UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

VICE

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA

DESARROLLO DE UN SISTEMA D

CONTROL DE TEMPERATU

TRAVS

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

ANTONIO JOS DE SUCRE

VICE- RECTORADO PUERTO ORDAZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA

TRABAJO DE GRADO

OLLO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIN

CONTROL DE TEMPERATURA DE UNA HABITACIN

TRAVS DEL PROTOCOLO TCP/IP

Br. Rodrguez Cova Csar Leonardo

CIUDAD GUAYANA, JUNIO DE 2014

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA

E SUPERVISIN Y

HABITACIN A

DEL PROTOCOLO TCP/IP.

Autor:

Cova Csar Leonardo

C.I. 18.666.425

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIN Y

CONTROL DE TEMPERATURA DE UNA HABITACIN A

TRAVS DEL PROTOCOLO TCP/IP.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

VICE

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA

DESARROLLO DE UN SIS

CONTROL DE TEMPERATU

TRAVS

En esta memoria se describenentender que es y cmo funciona un sistema domtico y cmo utilizando elhardware libre de Arduino se puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de las viviendas de alta categoranecesidad del hombre para controlar el entorno de manera remota para obtener as ms supervisin y control de dispositivos en el rea de la domtica bajo el protocolo TCP/IP. El trabajo de invuna serie de pruebas para as constatar el correcto funcionamiento del sistema. La consecuencia de la investigacin fue la comunicacin satisfactoria del uso del protocolo TCP/IP entre dos dispositivos ubicados en la misma red de rea local, en el que un dispositivo mvil hace la funcin de ordenar los comandocontrola dos salidas digitales ON/OFF y

PALABRAS CLAVES: Arduino, D

I

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

ANTONIO JOS DE SUCRE

VICE- RECTORADO PUERTO ORDAZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA

TRABAJO DE GRADO

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIN

CONTROL DE TEMPERATURA DE UNA HABITACIN

RAVS DEL PROTOCOLO TCP/IP

Br. Rodrguez Cova Csar Leonardo

Tutor Acadmico:

Ing. Henry Romero

RESUMEN

En esta memoria se describen los conocimientos bsicos para entender que es y cmo funciona un sistema domtico y cmo utilizando elhardware libre de Arduino se puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de las viviendas de alta categoranecesidad del hombre para controlar el entorno de manera remota para

comodidad. Se plantea un diseo de un sistema de supervisin y control de dispositivos en el rea de la domtica bajo el protocolo TCP/IP. El trabajo de investigacin se llevar a cabo realizando una serie de pruebas para as constatar el correcto funcionamiento del

secuencia de la investigacin fue la comunicacin satisfactoria del uso del protocolo TCP/IP entre dos dispositivos ubicados en la misma red de rea local, en el que un dispositivo mvil hace la funcin de

comandos y as mismo recibirlos de un microcontrolador que controla dos salidas digitales ON/OFF y un dato digital de un

PALABRAS CLAVES: Arduino, Domtica, Comunicacin

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELECTRNICA

SUPERVISIN Y

HABITACIN A

DEL PROTOCOLO TCP/IP.

Autor:

Cova Csar Leonardo

Tutor Acadmico:

Ing. Henry Romero

los conocimientos bsicos para entender que es y cmo funciona un sistema domtico y cmo utilizando el hardware libre de Arduino se puede crear un sistema estable con un presupuesto muy inferior al de las viviendas de alta categora motivado a la necesidad del hombre para controlar el entorno de manera remota para

iseo de un sistema de supervisin y control de dispositivos en el rea de la domtica bajo el

a cabo realizando una serie de pruebas para as constatar el correcto funcionamiento del

secuencia de la investigacin fue la comunicacin satisfactoria del uso del protocolo TCP/IP entre dos dispositivos ubicados en la misma red de rea local, en el que un dispositivo mvil hace la funcin de

microcontrolador que un dato digital de un sensor.

omunicacin TCP/IP.

II

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de grado principalmente al creador de todas las

cosas a Dios, por haberme dado la vida y as darme la oportunidad de haber

llegado hasta este momento tan importante en mi vida.

A mis Padres, Nancy Cova y Csar Rodrguez, por ser los pilares ms

importantes y por demostrarme siempre el apoyo incondicional, quienes a lo

largo de mi vida me han brindado siempre lo mejor de s y me han sabido

llevar hasta mis mayores logros tanto acadmico como personal, este logro

es para ustedes.

A mi hermana, Kreilys Rodrguez, este logro tambin es para ti,

gracias por ser como eres por ser tan exitosa, por estar ah en cada

momento de mi vida, eres mi mayor orgullo.

A toda mi familia en general y amigos, por estar siempre dispuesto a

escucharme y ayudarme en cualquier momento.

Csar Leonardo Rodrguez Cova

III

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios por darme fuerzas para superar obstculos y

dificultades y por protegerme a lo largo de mi camino.

Agradezco a mi madre Nancy Cova por su amor incondicional, a mi

padre Cesar Rodrguez por todo su apoyo y ayuda incondicional. A mis

hermanas Kreilys y Learennis ya que las amo y con ellas crec. Gracias a

DIOS por darme tan hermosa Familia.

Agradezco a mi tutor acadmico Ing. Henry Romero por sus

compromisos y apoyo en la realizacin de este trabajo de grado.

A la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de

sucre (UNEXPO), que como casa de estudio me brind la educacin

acadmica necesaria para mi formacin como profesional.

A todos los profesores de la UNEXPO, en especial a los

pertenecientes al Departamento de Ingeniera Electrnica, por todos los

conocimientos impartidos, las enseanzas y apoyo brindado.

Agradezco a todas y cada una de las personas especiales que Dios

me mando para que pudieran ayudarme de alguna u otra forma en la

realizacin de mi carrera.

GRACIAS

IV

NDICE GENERAL

RESUMEN .......................................................................................................................... I

NDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... VII

NDICE DE TABLAS ......................................................................................................... IX

INTRODUCCIN .............................................................................................................. 1

CAPTULO I ........................................................................................................................ 4

EL PROBLEMA ............................................................................................................... 4

Planteamiento del problema ........................................................................................ 4

Objetivo general ......................................................................................................... 5

Objetivos especficos .................................................................................................. 6

Alcance ....................................................................................................................... 6

Justificacin ................................................................................................................ 7

CAPTULO II ...................................................................................................................... 8

MARCO TERICO ....................................................................................................... 8

Resea Histrica ........................................................................................................ 8

Antecedentes de la Investigacin ............................................................................. 13

Bases Tericas ......................................................................................................... 16

Android ................................................................................................................. 16

Dispositivos mviles. ............................................................................................. 19

PlataformaArduino ................................................................................................ 21

Definicin de trminos bsicos ................................................................................. 27

Domtica ............................................................................................................... 28

Microcontrolador ................................................................................................... 28

Telfono mvil ....................................................................................................... 28

Smartphone .......................................................................................................... 29

App Inventor .......................................................................................................... 29

Eclipse .................................................................................................................. 29

Router ................................................................................................................... 29

Wi-Fi ..................................................................................................................... 30

TCP/IP .................................................................................................................. 30

Red de rea Local ................................................................................................ 30

V

CAPTULO III ................................................................................................................... 31

MARCO METODOLGICO ......................................................................................... 31

Diseo de investigacin ............................................................................................ 31

Tipo de Investigacin ................................................................................................ 33

Poblacin o universo de estudio ............................................................................... 34

Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos ..................................................... 35

Para la Obtencin de Datos e Investigaciones. ..................................................... 36

Para la Observacin Directa.................................................................................. 37

Para la Observacin Sistemtica. ......................................................................... 37

Procedimientos para la recoleccin de informacin .................................................. 38

CAPTULO IV .................................................................................................................. 40

PROPUESTA DEL DISEO......................................................................................... 40

Descripcin de funcionamiento ................................................................................. 41

Descripcin del desarrollo ......................................................................................... 45

Diagrama de flujo del programa del Arduino ......................................................... 54

Diagrama de flujo de la aplicacin para Android.................................................... 56

CAPTULO V ................................................................................................................... 63

RESULTADOS ............................................................................................................. 63

Analizar detalladamente el lenguaje de programacion utilizado para aplicaciones en Android. ...................................................................................... 63 Examinar el protocolo de comunicacin TCP/IP para conseguir la comunicacin conel dispositivo de control ............................................................ 66

Establecer un circuito capaz de transmitir datos por medio del protocoloTCP/IP y actuar sobre un dispositivo electrico como una regadera electrica

.............................................................................................................................. 67

Componer la seal de los sensores para que puedan enviar informacin al dispositivo mvil (telfono celular) por medio del protocolo de comunicaciones TCP/IP, utilizando un mtodo de encuesta.

