuerdo como
se muestra en la figura 77.
Figura 75 Soporte para el brazo electro-mecánico
177
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 76 Instalación brazo electro-mecánico
Figura 77 Conectores Brazo-Electromecánico, Brazo-Electromecánico, Bombillo
15.2.4 Instalación conexión bombillo
En esta conexión se requiere la modificación en la acometida eléctrica
hacia el bombillo y su previa instalación del cable mediante canaleta.
Esta conexión va directamente entre la acometida del bombillo y su
178
Alimentacion Brazo-Electromecanico
Terminales Brazo-
Electromecanico
Conector Bombillo
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
correspondiente conector en la parte posterior del módulo central,
mediante el cable eléctrico #10. Ver figura 78,79.
Figura 78 Conexión bombillo
En la figura 79 se ilustra el modulo central con la totalidad de sus
actuadores conectados a sus respectivos conectores
Figura 79 Modulo Central con conectores
179
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 80 Modulo Central – Indicadores
La figura 80 ilustra cada uno de los indicadores luminosos del modulo
central:
1. Enable, LED Verde
2. Control infrarrojo
3. Puerta, Amarillo.
4. TV, Verde
5. Bombillo, Verde
6. Alarma ventana, Verde
7. On-Off, Rojo
15.2.5 Instalación computador
Ésta instalación se divide en dos partes software (reconocimiento e
interfaz) y Hardware:
a. Hardware
Cable Conexión Serial-USB, para la conexión de este cable se debe
instalar primero los drivers del fabricante de este convertidor, estos
180
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
drivers se encuentran en la ruta Cd Domotica\Drivers\Cable USB Serial\
Driver_TU-S9_v2021_2k_xp_2003 del CD que viene con el prototipo y
seguir las instrucciones como se muestra en las figuras 81-83. El
extremo USB se conecta a un puerto USB del computador y el otro
extremo a la parte posterior del módulo central en su conector serial DB-
9, como se indica en la figura 84.
Figura 81 Instalación cable USB serial 1
181
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 82 Instalación cable USB serial 2
Figura 83 Instalación cable USB serial 3
182
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 84. Cable Conexión PC-Modulo Central
b. Instalación Bluetooth
Primero se debe tener en cuenta el manos libres Bluetooth con el cual
se va a trabajar, este previamente debe tener sus baterías cargadas,
para la instalación del micrófono se deben seguir los siguientes pasos:
El micrófono debe estar apagado
Sostener el botón de encendido del micrófono por
aproximadamente 20 segundos hasta que la luz azul quede
encendida de manera permanente (sin oscilar), esto coloca el
micrófono en modo "pairing" o emparejamiento
Se debe abrir la tapa desplegable, ver figuras 85 y 86
Aceptar el micrófono en el computador
183
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 85 Diagrama de instalación micrfono
Figura 86 Adaptador USB-Bluetooth
En segundo lugar se instala el software del adaptador USB-Bluetooth,
figura 87, para su posterior sincronización. La prueba de este artefacto
puede realizarse con la grabadora de sonidos de Windows, si sale
satisfactoria ha instalado correctamente el dispositivo.
184
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 87 Adaptador USB-Bluetooth
c. Software
Contiene dos drivers y un archivo ejecutable, cada uno de ellos con su
asistente de instalación correspondiente, se instalan en el orden
indicado aquí. Al final el paquete contiene un archivo ejecutable el cual
es la consola de operación del programa.
Figura 88 Archivos. Programa Reconocimiento
d. Instalación uno, Engine o motor de reconocimiento
Este paso instala el motor de reconocimiento de voz en la maquina, el
archivo instalador se encuentra con el siguiente nombre,
ctcnc_ENGINE_SPEECH_RECOGNITION.exe, hacer doble clic y seguir las
instrucciones de instalación. Figuras 89-91.
185
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 89 Instalación engine 1
Figura 90 Instalación engine 2
Figura 91 Instalación Engine 3
186
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
e. Instalación dos, SAPI de reconocimiento:
Este instalador nos permite interactuar con el motor de
reconocimiento y la interfaz de operación. El nombre del instalador es
spchapi_SAPI4.exe, ver figura 90.
