PROTOTIPO SISTEMA MICRO CONTROLABLE DE TEMPERATURA PARA UN CUBICULO CERRADO León Catalina M, Pulido William J, Pérez Luis G. [email protected], [email protected], [email protected]

Facultad de Ingeniería Electrónica, Escuela Colombiana de Carreras Industriales Bogotá, Colombia.

Resumen— Este documento presenta el desarrollo tecnológico para dar solución a un caso problema expuesto por una firma interesada en mantener constantemente refrigerado un cuarto mediante un par de ventiladores de rápida acción, este adelanto se realiza con base en un prototipo que posee firmware, software y hardware teniendo en cuenta que se deben emplear conocimientos en este tipo de aspectos para poder desarrollar un sistema de control semejante, básicamente es una necesidad actualmente suplida por el área de domótica, el logro propuesto con la implementación de esta automatización, está enfocado en cuartos de equipos, servidores, head-ends y uso industrial. Palabras Clave— Hardware, Software, Firmware, Control, Domótica

I. INTRODUCCIÓN

En este documento se realizará un adelanto científico basados en la necesidad del cliente, aplicando el tema aprendido en clase e investigando la mejor manera de darle una correcta trazabilidad al desarrollo del caso, investigando y adoptando diferentes métodos, siempre en pro de satisfacer las continuas necesidades que demanda la industria. Para socializar un poco sobre el tema debemos citar información sobre “domótica” que es prácticamente el trabajo a realizar para automatizar el proceso requerido por el usuario, también debemos socializar sobre el compilador C18 y el programa visual en su versión 6.0 que serán las herramientas usadas para lograr el objetivo propuesto.[1]

independizar y de alguna manera tecnificar los procesos más sencillos del hogar o industria optimizando tiempos, en cierto modo “delegando” funciones básicas y mecánicas a una máquina y “volcando” el recurso humano a realizar otro tipo de labores que requieren de mayor atención. Aunque el concepto correcto de nuestro adelanto debe ser “Inmótica” puesto que es aplicado en la rama industrial y no en la vivienda como tal, pero el principio es el mismo ya que se deben enlazar sistemas tanto de lectura como de escritura interactuando mediante software para visualizar información al usuario arrojando y recibiendo datos de control. Con esto empezaremos a automatizar nuestro sistema, explicaremos el hardware, firmware y software del sistema.[2]

II. DESARROLLO DE LA APLICACION A. Hardware

El Hardware se define como los componentes físicos que necesitaremos para el desarrollo del prototipo, los cuales empezaremos a definir uno por uno a continuación:

DOMOTICA: La palabra Domótica viene del latín domus, que significa casa, y del griego B. Sensor Sensor o Traductor de Temperatura: son automática que significa por si mismo, a groso dispositivos que transforman los cambios de modo el significado de la automatización de temperatura en cambios en señales eléctricas que hogares abre mucho las posibilidades a

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son procesados por equipo eléctrico o electrónico. Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los termopares. [3] Para nuestro caso se utilizara un sensor LM35, el cual nos ofrece características necesarias para nuestro prototipo, las cuales son:

Fig. 2. Curva característica del LM35 [5] El voltaje de salida del sensor es transmitido directamente al PIC18F4550 en el puerto A. Fig.1. Diagrama de pines del LM35 [4] - precisión calibrada de 1ºC. - Su rango de medición abarca desde -55°C hasta 150°C. - La salida es lineal - Está calibrado directamente en grados Celsius. - La tensión de salida es proporcional a la temperatura. - Tiene una precisión garantizada de 0.5°C a 25°C. - Opera entre 4 y 30 voltios de alimentación. - Baja impedancia de salida. - Baja corriente de alimentación (60uA). - Bajo costo. - cada grado centígrado equivale a 10mV, por lo tanto:

C.

Micro controlador Micro controlador PIC18F4550: Este micro controlador nos entrega varias ventajas, como, poder trabajar por Puerto USB, que el conversor análogo digital nos acepte voltajes tan pequeños como los que nos entrega el LM35 en mV, es de 32bits generando un mayor tamaño de memoria, tiene un circuito de reset que evita la intervención de componentes externos. El hecho de que nos deje manejar una conectividad de USB nos da la facilidad de transmisión y recepción de datos en un PC.

TABLA I Especificaciones de temperatura contra voltaje para el sensor LM35 Temperatura (°C) -55 45 145 150

Salida (mV) -550 450 1450 1500

Fig. 3.diagrama de pines del pic 18f2550. [6] D.

Bus universal en serie USB: es un estándar industrial desarrollado a mediados de los años 1990 que define los cables,

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conectores y protocolos usados en un bus para conectar, comunicar y proveer de alimentación eléctrica entre ordenadores y periféricos y dispositivos electrónicos.[7]

Utilizamos dos ventiladores por petición del cliente, ellos nos regularan la temperatura para mantenerla entre los 19°C y menor a los 27°C, uno de ellos siempre le mantendremos encendido y el otro se encenderá cuando al aumentar la temperatura y llegue a 27°C, prendera al mismo tiempo que la alarma de emergencia, así informando al personal de la emergencia que está sucediendo.