. ............................................................................................................................. 68

Realizar las pruebas pertinentes del sistema de supervisin y control de temperatura de una habitacin a travs de protocolo TCP/IP Fase 1: Salidas Digitales. ............................................................................................................... 69

Fase 1: salidas Digitales. ...................................................................................... 73

Fase 2: entrada Digital .......................................................................................... 78

VI

CONCLUSIONES ............................................................................................................ 81

RECOMENDACIONES .................................................................................................... 84

REFERENCIAS ............................................................................................................... 85

ANEXOS ......................................................................................................................... 87

Anexo 1: especificaciones tcnicas del mdulo Arduino UNO R3 ................................ 88

Anexo 2: especificaciones tcnicas de la placa Arduino Ethernet Shield ...................... 89

Anexo 3: cdigo de la aplicacin alojada en el mdulo Arduino UNO R3 ..................... 92

Anexo 4: cdigo de la aplicacin del dispositivo mvil ................................................ 103

Anexo 5: interfaz del sistema grafico de control de dispositivos ................................. 104

VII

NDICE DE FIGURAS

Figura n 1 Arduino uno ................................................................................................... 24 Figura n 2 Elementos de la placa arduino uno ................................................................ 25 Figura n 3 Ethernet shield R3 ......................................................................................... 26 Figura n 4 Conexin arduino uno shield ethernet ........................................................ 27 Figura n 5 Diagrama de diseo propuesto ...................................................................... 41 Figura n 6 Diagrama del sistema de comunicacin entre un dispositivo mvil y un microcontrolador remoto utilizando protocolo TCP/IP ........................................................................................................................................ 41 Figura N 7 Diagrama de bloques del sistema grafico de control de dispositivos, utilizando un dispositivo mvil LG Otimus L9 y un microcontrolador ....................................................................................................................................... 43 Figura N 8 Diagrama de funcionamiento del sistema grafico de control ........................................................................................................................................ 45 Figura N 9 Circuito implementado para simulacion de sistema supervisin y control ........................................................................................................................................ 46 Figura N 10 Circuito implementado para simular el sistema domtico ........................................................................................................................................ 47 Figura N 11 Arduino Ethernet Shield (a) y Arduino UNO (b) ........................................................................................................................................ 52 Figura N 12 Diagrama de flujo del programa alojado en el Arduino UNO ........................................................................................................................................ 54 Figura N 13 Diagrama de flujo del programa de la aplicacin para Android ........................................................................................................................................ 57 Figura N 14 Pantalla de desarrollo de interfaz grfica de la aplicacin con App Inventor ........................................................................................................................................ 58 Figura N 15 Pantalla de desarrollo del cdigo de la aplicacin mvil ........................................................................................................................................ 60 Figura N 16 Interfaz de desarrollo de App Inventor ........................................................................................................................................ 65 Figura N 17 Herramienta para la edicin de bloques ........................................................................................................................................ 65 Figura N 18 Compilacin del programa del microcontrolador ........................................................................................................................................ 70 Figura N 19 Compilacin del cdigo de la aplicacin mvil ........................................................................................................................................ 71 Figura N 20 Configuracin del hardware del sistema ........................................................................................................................................ 72 Figura N 21 Conexin del dispositivo mvil a la misma red del hardware ........................................................................................................................................ 73 Figura N 22 Salidas en estado lgico 0 ........................................................................................................................................ 73 Figura N 23 Salida del LED 1 en estado lgico 1...........74

VIII

Figura N 24 Circuito usado para la prueba de Buzzer.75 Figura N 25 Salida del LED 2 en estado lgico 1........76 Figura N 26 Salida de ambos LEDS en estado lgico 1 en representacin del Buzzer y el motor del Fan cooler.77 Figura N 27 Entrada digital del Sensor DTH11 e interfaz de temperatura y humedad..78

IX

NDICE DE TABLAS

Tabla N 1 Caracteristicas de Arduino UNO .................................................................... 24

Tabla N 2 Costo de materiales utiilizados con el diseo para la fecha. ........................... 63

Tabla N 3 Voltaje de salida de los pines del microcontrolador cada estado de los dispositivos de control.. 79

1

INTRODUCCIN

Innegablemente aunque el ser humano todava no est arraigado a las

propiedades que ofrece la domtica es un hecho que en un futuro estar

instalada en cualquier vivienda. Pero qu es la domtica? Se podra definir

como el conjunto de tecnologas aplicadas al control y la automatizacin

inteligente de la vivienda, que permite una gestin eficiente del uso de la

energa adems de aportar seguridad, confort, y comunicacin entre el

usuario y el sistema. Para poder conquistar las propiedades comentadas

anteriormente es necesario que los sistemas recojan la informacin de su

entorno con sensores y dispongan de la lgica para actuar en consecuencia

utilizando actuadores.

Actualmente los sistemas domticos tienen un precio muy alto con

respecto a la instalacin con lo que solo es posible verlo en casas de lujos.

Estos suelen utilizar sensores y buses de transmisin de informacin que

posibilitan una robusta domtica. Por consiguiente una alternativa ms

barata y original consiste en la utilizacin de placas Arduino.

Es por ello que se plante un sistema de supervisin y control de

temperatura en un recinto cerrado, como lo es una habitacin; es de esta

manera, que se originan los diversos sistemas hoy conocidos como

domtica. Dicho sistema apuesta por brindar una mayor comodidad a la hora

de ejecutar un control en ciertos procesos que se puedan realizar en estos

espacios.

La tecnologa aplicada en viviendas se va desarrollando por los

avances tecnolgicos de la ciencia a nivel mundial, ya que, la sociedad por

mayora escoge un estilo de vida ms eficiente acorde con sus necesidades

diarias.

2

La domtica expone como principales aplicaciones la gestin

energtica, el confort, la seguridad, la comunicacin y accesibilidad. Anidado

a esto, gracias a las conexiones por medios no guiados como es el caso en

el protocolo de comunicacin TCP/IP que en resumen es la conexin a

internet, ha permitido la manipulacin y monitoreo de procesos en dichos

recintos a distancia de manera remota.

De modo que, cualquier diseador de software que tenga acceso a las

herramientas hacer o ajustar el planteamiento de sistema. Por tal motivo, los

usuarios no solo son los nicos encargados en concretar sus metas, sino

tambin los que pueden ejercer el control sobre los dispositivos electrnicos

que desean operar.

En este proyecto utilizaremos la plataforma Arduino y la placa Ethernet

Shield en la que nos apoyaremos con otros dispositivos para as poder

construir un sistema domtico, Arduino es una plataforma de hardware libre

creada en 2005, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno

de desarrollo, fabricada y diseada para facilitar el uso de la electrnica en

proyectos multidisciplinares.

Ahora bien, tomando en cuenta lo planteado, los objetivos que se

quieren alcanzar con este trabajo de investigacin estn ligados al lenguaje

de programacin utilizado para aplicaciones en Android. Siendo los

dispositivos mviles con dicho sistema operativo los seleccionados para

lograr cumplir con los objetivos de esta investigacin. De igual manera,

examinar el protocolo para conseguir la comunicacin con el dispositivo de

control; en tal sentido, disear un hardware para representar un sistema de

domtica, con la finalidad de, estudiar los distintos sistemas de conexin

entre el hardware e internet, logrando establecer la comunicacin entre el

3

hardware y la aplicacin para dispositivos mviles en orden de realizar el

control.

Enfocado a brindar ventajas como el monitoreo y la seguridad a las

personas, es fundamental que los proyectos que se planteen hagan uso de la

conexin a internet, por la idea de desarrollar un sistema de supervisin y

control a travs del protocolo TCP/IP. Por lo que fue necesario verificar el

funcionamiento del sistema a travs de pruebas y corregir las fallas posibles.

La metodologa abordada en esta investigacin ser experimental, de tipo

proyectiva o proyecto factible. Este proyecto, se desarrollar en cinco

captulos, de los que se expone: En el primer captulo se expresar el

planteamiento del problema, los objetivos, la justificacin e importancia de la

presente investigacin, as como su delimitacin o alcance; en el segundo

captulo se dar cobertura al marco terico, comprendido por la resea

histrica, los antecedentes del problema y de la investigacin, las bases

tericas y la definicin de trminos bsicos; en el tercer captulo se precisar,

el marco metodolgico, comprendido por el diseo de investigacin, tipo de

investigacin, poblacin o universo de estudio, tcnicas e instrumentos de

recoleccin de datos, y procedimientos para la recoleccin y procesamiento

de informacin, el cuarto captulo, expondr la propuesta del diseo de esta

investigacin, paseando desde la descripcin del funcionamiento hasta la

descripcin del desarrollo; por ltimo, el captulo cinco, que englobar todo lo

referente al anlisis de resultados.

CAPTULO I

EL PROBLEMA

Planteamiento del problema

En la actualidad los sistemas de supervisin y control en recintos

domsticos, comerciales e industriales se han vuelto una necesidad bsica.

Los mecanismos de seguridad electrnicos son fcilmente violados por

medio de cortes de alimentacin sin emitir una alarma correspondiente.

Adems para alimentar y controlar los dispositivos se requiere la instalacin

de cables adicionales al momento de colocar el sistema de control, lo que

genera un mayor costo y complejidad, tomando en cuenta la proteccin a los

cables para evitar un sabotaje electrnico.

Las alarmas de advertencia a menudo resultan intiles, porque no son

reportadas al usuario. Los avances tecnolgicos han permitido el gran

desarrollo de sistemas que permiten la supervisin de procesos con la

finalidad de contar con una mayor fiabilidad y eficiencia para un mejor

control. Por otra parte, la comunicacin brinda una mayor facilidad en el

manejo que pueda tener un usuario en cierto proceso.