Figura 92 Instalación SAPI
f. Ejecutable uno, Interfaz de Operación
Es la interfaz de reconocimiento de voz elaborada para la
manipulación por medio de comandos, los dispositivos concernientes a
este proyecto. Este se ejecuta por medio del archivo ejecutable
DomoticVoiceExplorerV1.0.exe ubicado en la ruta \Cd Domotica\
Software\Domotic Voice Explorer1_0.exe del cd entregado con el
prototipo.
15.3 Operación
En primera medida se ejecuta el programa
DomoticVoiceExplorerV1.0.exe
187
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 93 Interfaz reconocimiento de voz
Se hacen las pruebas correspondientes con el dispositivo bluetooth
para comprobar que este sincronizado con el programa, esto se
comprueba en la barra lateral y mide la intensidad de la señal de voz,
ver figura 93. A partir de esta prueba, el micrófono bluetooth del usuario
entrara en sincronización con el programa. Cualquier comando dicho por
el usuario (persona cuadrapléjica) el programa lo interpretara de
acuerdo a la lista de la figura 94.
188
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Figura 94 Listado de Comandos
El comando de voz está relacionado a mano derecha de la lista
anterior.
Además del reconocimiento de los comandos de voz, están las
opciones de cada uno de los comandos de forma manual, haciendo clic
en cada uno de los botones en la parte derecha de la interfaz principal.
El programa tiene acceso una ayuda rápida, que proporciona una
manera fácil y entendible de manejar la interfaz.
Cuando el usuario activa la opción de monitoreo de ventana, el led
testigo de color verde ubicado en la misma se encenderá y en caso de
que esta se abra una alarma se encenderá. Para detener esta señal
sonora basta con pronunciar el comando window off, el cual cumple
189
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
además con la función de detener la supervisión del estado de la
ventana.
Los comandos enable y disable cumplen con la función de iniciar y
detener la comunicación serial entre el PC y el módulo central, con el fin
de poder mantener una conversación sin la incomodidad de que se
reconozcan y ejecuten comandos sin intención.
El comando help me emite una señal audible durante 2 segundos para
casos de emergencia en los que el usuario lo requiera.
La figura 95 hace referencia a la ventana como usar el programa,
accesible desde el menú superior ayuda, como usar el programa.
Figura 95 Como usar el programa
15.4 Especificaciones
Tabla 30 Especificaciones del sistema domótico
Características
Elementos controlados 4 (Televisor, puerta, bombillo,
sensor ventana)
Numero de comandos de voz 16
Software de reconocimiento de voz Visual Basic 6.0
Software modulo central MPASM
190
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Alimentación 5 V
Corriente modulo central 2ª
Corriente brazo electromecánico 5ª
Peso brazo electromecánico 6 kg
Dimensiones modulo central 18cmx20cmx10cm
Peso modulo central 700 g.
16. Resultados
En el momento de realizar las pruebas a la etapa de potencia del brazo
electromecánico, se encontró que éste requería de una mayor potencia
que la prevista, ya que en el movimiento de la puerta se generó un
incremento hasta 5A de corriente a la estimada que era de 3A, causado
por la fricción contra la superficie. Es por esta razón que se cambió el
encapsulado L298 por un puente H en discreto que estuviera en
condiciones de suplir el incremento de corriente inicial para poner en
movimiento la puerta.
Al realizar cualquier acción con el control remoto universal, se originó
un problema con la frecuencia de conmutación de los switches ON/OFF
en la matriz de contactos y como consecuencia la función accionada se
mantenía en un tiempo mayor al deseado, este requería una
conmutación a cierta frecuencia libre de ruido, para esto se instalaron
los filtros necesarios para la cancelación de ruido y los cálculos
necesarios para ajustarle la frecuencia correcta.
En las pruebas realizadas posteriores a la instalación de los
componentes, algunos ruidos se filtraban a través de todo el circuito
191
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
impreso, esto es debido a la utilización de una fuente de voltaje no
regulada, por esta razón se realizó el cambio a una fuente de voltaje
regulada y se adicionaron los filtros adecuados.
Se logró implementar una interfaz amigable y fácil de usar para
proporcionar un reconocimiento de voz y reconocer cada uno de sus
comandos configurados.