Utilizaremos este puerto para realizar la transmisión y recepción de datos entre la PC y el micro controlador. Para que haya esa comunicación debemos garantizar la misma velocidad de baudios en un extremo y el otro, que esto ya lo garantizamos en el código que G. Rasti El rasti es un juego de piezas plásticas de explicaremos más adelante. construcción por encastre, similar al lego, el nombre surgio del verbo alemán “rasten” (Afirmar E. Resistencia de calor Resistencia cerámica de calor: Son resistencias o dando firmeza). Su origen se remonta a la empresa alemana de coeficiente resistivo térmico positivo. La modellspielwaren Dr. Hasel & co., con sede en mayoría de las cerámicas tienen coeficiente resistivo negativo, mientras que los metales lo Reichartshausen. Posteriormente entre los años 60 y 70 fue fabricado en argentina por la fábrica tienen positivo. Los metales aumentan un poco su resistencia al Knittax. [10] Elegimos estas fichas como bloques para aumentar el calor, pero este tipo de cerámicas no tienen una respuesta resistiva lineal al calor. construir nuestra maqueta, por su facilidad y Cuando esta resistencia pasa su umbral de practicidad de ensamble en la simulación de un temperatura pierde conductividad. Como cuarto cerrado. resultado, son resistencias y a la vez termostatos, ya que permiten pasar corriente cuándo están H. Relé Un relé es un sistema mediante el cual se puede fríos pero dejan de conducir corriente al controlar una potencia mucho mayor con un calentarse. Estas resistencias están hechas de consumo en potencia muy reducido. [11] titanato de bario o titanato de plomo (BaTiO3 o Les utilizamos como actuador a partir del pulso PbTiO3). [8] que envía el micro controlador, para encender el ventilador y la resistencia de calor. La utilizamos para simular un aumento de temperatura en el prototipo del cuarto, generando condiciones de peligro para los “equipos” que se encontraran. I. FIRMWARE

F.

Ventiladores Ventiladores: es una máquina de fluido concebida para producir una corriente de aire. Los ventiladores más antiguos eran manuales, como el abanó. El modelo más común actualmente es eléctrico y consiste en un rodete con aspas que giran produciendo una diferencia de presiones. Entre sus aplicaciones, destacan las de hacer circular y renovar el aire en un lugar cerrado para proporcionar oxígeno suficiente a los ocupantes y eliminar olores, principalmente en lugares cerrados. [9]

Firmware es el programa que es grabado en una memoria ROM y establece la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de un dispositivo. El firmware recibe órdenes externas y responde operando el dispositivo. Para la realizar el código para el control de temperatura de nuestro prototipo se utilizara el pic c compiler: el cual es un compilador para programar micro controlador pic que compilan código en lenguaje ensamblador C.

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Para el desarrollo del software en el prototipo En el firmware que desarrollamos nos basamos en utilizamos Visual Basic 6.0; para crear la el siguiente diagrama de flujo: plataforma de desarrollo del control de temperatura, desde la computadora, donde ponemos en marcha el prototipo, visualizamos la temperatura censada, y como en hardware implementamos una resistencia INICIO de calor para poder subir la temperatura, está la encendemos desde el visual. Utilizamos el X-CTU para mirar la transmisión y A=0; serial recepción de los datos censados. NO A=1?

K. IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOTIPO SI

El prototipo que implementaremos es el control de temperatura de un cuarto de equipos, como ya se ha mencionado, en donde podamos mantener la temperatura entre los 19°C min. Y lo 27°C como máx.

B=0 C < 26 D = OFF

Como primer paso realizamos los circuitos:

NO C >=26

B=1

La PCB del micro controlador PIC18F4550, donde también nos comunicaremos con el PC, por medio de RS232.

SI

D = ON B=0 NO C >=26 SI

FIN

El prototipo se basó en este diagrama de flujo básico, el cual aborda los parámetros que nos pidieron, y con ello se empezó a implementar el código del PIC18F4550. Fig. 4. Circuito de la PCB para el PIC18F4550 j. SOFTWARE Son las instrucciones para que el micro controlador funcione, no son físicos: sistemas operativos, aplicaciones.

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En esta interface observamos algunos botones para la activación de nuestro prototipo y la simulación de aumento de temperatura en el mismo, explicaremos uno por uno que hace:

Fig. 5. Impreso de la váquela del circuito PCB del PIC18F4550

Fig. 6. Váquela de la PCB Luego de tener nuestro circuito de la PCB del PIC18F4550 para la transmisión y recepción de datos, procedimos a hacer la interface que utilizaremos en la PC, la cual se realiza por medio del programa Visual Basic 6.0 el cual nos entrega una mejor facilidad para usar una interface grafica y fácil de entender.