Hoy en da existen diversas formas de comunicacin mediante de la

ayuda de la tecnologa para as poder hacer ms factible la comunicacin

entre los dispositivos electrnicos y el usuario. En definitiva, podemos

simplificar y mejorar la vida de los usuarios por medio del control a distancia

de los dispositivos, ya que, podramos monitorear mediante algn equipo

5

electrnico la temperatura de un recinto en tiempo real sin la necesidad de

programarlo con anterioridad.

El desarrollo de sistemas de domtica ha apostado por una estacin

de control y monitoreo a travs de computadoras, en tal sentido, surge la

necesidad de contar con una estacin aun ms personal que represente

mayor factibilidad y ms libertad a la hora de manejar a distancia el recinto.

La domtica busca implementar diferentes dispositivos con los cuales se

logre realizar la supervisin y control del sistema. Motivo por el cual se

desarrollan aplicaciones que favorecen al proceso desde dispositivos como,

computadores, telfonos inteligentes y tabletas.

Por consecuencia, se creara una aplicacin para dispositivos

inteligentes con el sistema operativo Android que ofrezca la facilidad para el

estudio del funcionamiento de dichos sistemas desde este tipo de estacin

de supervisin y control.

Algunas preguntas que se pueden mencionar para el desarrollo de

esta investigacin serian. Cmo puedo empezar la investigacin?, Cmo

hago las pruebas?, Qu tipo de sensor se necesita para realizar la

supervisin de temperatura?, Cmo realizo el software y la comunicacin

entre los dispositivos?

Objetivo general

Desarrollar un sistema de supervisin y control de temperatura de una

habitacin a travs del protocolo TCP/IP.

6

Objetivos especficos

Analizar detalladamente el lenguaje de programacin utilizado para

aplicaciones en Android.

Examinar el protocolo de comunicaciones TCP/IP para conseguir la

comunicacin con el dispositivo de control.

Establecer un circuito capaz de transmitir datos por medio del

protocolo TCP/IP y actuar sobre un dispositivo elctrico como una

regadera elctrica.

Componer la seal de los sensores para que puedan enviar

informacin al dispositivo mvil (telfono celular) por medio del

protocolo de comunicaciones TCP/IP, utilizando un mtodo de

encuesta.

Realizar las pruebas pertinentes del sistema de supervisin y control

de temperatura de una habitacin a travs de protocolo TCP/IP.

Alcance y Limitaciones

La investigacin se centrara en el diseo de un sistema de supervisin

y control de temperatura de una habitacin a travs de un circuito electrnico.

La exploracin se limitara a disear el sistema completo, y comprobar su

correcto funcionamiento. Es decir, el circuito electrnico deber ser capaz de

detectar la presencia de un incendio o detectar temperaturas elevadas y

notificarlo al usuario mediante de mensajes mviles.

La aplicacin destinada para realizar la supervisin y control propuesta

en este trabajo de investigacin ser implementada en el rea de la domtica

reservada para recintos cerrados.

7

Justificacin o importancia

Este proyecto tiene como principal utilidad que el usuario tenga la

facilidad de interactuar con su propiedad en tiempo real. Siendo este servicio

de alerta de incendio de gran provecho que cada vez va abarcando las

aplicaciones mundiales en comunicacin, en la que es considerable

desarrollar este sistema contando con que esta aplicacin no es comn en

estos dispositivos mviles, permitiendo as la supervisin.

Gracias a la tecnologa inalmbrica y a los dispositivos mviles se

consigue una integracin personal en todo momento, con lo cual se maximiza

la eficiencia, por medio del aumento de la comunicacin.

El sistema operativo Android permite el desarrollo de aplicaciones de

manera ms sencilla por parte de investigadores independientes. Por otra

parte, los sistemas operativos con Android disponen de gran facilidad para

hacer conexin con otros dispositivos mviles. En definitiva, podemos

simplificar y mejorar la vida de los usuarios por medio del control a distancia

de los dispositivos, ya que, podramos monitorear mediante algn equipo

electrnico la temperatura de un recinto en tiempo real sin la necesidad de

programarlo con anterioridad.

CAPTULO II

MARCO TERICO

En el presente captulo se muestra una investigacin detallada de un

sistema de supervisin y control de temperatura de un recinto cerrado

domtica, el sistema operativo mvil llamado Android y la transmisin de

datos mediante el protocolo TCP/IP con la finalidad de conseguir la relacin

necesaria con el problema planteado en este proyecto, desglosando desde

un enfoque histrico, que nos permite considerar la actualizacin que se ha

originado en este tema. Seguidamente, se presenta una revisin del material

bibliogrfico que se utilizo para abordarlo, constituyendo las referencias

tericas necesarias.

Resea Histrica

Hoy en da con el fin de brindar bienestar, seguridad y ahorro

energtico a la sociedad en la vivienda, se origina un innovador concepto

llamado Domotica, lo cual significa que le es posible al propietario del

reciento, casa u apartamento, tener el control de un conjunto de servicios

garantizados por un sistema que ejecuta varias funciones de manera

sincronizadas, sin la necesidad de su presencia, con lo que se obtiene una

gran variedad de beneficios tanto energticos como de seguridad.

El comienzo de la domtica se remonta a los aos setenta, tras

muchas investigaciones salieron a la luz los primeros indicios enfocados asa

la tecnologa en dispositivos de automatizacin de casa, edificios y locales,

basados en la aun existente tecnologa X-10. El desarrollo de la misma se ve

9

un par de aos afectada por diferentes factores, los sistemas empleados no

respondan a las expectativas de los usuarios, por falta de experiencia de

parte de las empresas instaladoras, ausencia de normativas, inexistencia de

recomendaciones tcnicas y el factor econmico por el alto coste de estos

sistemas.

Esta tecnologa a evolucionando constantemente a medida que

aumenta la demanda en trminos de confort y seguridad. Posteriormente

estos automatismos destinados a recintos u oficinas, se han ido aplicando

tambin a las viviendas de personas particulares u otro tipo de edificios

donde las necesidades que hay que solventar han crecido progresivamente

junto con la demanda, dando origen as a la construccin de la vivienda

domtica.

Android es una de las plataformas ms notorias entre los Smartphone,

ya que, por ser de cdigo abierto, ha sido la eleccin de muchas compaas

fabricantes de telfonos inteligentes. Este sistema operativo est basado en

Linux, la idea fundamental de esta tecnologa era tener un nuevo software

para dispositivos mviles con pantallas tctil, as como los Smartphone y las

tablets. El mismo fue desarrollado por Android y patrocinado por Google.

El origen del sistema operativo para dispositivos celulares mviles

denominado Android, se debe a una persona en particular, al licenciado en

ciencias de la computacin, Andy Rubin, residenciado en los Estados Unidos,

y graduado en el ao 1986 de la Universidad de Utica, Nueva York, desde

ese mismo ao podemos considerar el comienzo de la formacin de todo lo

que luego se convertira Android.

Despus de haber trabajado inicialmente en un proyecto que

pretenda ser un sistema operativo para telfonos o PDAs, denominado

10

Magic Cup; en una empresa que naci de Apple llamada General Magic,

Rubin sali de la compaa, ya que dicho proyecto jams funciono de tal

manera que la empresa quebr.

Posteriormente habiendo obtenido un poco de experiencia en el

campo de la tecnologa con algunos otros trabajos, decidi formar su propia

empresa llamada Danger Inc, la cual luego fue comprada por Microsoft.

Durante ese tiempo funciono como CEO del emporio llegando as a

desarrollar el Hiptop, que llegara a ser uno de los primeros pasos de los

Smartphone.

En el ao 2003 Andy Rubin abandona a Danger Inc y decide crear la

compaa Android Inc, la cual no era lo que es ahora, mucho menos Andy

sabia en que se convertira su creacin.

No fue sino hasta el 2005 que el imponente buscador Google compra

la compaa, algo que favoreci a Andy ya que paso a ser parte del gran

equipo de Google y este le ayudo a llegar a ser lo que Android actualmente

es, y paso a ser el primordial producto de la Open handset Alliance, que

segn Vicent (2010):

Representa una alianza comercial de 84 fabricantes y desarrolladores de hardware, software que se dedican a desarrollar estndares abiertos para dispositivos mviles. Algunos de sus miembros son Google, HTC, Dell, Intel, Motorola, Qualcomm, Texas Instruments, Samsung, LG, T-Mobile, Nvidia y Wind River Systems. (p.32).

Adems, segn Andoird Developers (2010):

11

No fue sino hasta el 5 de Noviembre de 2007, que la Open Handset Alliance, se estren con el fin de desarrollar estndares abiertos para dispositivos mviles. Junto con la formacin de la Open Handset Alliance, la OHA estren su primer producto, Android, una plataforma para dispositivos mviles construida sobre la versin 2.6 del kernel de Linux. El 22 de octubre del 2008 fue lanzado el primer google phones al mercado el cual fue fabricado por la empresa HTC. (p.32).

El nacimiento de Arduino tuve lugar en el ao 2005 enfocado

netamente para estudiantes en el Instituto Italiano de diseo interactivo Ivrea,

ya que en ese tiempo los estudiantes utilizaban microcontroladores de muy

alto costo que llegaban a los 100 dlares estadounidenses, lo que cual se

consideraba bastante costoso para ellos. El equipo que desarrollo dicho

proyecto estaba constituido por profesores y estudiantes del instituto, entre

los cuales vale la pena mencionar a Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom

Igoe, Gianluca Martino, David Mellis y Nicholas Zambetti.

