RECEPTOR PARA PROTOCOLO X10 POR RADIOFRECUENCIA Autor: Baselga Cervera, Cristina. Directores: Muñoz Frías, José Daniel. Pallarés Castillo, Guillermo. Entidad Colaboradora: ICAI - Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO

La automatización de viviendas es un área de investigación tecnológica que tiene cada vez mayor implantación en el mercado. Dado su rápido avance y desarrollo, se crean constantemente nuevas aplicaciones que tratan de mejorar los productos existentes. La domótica y los sistemas automatizados plantean muchas aplicaciones dedicadas a facilitar la vida de personas discapacitadas o de la tercera edad. Asimismo, ofrecen una serie de comodidades para la vida cotidiana, accesibles a todo el que desee modernizarse o mejorar su calidad de vida. Por otro lado, el control automático de dispositivos eléctricos y electrónicos se presenta como una aplicación muy útil en seguridad del hogar y en la gestión de ahorro de energía en las viviendas. Dada la multitud de sistemas y opciones de diseño posibles en el campo de la domótica, no existe un estándar único. Por tanto, resulta de gran utilidad el estudio de las alternativas existentes para poder elegir un sistema que se adapte a las necesidades o requerimientos de cada usuario de la manera más eficiente posible. El objetivo fundamental de este proyecto es el desarrollo de un equipo de control básico para una vivienda que permita proporcionar una visión global de conjunto de la metodología de desarrollo para la creación de este tipo de sistemas. Se debe analizar la topología interna de estos sistemas y elegir un estándar concreto que cumpla determinados requisitos de diseño y funcionalidad. Además, se pretende buscar solución a los problemas comunes de implementación de sistemas y dispositivos que se encuentran actualmente en el mercado. En base a estas premisas, tras analizar las posibilidades existentes dando prioridad a la viabilidad económica y a las características de flexibilidad y robustez, se ha decidido utilizar el protocolo X10 para el diseño de comunicaciones. Se trata de un estándar libre con multitud de opciones de diseño y una posición competitiva en el mercado. Se ha elegido utilizar el medio inalámbrico para conseguir módulos

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independientes de cableado y fácilmente transportables. El sistema ha de cumplir las especificaciones de ser descentralizado, económico y lo más robusto posible. El sistema diseñado está compuesto por dos módulos, emisor y receptor, capaces de interactuar entre ellos por medio de radiofrecuencia. Los dispositivos están controlados por la lógica implantada en dos microcontroladores de altas prestaciones que gestionan una serie de módulos. Se hace uso de PWM para envío de la señal característica del protocolo X10, utilizando I/O digitales, así como el modo “input capture” para su recepción y posterior interpretación. La alimentación se realiza por medio de pilas de 9V, adaptadas por medio de reguladores, lo que aporta la característica de facilidad de transporte de los módulos. La comunicación se lleva a cabo por radiofrecuencia en la banda de libre utilización de 433Mhz gracias a dos transceptores y las antenas PCB que los acompañan. Las antenas creadas constan una placa de masa y una bobina que hace posible utilizar una menor longitud de cable para la comunicación a la frecuencia deseada.

Figura 1 : Módulos receptor y emisor montados

Dados los problemas de fiabilidad característicos del sistema X10, se ha incluido una aportación que mejora dichos problemas, aplicando un control en lazo cerrado al sistema. Esto se ha conseguido implantando la comunicación bidireccional en el sistema para el envío de confirmación tras recibir una orden. De esta manera se consigue un control más ajustado y se mejora la fiabilidad del sistema X10. Por otro lado, se ha creado paralelamente un protocolo para comunicar el sistema vía puerto serie con una plataforma de usuario tipo SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition). Esta aplicación fue creada en otro proyecto con el - II -

objetivo de establecer una interfaz accesible e intuitiva entre usuario y equipo. Se utiliza el módulo de comunicaciones serie del microcontrolador, adaptando la señal con una etapa adicional de hardware en el módulo de recepción, que permita el control de luces desde cualquier ordenador conectado a red y obtenga información en tiempo real del estado de los dispositivos controlados.