Actívate: este botón pone en marcha la simulación y empezara a mostrar la temperatura en el cuadro de texto CURRENT TEMPERATURE, y también activara la calefacción del prototipo. Stop: Este detiene toda la simulación. Heat ON: nos activa la calefacción, que para el prototipo es una resistencia de temperatura, y nos muestra si esta activa o no en recuadro de texto de abajo HEAT IS ON. Heat OFF: nos apaga la calefacción y el cuadro de texto de abajo nos verifica si es así HEAT IS OFF También para el prototipo la calefacción se apaga automáticamente cuando llega al límite de ella que son los 27ºC en nuestro caso. La pantalla CURRENT STATE, nos muestra el estado en que esta la temperatura si esta baja, alta, normal o hay algún peligro de temperatura alta. Cuando nos muestra un WARNING y la temperatura sobre pasa los 27ºC, se activara una alarma y un ventilador de apoyo para que baje rápido y ponerla en condición normal.

Fig. 8. Prototipo final del proyecto

Fig. 7. Interface grafica final en Visual Basic 6.0

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Link: http://www.youtube.com/watch?v=HPdct0eTKec

III. CONCLUSIONES

Fig. 9. Prototipo final del proyecto Utilizamos dos ventiladores para mantener la temperatura, uno de ellos siempre permanecerá encendido, y el otro regulara la temperatura cuando está este por encima de los 27ºC, utilizamos una resistencia de calor para la calefacción y poder mantener la temperatura por encima de los 15ºC la cual de activara cuando esté por debajo. Ese sería el funcionamiento básico para nuestro prototipo. Para conectar el prototipo físico con el software de la PC lo hacemos por medio de conexión USB en la PC y conexión RS232 para obtener los datos y enviar datos al PIC18F4550.

 Debemos tener un sensor de temperatura muy lineal, para que el micro controlador pueda tomar mejor los datos de este y poder interactuar mucho mejor con los datos que nos entrega. Incluso con este sensor nos genero picos espontáneos de temperatura.  Implementamos un ventilador adentro y otro afuera del cuarto para que, el ventilador adentro que es el que siempre esta encendido hace que el aire del cuarto circule en él, y el ventilador afuera hace que el aire caliente de adentro salga y poder tener una mejor ventilación, se probó con los dos adentro y no se obtenía una buena refrigeración, era muy lenta.  El laboratorio donde se realiza la entrega del proyecto se encuentra a una temperatura muy cercana al límite de disparo de la alarma dificultando tener la precisión adecuada para el perfecto funcionamiento del sistema.  La interface se realiza en visual basic 6.0 ya que el manejo del mismo es muy sencillo comparado con otros programas como Mathlab, Labview, etc. REFERENCIAS

Fig. 10. Conexión RS232

[1] Domotica, Que es domótica, información publicada en CEDOM. Disponible en: www.cedom.es/que-es-domotica.php

También creamos un breve video de explicación del prototipo y del software en visual Basic, para [2] Domotica, artículo publicado en Wikipedia mayor entendimiento de los lectores y muestra del enciclopedia libre. Disponible en: funcionamiento del proyecto, el cual se encuentra es.wikipedia.org/wiki/Domotica en YouTube pagina reconocida para videos. Video de explicación disponible en: Titulo: Control Temperatura 18F4550.mp4

[3]sensor de temperatura, información publicada en medirtemperatura.com. Disponible en:

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http://medirtemperatura.com/sensortemperatura.php

Autores

[4]EgineersGarage. LM35 Temperature Sensor. Disponible en: http://www.engineersgarage.com/electroniccomponents/lm35-sensor-datasheet [5] J.J Arismendi, A.E Silva, A. Peña Sistema Inalámbrico para el control de Temperatura con implementación en Domótica. [6] Departamento de ingeniería electrónica, Universidad politécnica de Colombia. Tema3: Micro controlador PIC18F4550. Disponible en: http://es.scribd.com/doc/2940003/PIC18F45 50 [7] universal serial bus, artículo publicado en Wikipedia enciclopedia libre. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Universal_Seria l_Bus [8] Resistencia Calentadora, artículo publicado en Wikipedia enciclopedia libre. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_calentador a [9] Ventilador, artículo publicado en Wikipedia enciclopedia libre. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Ventilador [10] Rasti, articulo publicado en Wikipedia enciclopedia libre. Disponible en: http://es.m.wikipedia.org/wiki/rasti

Catalina María León Hurtado nacida en Bogotá (Cundinamarca), Colombia, el 1 de enero de 1992. Se graduó como tecnólogo en soporte de telecomunicaciones en Julio de 2010, Actualmente se desempeña como estudiante de ingeniería electrónica a nivel profesional, sus temas de interés son las tecnologías celulares y las telecomunicaciones satelitales. A.

William Pulido Nacido en Bogotá, Colombia el 5 de Febrero de 1978, tecnologo en telecomunicaciones del SENA, Auxiliar neumatica SENA, Autocad 2D – 3D SENA. Actualmente trabaja en soporte tecnico a impresoras multifuncionales empresariales y cursa 9no semestre de ing. Electronica en la ECCI. B.

Luis Gerardo Perez Nacido en Bogotá, Colombia el 13 de Abril de 1979, Tecnologo en Telecomunicaciones del SENA, actualmente trabaja como interventor de proyecto en Claro Colombia y cursa 9º. Semestre de Ing. Electrónica en la ECCI. C.

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