La designacin del proyecto viene dada gracias a Banzi, ya que este

pasaba algunas horas en el Bar di Re Arduino (Bar del Rey Arduino), la

tarjeta electrnica Wiring, el lenguaje de programacin y la plataforma de

desarrollo fue creada por un estudiante colombiano llamado Hernando

Barragn el cual fue de gran ayuda en este proyecto.

El proyecto Arduino se origino con el propsito final de la creacin de

un dispositivos de hardware libre, lo cual quiere decir que se pudiera utilizar

libremente para desarrollo de cualquier tipo de investigacin u proyecto son

la necesidad de comprar ninguna licencia. Tal como dijo Banzi (2005):

Arduino se implemento como un proyecto open source de modo que todo el

mundo pudiera participar y contribuir con sus ideas. (p.4)

12

Actualmente la empresa ha creado ms de 120 mil placas Arduino y

en lo que respecta a ventas se han registrado aproximadamente ms de

40.000 unidades de la versin Arduino USB, la cual han llenado todas las

expectativas de los usuarios.

Finalmente abordaremos al protocolo TCP/IP en referencia a dos de

los protocolos ms importantes que lo componen, que son: protocolo de

control de transmisin (TCP) y protocolo de internet (IP), que fueron dos de

los primeros en definirse y que son los ms utilizados en la familia de

protocolos de internet. Segn se define en el RFC 1122 TCP/IP posee 4

capas de abstraccin que a menudo es comparada con el modelo OSI de

siete capas.

Una de su funcin primordial ms importante es el uso bidireccional en

origen o destino de comunicacin para llevar a cabo la transmisin de datos

mediante un protocolo no encaminado a conexiones transfieran paquetes

conmutados a travs de diversas redes fsicas previamente enlazadas segn

las normas OSI de enlace de datos.

El modelo descrito anteriormente se desarrollo en los aos 70 por

Vinton Cerf y Robert E. Kahn. Fue implementado en la red ARPANET, la

primera red de rea amplia. Luego nace la primera red interconectada el 21

de noviembre de 1969 cuando se crea la primera conexin entre las

universidades de UCLA y Stanford mediante lneas telefnicas conmutadas,

gracias a los proyectos e investigaciones realizados por varios cientficos y

organizaciones desde 1959.

De esta manera es que se origina una de las mejores formas

actualmente para la comunicacin avanzada que nos permite emitir

13

informacin desde los sitios ms remotos en la cualquier parte del mundo

con tan solo unos pocos dispositivos que nos aprueben dicho vnculo.

Antecedentes de la investigacin

ltimamente se han consumado algunos proyectos en los ltimos

aos que han contribuido eficazmente al desarrollo de un software para la

implementacin del mismo en los sistemas de telfonos mviles y redes de

comunicacin para ser configuradas como aplicaciones principalmente

enfocadas en la Domotica, tales como la climatizacin, iluminacin,

comunicacin y seguridad.

El acelerado avance tecnolgico del punto de vista electrnico en los

ltimos aos ha contribuido en el desarrollo eficaz de la Domotica. En el ao

2007 Un grupo de ingenieros y tcnicos entre los cuales estn, Jos Manuel

Huidrobo, Beatriz Novel y Christian Calafat se unieron donde desarrollaron

una gua en donde se pretende dar a conocer los beneficios que ofrecen los

equipamientos e instalaciones domesticas entre los distintos colectivos del

sector y as contribuir a su incorporacin en los hogares del mundo.

La gua desarrollada por los cientficos y tcnicos brinda una gran

variedad de conceptos bsicos de dicho campo, tambin as como unas

normativas establecidas para la implementacin de estos sistemas, aqu se

resaltan las medidas a tomar para la arquitectura de las instalaciones y la

seguridad entre otros.

Dando referencia de gran importancia al internet en este tipo de

trabajos de investigacin, Plazas David (2010), explica:

14

Desde tiempos inmemoriales, tener la informacin justa en el momento oportuno ha significado poder y solamente las personas o grupos de personas que se podan permitir financiar ese intercambio de informacin disfrutaron de ese privilegio. Sin embargo, con el nacimiento de Internet ha disminuido drsticamente el tiempo que transcurre entre buscar y conseguir la informacin. (p. 7)

Lo cual significa que el manejo de informacin ser una tarea ms

rpida y eficiente gracias a las grandes ofertas de aplicaciones que nos

provee internet. Es decir que habr disminucin de tiempo de acceso a la

informacin gracias a los beneficios que nos aportaran este tipo de conexin

para revisar, buscar o publicar la informacin desde cualquier punto del

mundo que tenga una conexin a internet.

Para el ao 2010, Plazas David, desarrollo un capturador de Datos

Web, como trabajo de Grado para el Departamento de Ingeniera Electrnica

de la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jose de Sucre,

el cual diseo e implemento una aplicacin que realiza capturas de la

informacin mediante el internet, se plantea la utilizacin del mismo para

hacer una aplicacin que nos permita realizar el control de dispositivos de

una manera remota y con mayor rapidez de procesamiento de datos.

Los ingenieros de Google. J.J. Barrons y Joe Fernandez, en el 2012

desarrollaron un sistema de Riego combinando Android y Arduino que

consisti en un control de manera remota a travs de internet, el proyecto lo

llamaron Irrduino de riego en ingles irrigation ms arduino, el mismo se

baso en la implementacin de mdulos Arduino como parte del Hardware. Ya

que parte del xito de Android es por su naturaleza de cdigo abierto o

software libre acierto que comparte con su primo hermano Arduino, que viene

siendo la plataforma de Hardware libre de la que hemos venido hablando, se

desarrollo un aplicacin para los dispositivos mviles y adicional para una

15

pgina web que funciona para el control y supervisin del sistema que

crearon.

La placa Arduino al ser totalmente libre para los usuarios, es de gran

compresin las dificultades que se presentan al momento de seleccionar

trabajos de tesis o de grado, que provengan de cualquier universidad del

mundo, empresa o persona. Por el anterior motivo los antecedentes de

investigacin del presente proyecto, se ven dirigidos asa nociones o ideas

de algunos personajes antecesores, los cuales en su mayora son annimos.

Gracias a la Domotica y los anteriores proyectos realizados, se planteo

el presente proyecto donde un sistema con una salida y una salida analgica

nos puedan representar diferentes variables presentes en un recinto cerrado

u habitacin. En conclusin, realizar la supervisin y control de la

temperatura de una habitacin a travs de una aplicacin desarrollada en el

dispositivo mvil.

Para explicar el sistema operativo utilizado mvil Android, usado para

este trabajo de investigacin, podemos citar a Fuentes Iranzo (2012) que

expresa:

Android es un sistema operativo mvil basado en la tecnologa ya renombrada Linux, por lo cual podemos decir, que este funciona de la misma manera que un Desktop corriendo un sistema operativo moderno y con accesos a internet, pero con la diferencia de un hardware adicional como una cmara fotogrfica o un GPS, lo cual significa que al igual que cualquier computador, Android tiene los mismos riesgos. (p. 15)

Ahora bien podemos concluir que gracias al desarrollo de este sistema

operativo tenemos los beneficios de un computador personal en un

dispositivo mvil factible a la hora de trasladarnos a cualquier lugar con solo

16

tener acceso a una conexin de internet. Obviamente este innovador

proyecto est enfocado en los sistemas de Domotica,

Bases Tericas

En esta seccin, se enuncian todos los conceptos y marcos que se

relacionan con el proyecto, donde se abarca todo el campo trabajado por su

progreso, con el fin de mejorar la interpretacin y conocimiento de la

investigacin efectuada.

Android

Android, es el sistema operativo basado en el Kernel de Linux

principalmente diseado para dispositivos mviles con pantalla tctil, como

telfonos inteligentes o tabletas, inicialmente desarrollado por Android, Inc.

Es el ms vendido a nivel mundial con un 52.5% de ventas mundiales por

encima de Symbian y IOS de Apple lo cual est revolucionando actualmente

el mercado mundial del Smartphone, haciendo de este sistema operativo

mvil un gigante de la industria de las telecomunicaciones.

Una de las caractersticas ms notables de Android, es la plataforma de

cdigo abierto, as como el hecho de lograr provisionar cualquier elemento

que haga falta o se pierda por un sinfn de usuarios pertenecientes a la

comunidad de Android a nivel mundial.

Entre algunos nombres que fueron asociados a sus diferentes versiones,

estn: Donut, Eclair, Froyo, Gingerbread, Honeycomb y las ms reciente Ice

Cream-Sandwich, tambin lo hacen un sistema operativo especial dado la

originalidad utilizada en los mismos.

17

Comenta Ducrohet (2011) que: La arquitectura de Android, se rige por

capas y utiliza el Kernel de Linux para comunicarse con la capa de Hardware,

lo cual le permite ser compatible con la mayora de los drivers creados para

Linux. (p.22).