Luego de un ciclo de pruebas, se encontró que la vida útil de los fines
de carrera que se encargan de controlar los estados de apertura y cierre
de la puerta, se disminuye considerablemente a causa del fuerte choque
que recibe por parte del brazo electromecánico, para esto fue necesario
instalar fines de carrera más robustos y así evitar el envió de falsos
datos en el módulo central.
La financiación económica fue una dificultad y también causante de
otros detalles que pueden ser adicionados en futuras implementaciones,
por ejemplo la utilización de una biblioteca de reconocimiento de voz
que use la fonética del español, ya que ésta tiene un costo que oscila
entre 5 y 6 millones de pesos.
17. Discusión
Se cumplieron a cabalidad los objetivos propuestos, superando cada
unos de los inconvenientes que se presentaron a lo largo de la
consecución de este proyecto.
Los resultados inicialmente no fueron muy precisos de acuerdo a lo
que se esperaba, es por esto que en el proyecto fue necesario encontrar
192
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
alternativas de diseño y ser ingeniosos en el planteo de soluciones a las
adversidades conseguidas, como fue el caso de los dispositivos que
controlan la puerta y el televisor los cuales tenían mayor dificultad
dentro del proyecto.
A partir de los resultados obtenidos, se debería continuar investigando
en el área de la domótica y aplicando nuevas tecnologías y estándares
para adicionar nuevos dispositivos a controlar ya sea con un propósito
de ahorro energético, confort o como es el caso de aplicación este
proyecto dirigido a mejorar la calidad de vida de las personas con 4 o
más discapacidades.
Se recomienda el uso de un motor de reconocimiento de voz en
español, para futuras implementaciones ya sean versiones comerciales
o versiones libres, también escalar el proyecto a más lugares de la
vivienda y así ir consiguiendo una mayor cobertura hasta lograr en su
totalidad un hogar inteligente.
Sería óptimo a partir de este trabajo de grado y con el interés común
de profesores y estudiantes, crear un grupo de investigación sobre
domótica y facilitar un espacio de trabajo donde proyectos escalables
puedan converger en uno solo.
Este proyecto fue realizado teniendo en cuenta que en el amplio
campo de la domótica, la mayoría de los trabajos realizados están
dirigidos a suplir tareas comunes y a proporcionar confort a los niveles
más altos de la sociedad. Por esta razón se ha orientado enfáticamente
193
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
a la población con 4 o más discapacidades y con un distintivo notable,
como es la interacción únicamente por medio de comandos de voz,
característica no encontrada en los dispositivos comerciales ya
desarrollados.
Se debe tener en cuenta el tiempo habilitado para la investigación y
desarrollo de todas las fases del proyecto para no sobredimensionar los
alcances del mismo e incurrir en sobrecargas de esfuerzos, tiempo y
dinero.
18. Conclusiones
La población con cuatro o más discapacidades encuentran en este
proyecto un nivel de independencia para poder suplir algunas de las
tareas básicas, sin necesitar de otra persona.
Se implementó el control de las tareas más comunes que a diario una
persona realiza en su habitación, tales como el funcionamiento básico
de un televisor, el encendido y apagado de un bombillo, la apertura y
cierre de la puerta de la habitación y el monitoreo del estado de una
ventana abierto o cerrado.
El reconocimiento de los comandos de voz se realizó por medio de una
interfaz de reconocimiento de voz, desarrollada en el entorno de
programación Visual Studio, y cuenta con señales auditivas que le
facilitan al usuario conocer el estado de la aplicación.
194
Cesar Perdomo, Javier Bocanegra PI-280
Para facilitar la instalación del sistema de control, se han redactado los
respectivos manuales de instalación, operación y mantenimiento,
proporcionando una ayuda de iniciación y adaptación.
El usuario final de este prototipo sólo necesita conocer los comandos
que representan cada orden en el sistema, siendo éstos un número muy
reducido e incluidos en la ayuda del software y en los manuales.
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20. Anexos
Anexo 1, Protocolo CEBUS
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Anexo 2, European installation BUS
Anexo 3, KONNEX
Anexo 4, Protocolo X 10
Anexo 5, Protocolo ZIGBEE
Anexo 6, BATIBUS
Anexo 7, LONWORKS
Anexo 8, Eurpean Home System
Anexo 9, Protocolo UPnP
Anexo 10, Código de software
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ANEXO 11
PLANOS PLANTA
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