Figura 2 : Esquema de comunicaciones definido

La finalidad última de este equipo es el control de un actuador, en este caso una luz, a través de un sensor, en este caso un pulsador, creando una lógica que ofrezca la posibilidad de fácil adaptación de nuevos dispositivos a controlar. Los resultados obtenidos en este proyecto cumplen todos los objetivos marcados demostrando la validez del diseño realizado dentro de los límites tecnológicos determinados por factores ajenos al proyecto. La implantación del sistema en circuito impreso y la utilización de instrumentos de mayor precisión aportarían un incremento de fiabilidad en la comunicación inalámbrica, eliminando filtración de ruidos. Este proyecto abre las puertas a la adaptación de nuevas aplicaciones con infinitas posibilidades de desarrollo y sienta las bases para la creación de un sistema completo, accesible, abierto, económico y flexible a las exigencias del usuario.

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WIRELESS RECEIVER FOR X10 PROTOCOL

Housing automation is an area of technological investigation with increasing presence on the global market. Taking into account its rapid development, new applications are being constantly created motivated by the challenge of improving the existing products. Automated systems offer many applications designed for helping disabled or elderly people as well as a series of amenities for every day life accessible to anyone willing to improve or modernize their life quality. Moreover, the automatic control of electrical and electronic devices is considered a very useful utility for home security and management of housing energy-saving. Given the great number of systems and options offered in the field of home automation, there is no single standard. Therefore, the study of alternatives is essential in order to choose a system that adapted to the necessities or requirements of each user in the most efficient way possible. The main objective of this project is the development of a monitoring equipment for a home, providing an overview of the methodology used for building such systems. After analyzing the different internal structures, a design that achieves certain requirements and functionality must be chosen. Moreover, it is intended to search for solutions to common problems of implementation that characterize other similar devices that are currently on the market. Based on these premises, after analyzing the possibilities giving priority to economic viability and pursuing flexibility and reliability, the X10 protocol has been chosen for communications design. This protocol is an open standard which offers many features and has a competitive position in the market. It has also been chosen the wireless communication to achieve wire-independent and portable modules. This system must meet the specifications of being decentralized, economic and reliable. The designed system consists of two modules, a transmitter and a receiver, able to interact with each other by radio. The devices are controlled by the logic embedded in two high-performance microcontrollers running a series of modules. The PWM module is used to send the signal defined by X10 protocol, using digital I/O, and “input capture” mode receives the signal that is then interpreted. The devices are fed by two 9V batteries adapted with regulators, which make them easily portable. The communication

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is made via radio at the free use band of 433 Mhz by two transceivers with their accompanying PCB antenna. The antennas have a mass at the base and an induction that enables a shorter wire to be used for the chosen frequency.

Figure 1 : Hardware emitter and receiver modules created

Given the reliability problems that feature X10 systems, an innovation has been included to improve the functionality using a closed loop control system. This was achieved by implementing bidirectional communication in order to send confirmation after receiving an order. This way, a tighter control is possible and reliability is improved. On the other hand, another protocol has been created at the same time for communicating the equipment by serial port with a SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) platform created for another project, with the aim of establishing an accessible and intuitive interface between user and machine. The microcontroller serial communications module is used, adapting the signal with an additional hardware development in the reception device, that allows light control from any computer connected to the web and obtains real time information of the supervised devices.

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Figure 2: Created system communications prococol

The ultimate goal of this system is to control an actuator, this time a light, by a sensor, in this case a switch, creating a logic that offers the possibility to easily adapt new applications to be controlled. The results obtained in this project meet all objectives, proving the validity of the prototype designed considered technological limits determined by external causes. The implementation of the system developing the circuit on board and the use of more precise instruments would end up in a more reliable wireless operation, eliminating filtered noise. This project opens the door to the adaptation of new applications and endless possibilities of development and provides the basis for the creation of a complete, accessible, affordable and flexible to user’s needs system.

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