Sobre el kernel de Linux, Android contiene herramientas, servicios y

libreras que le dan ms potencia al sistema. Con la ayuda de estas libreras

existe la mquina virtual Dalvik, que ejecuta ficheros .dex empaquetados en

un .apk, que es una compresin en formato zip, similar al usado por java con

los .jar. Adems Dalvik permite traducir las .class de JAVA a .dex usando una

herramienta llamada DX. Sobre estas tres capas existe un Framework que se

encarga de gestionar las distintas llamadas que realicen nuestros programas.

Dada esta arquitectura, un programador podra crear programas en C

y compilarlos para Linux ARM que no es ms que un software que permite la

programacin de procesadores o equipos con la arquitectura RISC, una

arquitectura con conjunto de instrucciones reducidas, es decir, todas las

instrucciones se ejecutan en un solo ciclo de reloj, posee modos de

direccionamiento simples, control sobre la ULA, entre otras cosas. Tambin

podra crear un programa .dex o .java que corriera sobre la mquina virtual

Dalvik o por ltimo podra crear un programa que use el framework. Cuando

se crea una aplicacin, se utilizan cuatro tipos de clases bsicas distintas,

que pueden crearse segn su objetivo.

La arquitectura de Android define estos cuatro elementos de los que

podemos heredar:

Activities: Toda clase que como consecuencia de instanciarla implique

una impresin por pantalla. Por ejemplo, en un programa lector de

RSS sera la pantalla donde se listan los elementos nuevos.

18

Services: Un servicio es un proceso que corre sin necesidad de utilizar

una interfaz grfica. En el ejemplo anterior, un servicio sera el

proceso que se encarga de ir comprobando por periodos de tiempo

estipulados, si hay o no algo nuevo en el RSS.

Intent: Es la interpretacin abstracta de una accin. Es semejante a

un evento o a una interrupcin. Como por ejemplo un clic, pulsacin

en pantalla o pulsacin de un botn.

Content Providers & Broadcast Receivers: Es uno de los mejores

aspectos de Android y est enfocado a la reutilizacin de cdigo en

una aplicacin, por tanto una aplicacin puede tener ciertos elementos

que sean llamados por cualquier otra aplicacin para que realice una

accin.

Android es un sistema operativo mvil basado en la tecnologa ya

renombrada Linux, por lo cual podemos decir, que este funciona de la misma

manera que un Desktop corriendo un sistema operativo moderno y con

accesos a internet, pero con la diferencia de un hardware adicional como una

cmara fotogrfica o un GPS, lo cual significa que al igual que cualquier

computador, Android tiene los mismos riesgos.

Las aplicaciones en Android pueden ser instaladas de diferentes

maneras, de las cuales la ms utilizada es el Android Market de Google e

igualmente es posible tambin instalarlas por medio de una Shell conectada

a una USB.

Segn Aponte y Dvila (2011) se tiene que: En las 4 capas de la

arquitectura Android, se sigue la misma tnica de usuario/permisos como un

19

sistema Linux normal, sin embargo aqu hay unas diferencias importantes a

resaltar (p. 65).

En resumen, el modelo es suficientemente robusto y est bien

construido; sin embargo, como en la mayora de los casos, es el factor

humano el causante de los problemas. Si un usuario permite que las

aplicaciones accedan a todo o si el desarrollador ejecuta una aplicacin que

solicite permisos para acceder a todo igualmente, la seguridad queda

vulnerada y expuesta definitivamente.

La solucin a este problema sera controlar cuales aplicaciones

pueden ser instaladas y no permitir al usuario instalar aplicaciones

adicionales, lo cual es prcticamente imposible dada la alta demanda en el

Android Market a diario.

Otra solucin es configurar el dispositivo para evitar la instalacin de

aplicaciones de fuentes diferentes al mercado de aplicaciones oficial.

Dispositivos mviles

La dimensin de los dispositivos mviles no ha sido un factor

determinante en su adquisicin, ya que da tras da, los usuarios se han ido

involucrando por conocer las grandes capacidades o funciones que stos

pueden brindarles. Entre algunas de sus capacidades, se encuentran las

destacadas en la siguiente definicin:

Un dispositivo mvil se puede definir como un aparato de pequeo

tamao, con algunas capacidades de procesamiento, con conexin

permanente o intermitente a una red, con memoria limitada, que ha sido

20

diseado especficamente para una funcin, pero que puede llevar a cabo

otras funciones ms generales. Baz, Ferreira, y lvarez (2010). (p.2).

Entre algunos de los artculos o categora de mviles que han

combinado distintas formas de tecnologa, tenemos: los Smartphone,

tabletas, Feature Phones, Dumb Phones.

Hardware abierto

En relacin al tema del hardware abierto, ha existido mucha controversia,

cuestin que ratifican muchos expertos, como Cuartielles (2006), quin

seala:

El hardware abierto significa tener la posibilidad de mirar lo que hay dentro de las cosas, que eso sea ticamente correcto, y que permita mejorar la educacin. Educar en cmo funcionan las cosas. El hardware, aunque sea libre, no puede ser gratuito, es fsico y cuesta dinero, lo que hicimos fue buscar el precio justo. Arduino no fabrica nada, disea y mantiene un sitio web. (p. 8).

El concepto de hardware libre se ha usado principalmente para reflejar el

uso del software libre con el hardware y el lanzamiento libre de la informacin

con respecto al hardware, a menudo incluyendo el lanzamiento de los

diagramas esquemticos, diseos, tamaos y otra informacin acerca del

hardware.

21

Plataforma Arduino

Es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un

microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseada para facilitar el uso de

la electrnica en proyectos multidisciplinares.

El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y

puertos de entrada/salida. Los microcontroladores ms usados son el

Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo

coste que permiten el desarrollo de mltiples diseos. Por otro lado el

software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de

programacin Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que

corre en la placa.4

Segn Joshua (2009): Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos

interactivos autnomos o puede ser conectado a software del ordenador, por

otra parte, las placas se pueden montar a mano o adquirirse y el entorno de

desarrollo integrado se puede descargar gratuitamente. (p.4).

Las tarjetas Arduino contienen para interaccin con el usuario trece

entradas/salidas digitales, seis entradas analgicas y un puerto serial que

permite realizar comunicacin con perifrico, adems de un puerto serial una

conexin USB. Tambin tiene un pulsador para resetear cualquier fallo que

exista en los procesos que se vayan a realiza con la tarjeta Arduino.

El entorno de desarrollo (IDE), para programar la placa Arduino se debe

descargar de la pgina web de Arduino. Se dispone de versiones para

Windows y para MAC, as como las fuentes para compilarlas en LINUX. En el

caso de disponer de una placa USB es necesario instalar los drivers FTDI.

Estos drivers vienen incluidos en el paquete de Arduino mencionado

anteriormente.

22

Para comenzar a trabajar con el entorno de desarrollo de Arduino se debe

configurar las comunicaciones entre la placa Arduino y el PC. Para ello se

deber abrir en el men "Tools" la opcin "Serial Port". En esta opcin se

seleccionar el puerto serie al que est conectada nuestra placa y posterior a

ello se descargaran programas hacia la placa a fin de lograr resolver ciertos

objetivos.

La estructura bsica de programacin de Arduino es expresada por

Lozano (2009) como:

Una estructura bastante simple que divide la ejecucin en dos partes: setup y loop. Setup( ) constituye la preparacin del programa y loop ( ) es la ejecucin. En la funcin Setup ( ) se incluye la declaracin de variables y se trata de la primera funcin que se ejecuta en el programa. Esta funcin se ejecuta una nica vez y es empleada para configurar el pinMode e inicializar la comunicacin serie. La funcin loop ( ) incluye el cdigo a ser ejecutado continuamente. (p.33).

Arduino Uno

El Arduino Uno es una placa electrnica basada en el microprocesador

Atmega328. Cuenta con 14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales

6 pueden ser utilizados como salidas PWM), 6 entradas analgicas, un

16 MHz resonador cermico, una conexin USB, un conector de

alimentacin, un header ICSP, y un botn de reinicio. Contiene todo lo

necesario para apoyar el microcontrolador; basta con conectarlo a un

ordenador con un cable USB, o alimentarla con un adaptador o la batera

para empezar de CA a CC.

Revisin 3 de la junta directiva tiene las siguientes caractersticas nuevas:

pinout: aadido pines SDA y SCL cerca al pin AREF y otros dos

nuevos pernos colocados cerca del pin RESET, el IOREF que

23

permiten a los escudos para adaptarse al voltaje suministrado desde

la pizarra. En el futuro, los escudos sern compatibles tanto con el

tablero que utiliza el AVR, que funciona con 5V y con el Arduino

Debido que opera con 3.3V. El segundo es un pin no est conectado,

que se reserva para usos futuros.

Circuito de rearme fuerte.

ATmega 16U2 sustituir el 8U2.

"Uno" significa uno en italiano y es nombrado para conmemorar el prximo

lanzamiento de Arduino 1.0. El Uno y la versin 1.0 ser la versin de

referencia de Arduino, movindose hacia adelante. El Uno es el ltimo de

una serie de placas Arduino USB y el modelo de referencia para la

plataforma Arduino; para una comparacin con las versiones anteriores,

consulte el ndice de la placa Arduino .

En la tabla 1 puede observarse un resumen de las caractersticas que

presenta el Arduino uno:

Microcontroladores ATmega328

Tensin de funcionamiento 5V

Voltaje de entrada

(recomendado)

7-12V

Voltaje de entrada (lmites) 6-20V

Pines E/S digitales 14(de los cuales 6 proporcionan PWM)

Pines de entrada analgica 6

Corriente DC por pin E/S 40 mA

Corriente de la CC para pin

3.3V

50 mA

Memoria Flash 32 KB ( 0,5 KB utilizado por el gestor de arranque)

SRAM 2 KB

24

EEPROM 1 KB

Velocidad del reloj 16 Mhz

Tabla N 1 Caractersticas de Arduino Uno

Fuente:(Arduino)

Figura 1. Arduino Uno.

Fuente: http://arduino.cc/es.

25

Figura 2. Elementos de la placa Arduino UNO.

Fuente:

http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/18228/Memoria.pdf?seq

uence=1

Arduino Shield Ethernet R3

Permite a una placa Arduino conectarse a Internet. Se basa en el

W5100 Wiznet chip de Ethernet Soporta hasta cuatro conexiones de socket

simultneos. Utiliza la librera de Ethernet para escribir sketches que se

conectan a Internet a travs de la shield o escudo. La placa Ethernet se

conecta con una Arduino a travs de los pines que se extienden por todo el

modulo. Esto mantiene la disposicin de pines intacto y permite que otros

escudos puedan ser apilados en la parte superior.

26

El Shield Ethernet Arduino se conecta la placa Arduino a Internet en

cuestin de minutos. Slo tiene que conectar este mdulo a tu placa Arduino,

conctelo a su red con un conector RJ45 del cable (no incluido) y seguir

algunas instrucciones sencillas para empezar a controlar su mundo a travs

de Internet. Como siempre con Arduino, todos los elementos de la plataforma

- hardware, software y documentacin - es de libre acceso y de fuente

abierta. Esto significa que usted puede aprender exactamente cmo se hace

y utilice su diseo como punto de partida para sus propios circuitos. Cientos

de miles de placas Arduino ya estn impulsando la creatividad de las

personas en todo el mundo, todos los das. nase a nosotros ahora, Arduino

es usted!

Requiere una placa Arduino (no incluido)

5V Tensin de funcionamiento (suministrado por la placa Arduino)

Controlador Ethernet: W5100 con buffer interno de 16K

Velocidad de conexin: 10/100Mb

Conexin con Arduino en el puerto SPI

Figura 3. Ethernet Shield R3.

Fuente: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield

27

Figura 4. Conexin Arduino UNO-Shield Ethernet.

Fuente: http://www.emartee.com/product/42103/ethernet

Definicin de Trminos Bsicos

La seguridad ha sido una de las preocupaciones prioritarias para las

personas desde los comienzos de la civilizacin, favoreciendo as a la

creacin de puertas, cerraduras, cercas, seguros para ventanas, y otros

sistemas que han evolucionado incorporando nuevas tecnologas y

materiales. En la actualidad estos dispositivos mecnicos no son suficientes

para brindar la proteccin necesaria en el hogar o en establecimientos

comerciales. Gracias a la invencin del transistor hace 60 aos se

incorporaron sistemas electrnicos de seguridad fundados en diferentes

tecnologas y protocolos. El manejo de la tecnologa de comunicacin celular

se ha complementado con la seguridad en los ltimos aos, esta expansin

tecnolgica ha permitido a los diversos sistemas de Domotica ser controlados

desde lugares remotos, mediante mensajes de texto, pginas web entre

otros.

28

Domtica

El diccionario de la Real Academia Espaola defino el trmino

domtica como: conjunto de sistemas que automatizan las diferentes

instalaciones de una vivienda (2001). Es decir, la domtica aumenta la

comodidad y seguridad del hogar; adems de proveer ahorro energtico y

facilitar la comunicacin por medio de la autorizacin. Una definicin tcnica

es:

Domtica: conjunto de servicios de la vivienda garantizada por

sistemas que realizan varias funciones, los cuales pueden estar

conectados entre s y redes interiores y exteriores de

comunicacin. Gracias a ello se obtiene un notable ahorro de

energa, una eficaz gestin tcnica de la vivienda, una buena

comunicacin con el exterior y un alto nivel de seguridad.

(junestrand, 2002).

Microcontrolador

El microcontrolador representa un factor importante para el desarrollo

tecnolgico alcanzado en la actualidad y, como explica Aguayo (2004) Un

microcontrolador es un dispositivo electrnico capaz de llevar a cabo

procesos lgicos. Estos procesos o acciones son programados en lenguaje

ensamblador por el usuario, y son introducidos en este a travs de un

programador. (p. 3)

Telfono mvil

Es un dispositivo inalmbrico electrnico que permite acceder y utilizar

los servicios de la red de telefona celular o mvil. Tambin se denomina

celular en la mayora de pases latinoamericanos debido a que el servicio

29

funciona mediante una red de celdas, donde cada antena repetidora de seal

es una clula.

Smartphone

Es un telfono mvil construido sobre una plataforma informtica

mvil, con una mayor capacidad de computacin y conectividad que un

telfono mvil convencional

App Inventor

Wolber (2011) plantea que App Inventor es una herramienta visual

para el desarrollo de aplicaciones para la plataforma Android, dado que

utiliza un mtodo de arrastrar y posicionar bloques para realizar la lgica del

programa.

Eclipse

Es una herramienta multiplataforma de desarrollo de aplicaciones en

diversos lenguajes de programacin. De esta manera, implementa un

entorno de desarrollo de aplicaciones para la plataforma Android.

Router

Gutierrez (2012) se refiere de una manera bien explicita sobre los

routers al decir: Un router es un dispositivo que sirve para interconectar

redes. Por ejemplo la red de PCs de una casa u oficina con Internet. Puede

hacerlo mediante cables o transfiriendo los datos a travs del aire. De esta

manera, determina al Router como el transportador de datos de una red.

30

Wi-Fi

Wi-Fi son las siglas en ingles de Wireless-Fidelity y, es un conjunto de

estndares para redes inalmbricas basados en las especificaciones IEEE

802.11.

TCP/IP

De forma explicativa Reina y Ruiz (2001) se refieren a TCP/IP de la

siguiente forma: Cuando se habla de TCP/IP, se relaciona automticamente

como el protocolo sobre el que funciona la red Internet. Esto, en cierta forma

es cierto, ya que se le llama TCP/IP, a la familia de protocolos que nos

permite estar conectados a la red Internet.

Red de rea Local

Como explican Reina y Ruiz (2001) las redes de rea local: Son redes

de propiedad privada, de hasta unos cuantos kilmetros de extensin. Por

ejemplo una oficina o un centro educativo.

CAPTULO III

MARCO METODOLGICO

En este captulo se presenta la metodologa que permiti desarrollar el

presente Trabajo de Grado. Se muestran aspectos como el tipo de

investigacin, diseo de investigacin, unidades de anlisis, eventos o

variables, tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos, procedimientos

de recoleccin de datos, procesamiento de la informacin y anlisis de la

informacin que fueron utilizados para llevar a cabo dicha investigacin.

Es conveniente mencionar que para detallar el siguiente marco

metodolgico, se han estudiado varios autores, con la finalidad de contar con

la respectiva informacin necesaria para desarrollar el contenido de este

captulo de manera especificada.

Diseo de Investigacin

El Presente estudio se realizo partiendo de una investigacin tal como

lo sealan Hernndez, Fernndez y Baptista (1991); "El diseo seala al

investigador lo que debe hacer para alcanzar sus objetivos de estudio,

contestar las interrogantes que se ha planteado y analizar la certeza de la(s)

hiptesis formuladas en un contexto en particular". (p.100)

Los distintos diseos de investigacin pueden ser clasificados de dos

maneras, entre los cuales estn los diseos documentales y los diseos de

campo. Entre los diseos de campo podemos nombrar los de tipo

experimental y de tipo no experimental. En trminos generales, no

32

consideramos que un tipo de investigacin y los consecuentes diseos sea

mejor que otros el experimental frente al no experimental. Como mencionan

Kerlinger y Lee (2002): ambos son relevantes y necesarios, ya que tienen un

valor propio.

En esta investigacin se define por el autor, Kerlinger (1975), quien lo

define de la siguiente manera: el plan la estructura y la estrategia de

investigacin concebidos para obtener respuestas a preguntas de

investigacin y controlar la varianza. (p.8)

Dicho lo anterior, Hernndez y otros (1991) dicen: "Cada uno posee

sus caractersticas y la eleccin sobre qu clase de investigacin y diseo

especfico hemos de solicitar, depende de los objetivo, las preguntas

planteadas, el tipo de estudio y las hiptesis formuladas".

Los diseos de campo se caracterizan ya que los datos se obtienen

directamente de la realidad, mediante de la ejecucin del investigador. Para

la universidad Pedaggica Experimental Libertador (2001) la investigacin de

campo es:

El anlisis sistemtico de problemas en la realidad, con el propsito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos, o predecir su ocurrencia, haciendo uso de mtodos Caractersticos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigacin conocidos o en desarrollo. Los datos de inters son recogidos en forma directa de la realidad; en este sentido se trata de investigaciones a partir de datos originales o primarios. (p.5).

33

Conforme a este esclarecimiento, vale la pena destacar que en la

investigacin a desarrollar, los datos se conseguirn directamente de la

realidad, en consecuencia, estar asociada a un objeto de estudio de campo.

Ahora bien, se realizara la comunicacin mediante la conexin entre

un Smartphone con el sistema operativo Android y una plataforma Arduino a

travs del protocolo de comunicacin TCP/IP. De modo que, para la

comunicacin se har un envi previo de un cdigo por parte de la

aplicacin cliente para su reconocimiento por parte de la aplicacin servidor,

la recepcin y reconocimiento de la informacin de validacin por parte del

controlador y finalmente se genera el intercambio de datos entre ambas

aplicaciones y ambos dispositivos. Por ende fue fundamental seleccionar el

diseo de investigacin a realizar, para as poner a prueba y llevar a cabo los

pasos determinados anteriormente.

Tipo de Investigacin

Pineda, Alvarado y Canales (1994) sealan: hay diferentes tipo de

investigacin, los cuales se clasifican segn distintos criterios (p.53).

En el presente segmento se presentan varios mtodos y tcnicas que

permitieron el desarrollo planteado, por lo que fue necesario definir

primeramente el tipo de estudio acordado a esta investigacin, de acuerdo

con los objetivos generales y los objetivos especficos anteriormente

establecidos; por ello se expone el tipo de diseo que oriento el desarrollo del

trabajo.

Fidias Arias (1999) expone; la metodologa del proyecto incluye el tipo o tipos de investigacin, las tcnicas y los procedimientos que sern utilizados para llevar a cabo la indagacin. En donde se

34

define el como se realizara el estudio para responder al problema planteado.

La investigacin corresponde a una de tipo proyectiva ya que cuyo

principal objetivo es desarrollar un sistema de domtica bajo el uso de

software libre y programacin. Esta afirmacin segn Hurtado (2000) se

define como investigacin proyectiva a todas aquellas investigaciones que

conducen a inventos, programas, diseos o a creaciones dirigidas a cubrir

una determinada necesidad (p.323).

Intrnsecamente en la definicin se detalla claramente el mensaje con

el desarrollo actual, ya que el presente proyecto plantea desarrollar un

sistema de supervisin y control de temperatura de una habitacin, mediante

una plataforma Arduino y un Dispositivos celular mvil; que nos va a permitir

realizar la comunicacin entre ellos utilizando un medio no fsico como lo es

la conexin de internet.

Poblacin o universo de Estudio

La poblacin o universo se refiere a la generalidad del fenmeno a

estudiar, donde las unidades de poblacin tienen una caracterstica comn

en la que se estudia y da origen a los datos de la investigacin. Por

consiguiente, Morles (1994) expresa:

La poblacin o universo se refiere al conjunto para el cual sern vlidas las conclusiones que se obtengan: a los elementos o unidades (personas, instituciones o cosas) involucradas en la investigacin. (p. 17)

Habiendo ya entendido lo mencionado anteriormente podemos tomar

como poblacin para el presente proyecto las aplicaciones y los dispositivos

35

que actan de manera principal en la comunicacin usando la conexin de

internet mediante el protocolo de comunicacin TCP/IP.

Considerando el planteamiento anterior, se tom como muestra al

microcontrolador Arduino UNO Rev 3 conjunto con la placa Arduino Ethernet

Shield, la cual permite que el microcontrolador haga la conexin a internet;

teniendo en cuenta que los dispositivos mviles con sistema operativo

Android y cualquier microcontrolador que pueda acceder a una conexin de

internet tienen un papel principal en el presente proyecto. De esta manera se

selecciono el dispositivo mvil LG Optimus L9 con una versin de sistema

operativo Android 4.1.2.

Tcnicas e instrumentos de recoleccin de Datos

Las tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos, son los medios

mediante el cual el investigador se relaciona con los participantes para

conseguir la informacin necesaria que permite alcanzar los objetivos del

planteamiento de proyecto. En tal sentido, Arias (1999) seala: las tcnicas

de recoleccin de datos son las distintas formas de obtener la informacin.

(p.53).

De los instrumentos de medicin segn, Hernndez, Fernndez y

Batista (1991) han aclarado:

Toda medicin o instrumento de recoleccin de los datos debe reunir dos requisitos esenciales: confiabilidad y validez. La confiabilidad de un instrumento de medicin se refiere al grado en que su aplicacin repetida al mismo sujeto u objeto, produce iguales resultados. (p. 286)

Lo que nos permitir que la investigacin se lleve a cabo de manera

satisfactoria y confiable ser haciendo la mejor eleccin del conjunto de

36

instrumentos y tcnicas de recoleccin de informacin. Respecto a la

confiabilidad de un instrumento de medicin, destaca Sampieri (2000): la

confiabilidad de medicin se refiere al grado en que su aplicacin repetida al

mismo sujeto u objeto produce iguales resultados. (p.23)

De manera que se emplean las tcnicas de revisin enfocadas en el

anlisis de la documentacin recolectada en textos, artculos de revistas

universitarias y documentos en internet para fundamentar la investigacin,

as como la tcnica de observacin directa y sistemtica sobre el objeto de

estudio, que se llevara a cabo mediante las mediciones de las variables, de

tal forma, que se pueda realizar la verificacin del buen funcionamiento del

sistema y de cualquier fenmeno que pudiera estar presente de manera

prctica.

El proceso de obtencin de informacin se lleva a cabo mediante la

utilizacin de instrumentos que presenten las caractersticas ms

convenientes para lograr llegar al objetivo de la investigacin nombradas

anteriormente. Donde, Arias (1999) explica: los instrumentos son los medios

materiales que se emplean para recoger y almacenar la informacin.

Ejemplo: fichas, formatos de cuestionario, guas de entrevistas, lista de

cotejo, grabadores, escalas de actitudes u opiniones (tipo likert), etc.. (p.25).

Para la obtencin de Datos e Investigaciones

Revisin bibliogrfica y documental: se refiere al conjunto de

informacin recopilada mediante documentacin escrita y procesada tales

como: tesis de grado, libros, artculos tcnicos y documentacin de Internet.

37

Para la Observacin Directa

Multmetro digital: Es un instrumento que permite la captura de

variables elctricas con un nivel de precisin y exactitud como: voltaje,

corriente, resistencia, frecuencia, capacitancia.

Osciloscopio: Instrumento de visualizacin porttil que entre muchas

funciones permite observar el comportamiento de cristales osciladores, su

frecuencia, y no slo observar en tiempo real las formas de las seales, sino

tambin, almacenarlas en una memoria interna o transmitirlas a un

computador para su posterior anlisis.

Para la Observacin Sistemtica

Computador Personal: tambin conocido por la abreviatura PC

(Personal Computer), es un equipo electrnico con grandes capacidades de

cmputo y procesamiento de palabras y videos, el cual es usado para

obtener la generacin, programacin del algoritmo, control e interfaz en este

proyecto.

Software de Arduino: instrumento o herramienta informtica que

permite codificar el lenguaje de programacin de las plataformas Arduino.

Adems de permitir la revisin del envi y entrega de dato en forma

satisfactoria.

Software App inventor: Programa informtico desarrollado en el

instituto de Tecnologa de Massachusetts a travs de la cual se pueden

programar y simular aplicaciones proyectadas para el Sistema operativo

Android.

38

Procedimientos para la recoleccin de informacin

Inmediatamente de aplicadas las tcnicas de recoleccin de datos, as

como almacenados se procedi a utilizar las tcnicas lgicas para analizar y

clasificar la informacin obtenida, esta facilito el uso y manejo de la misma. Al

respecto Arias (2006) determina lo siguiente: Para el anlisis de datos se

definir las tcnicas lgicas (induccin, deduccin, anlisis y sntesis).

(p.28).

Arias (1999) explica:

En lo referente al anlisis, se definirn las tcnicas lgicas (induccin, deduccin, anlisis, sntesis), o estadsticas (descriptivas o inferenciales), que sern empleadas para descifrar lo que revelan los datos que sean recogidos. (p. 26).

A continuacin se pronuncia el procedimiento para analizar la

informacin recolectada en esta investigacin.

Primeramente se realizo un anlisis previo en el que se familiarizo con

el contenido y los temas relacionados a la investigacin mediante el uso de la

lectura, posteriormente desglosando toda la informacin tcnica relacionada

con el objeto de estudio, es decir, con los dispositivos que intervienen en la

implementacin del sistema de comunicacin. De igual manera, se analizo e

investigo a cerca los programas y herramientas a utilizarse para el desarrollo

de las aplicaciones pertinentes enfocadas al proyecto a ejecutar, entre ellos,

el software de Arduino y App Inventor para as poder conseguir completar

satisfactoriamente esta investigacin.

39

Los programas y herramientas anteriormente nombrados, gozan de

una gran cantidad de aplicaciones, las mismas fueron necesarias abordar en

su totalidad, gracias a su vasta versatilidad para hacer las simulaciones y

pruebas del sistema a implementar.

Ya habiendo recolectado y procesada toda la informacin pertinente a

las herramientas a utilizar, as como los programas para el desarrollo de las

aplicaciones y de igual manera, las tcnicas y protocolos usados en la

transmisin de datos y otras etapas, se procedi a la realizacin de la

explotacin de los resultados, haciendo uso de la programacin para

codificar la plataforma Arduino y el Smartphone a fin de conseguir su

satisfactorio funcionamiento.

Al culminar el desarrollo de la aplicacin destinada para el dispositivo

mvil, as como, la aplicacin del microcontrolador mediante el software

Arduino, se realizo la conexin de ambos dispositivos por medio de una red

de rea local para completar el intercambio datos entre ellos y ejercer el

control sobre la plataforma Arduino mediante del dispositivo mvil.

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CAPTULO IV

PROPUESTA DEL DISEO

En el presente captulo, se detallar la propuesta realizada para el

diseo del sistema de supervisin y control de temperatura referente al

objetivo general del presente proyecto; as como, explicar las caractersticas,

los fundamentos tcnicos necesarios para la implementacin, el correcto

funcionamiento del mismo y la aplicacin diseada para dar por cumplido a

ciertos objetivos especficos que abordan la simulacin de un sistema de

domtica.

Figura 5. Diagrama del diseo propuesto.

Fuente: elaboracin propia.

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Descripcin de funcionamiento

Para el desarrollo del sistema de supervisin y control de temperatura

de una habitacin a travs del protocolo TCP/IP, se realizo un diagrama con

imgenes para dar un mejor entendimiento a esta idea, como se ejemplifica

de forma general en la figura 2, con la finalidad de mostrar de manera

practica el funcionamiento del sistema a desarrollar.

Figura 6. Diagrama del sistema de comunicacin entre un dispositivo

mvil y un microcontrolador remoto utilizando el protocolo TCP/IP.

Fuente: elaboracin propia.

Para explicar sencillamente lo reflejado en la Figura 6; se tiene que

empezar por, que una vez que el usuario ejecute la aplicacin instalada en el

sistema operativo Android alojada en el dispositivo mvil, se muestra la

interfaz grafica diseada para realizar el control, la cual consta de dos

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botones que ejercen el control sobre los dos dispositivos de activacin

ON/OFF y la informacin de la temperatura de dicho recinto.

Por otra parte, en el microcontrolador Arduino previamente energizado

se realizar la codificacin pertinente para poder transmitir y recibir datos

provenientes del dispositivo mvil y viceversa, para as ejercer el control

sobre los dispositivos asociados a sus salidas. Finalmente estos datos sern

usados para la activacin de dos puertos ON/OFF.

Posteriormente de que ambas aplicaciones estn en correcto

funcionamiento, conectadas y sincronizadas a las misma red de rea local;

procede el usuario a manipular las variables desde el dispositivo mvil.

Cuando una variable es alterada desde el dispositivo mvil, este enva un

paquete de datos de manera inalmbrica al microcontrolador, luego el

receptor determina la variable que fue alterada o modificada desde el mvil

para despus ejercer un comando de modificacin de dicha variable, para as

realizar el accionamiento pertinente en la salida del sistema.

De esta forma, se plantea el sistema de supervisin y control de

dispositivos que ofrece grandes ventajas y variedad de aplicaciones en

distintas ramas de la ingeniera como la electrnica entre otras y

comodidades a la hora de operar las variables de un recinto cerrado, sin

tener que permanecer cerca del receptor cuando se quiera realizar el control.

Este sistema propuesto para este trabajo de investigacin, tiene la

ventaja de brindar un tiempo de respuesta muy eficaz gracias al medio de

comunicacin usado; ya que, utilizar una conexin inalmbrica implica el uso

de un enrutador de datos inalmbrico mejor conocido como Router. Lo que

significa acortar los tiempos de respuestas gracias a las tecnologas y

dispositivos utilizados en los Router o enrutadores actuales.

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En la Figura 7 se muestra el diagrama de bloques del sistema a

desarrollar con sus respectivas salidas de dispositivos On/Off y entrada

digital.

Figura 7. Diagrama de bloques del sistema de supervisin y control de

dispositivos, utilizando un dispositivo mvil LG Optimus L9 y un

microcontrolador Arduino UNO.

Fuente: elaboracin propia.

Como aqu se muestra en la figura 7 el dispositivo mvil hace la

funcin maestro, mientras que el modulo Arduino se comporta como esclavo

ejecutando los comando de control que previamente enva el maestro

conectado a la misma red de rea local, sin embargo esto cambia en la

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primera entrada de Arduino que acta el sensor como maestro enviando los

datos del sensor DHT11 al dispositivo mvil, haciendo as que se

experimente una comunicacin de tipo full dplex.

La figura 8 desglosa los pasos a seguir para lograr el funcionamiento.

Figura 8. Diagrama de funcionamiento del sistema de supervisin y control.

Fuente: Elaboracin propia.

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Para poner en funcionamiento el sistema de supervisin y control de

dispositivos, se debe realizar primeramente la conexin de la plataforma

Arduino con los dispositivos a controlar; de igual forma, hay que conectar la

plataforma Arduino con el router inalmbrico que es el proveedor de una red

de rea local mediante la Shield Ethernet. Posteriormente, se alimenta la

plataforma Arduino, en tal sentido, que se el cdigo compilado en el

microcontrolador donde se declaran las variables, entradas y salidas a

utilizar. Luego se inicia el ciclo del cdigo que se estar corriendo en el

microcontrolador a la espera de la alteracin de alguna variable.

Se establece la conexin del dispositivo mvil a la misma red de rea

local en la que se encuentra la plataforma Arduino. Para finalizar el

funcionamiento del sistema, se ejecuta la aplicacin alojada en el dispositivo

mvil; se abre la interfaz grafica donde se visualizan ambos botones de

accionamiento de las salidas ON/OFF y el censado de la temperatura. En tal

sentido, espera la modificacin de alguna de las variables, para as realizar

un envi de modificacin de la direccin ip en la que se aloja la pagina

compilada en la plataforma Arduino.

La direccin nueva tiene la variable que ha sido alterada o modificada

con su respectivo valor nuevo; en otras palabras, se enva una cadena de

caracteres o string con los datos de la variable modificada y su valor

modificado. El microcontrolador en este sentido, hace las funciones de

comparacin para verificar cual variable fue modificada.

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Descripcin del desarrollo

Primeramente se explicara el diseo del hardware necesario para

simular un sistema domtico. Como se ha dicho anteriormente, consiste en

dos salidas de activacin ON/OFF y una entrada digital que en este caso

viene siendo la del sensor de temperatura DHT11.

En este nuevo caso, se elaborar un arreglo con una alarma y un fan

cooler como representacin de un sistema de enfriamiento para las salidas

ON/OFF y de un sensor de temperatura DHT11 para la entrada digital.

Figura 9. Circuito Implementado para la simulacin de Sistema de

supervisin y control.

Fuente: elaboracin propia.

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El sistema de supervisin y control de temperatura posee un circuito

como se muestra en la figura 9, se implementan como salida ON/OFF un

Buzzer de 5v y un motor DC de Fan Cooler de 5v, por ultimo una entrada

digital por donde se recibe el dato del sensor de temperatura. El

microcontrolador alojado en la placa Arduino UNO REV3 es el

ATMEGA328P.

Sistema de Potencia para el fan cooler y Sistema de alarma sonora

Figura 10. Circuito implementado para simular el sistema Domtico.

Fuente: elaboracin propia.

Para la implementacin de las salidas ON/OFF se utiliza un motor DC

de fan cooler de 5v y un Buzzer de 5v, de igual manera se necesito

implementar unas resistencias de proteccin a estos dispositivos, ya que se

ven obligados a variar sus niveles de voltaje constantemente. A continuacin,

se muestran los clculos realizados para poder determinar los valores

exactos que se implementaron en el circuito para el funcionamiento

satisfactorio del mismo.

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Con respecto al Buzzer de 5v se sabe que alcanza hasta un pico de

20mA de corriente en un excelente funcionamiento; por otra parte posee una

cada de tensin de 1,3v en polarizacin directa, se entiende como

polarizacin directa cuando la cada de tensin en el polo positivo es mayor a

la cada de tensin en polo negativo.

El Buzzer se enciende cuando el microcontrolador arroja por el pin de

salida al que est conectado el mismo un valor de 0 lgico, es decir, ajusta

la salida con una cada de tensin de 0v, de tal manera, se toma la siguiente

ecuacin 1 cuando el Buzzer est encendido.

= + Ecu. 1

De la ecuacin 1 se tiene que la tensin de alimentacin que es Vcc

igual a 5v, adicional conocemos el voltaje del Buzzer VB que es de 1,3v. Por

consiguiente, se determinara la cada de tensin en la resistencia Vr

posteriormente determinar la corriente haciendo uso de la ley de ohm.

= Ecu. 2

= 5 1,3

= 3,7

Despajando el voltaje de la resistencia de la ecuacin 1, si tiene la

ecuacin 2 procedemos a sustituir los valores de la dems variables y

operando, se consigue la cada de tensin en la resistencia que est en serie

con el Buzzer. Con el propsito de utilizar dicho valor para obtener el valor de

resistencia necesaria para prevenir daos en el dispositivo. La ley de ohm

determina la siguiente relacin:

= . Ecu. 3

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Lo cual significa que multiplicar la co