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5. Elementos y dispositivos de los sistemas domóticos e inmóticos
Para el proceso de automatización de viviendas y edificios es necesario controlar y detectar los parámetros y señales, tanto analógicas como digitales que se desean automatizar. Para realizar la implementación de un sistema inteligente, la domótica e inmótica utiliza multitud de elementos y dispositivos que son distribuidos a lo largo de la instalación, dependiendo de las necesidades y funcionalidades requeridas. Los componentes habituales dentro de un sistema automatizado son los sensores, actuadores, controladores, dispositivos de comunicación y elementos auxiliares e interfaz.
Estos elementos pueden encontrarse separados físicamente en varios dispositivos o encontrarlos juntos dependiendo de las soluciones de cada fabricante, por ejemplo, se encuentran dispositivos que pueden actuar como controladores, sensores y actuadores al mismo tiempo, ya que disponen de la inteligencia necesaria para mediar una variable física, procesarla y actuar.
Nota
Normalmente, los dispositivos son diseñados de forma separada para aportar mayor flexibilidad y menor coste a la hora de integrarlos en una vivienda o edificio.
A continuación, se analizarán los elementos y dispositivos más habituales en los sistemas domóticos e inmóticos.
5.1. Sensores
Los sensores son los denominados dispositivos de entrada, es decir, son los dispositivos encargados de proporcionar información sobre los diferentes parámetros dentro de la instalación inteligente, como por ejemplo, parámetros de temperatura, climatización, escape de agua, gas, etc.
El funcionamiento de un sensor consiste en convertir una magnitud física de entrada en una señal eléctrica a su salida y transmitir esta información a la unidad de control del sistema. Se puede denominar sensor a los dispositivos que estén compuestos por las siguientes tres etapas:
1 Etapa transductor: convierte las variaciones físicas captadas en magnitudes de señal.
2 Etapa de acondicionamiento de señal: regula y adapta la señal captada por el transductor para la etapa de salida.
3 Etapa de salida: tiene como misión adaptar la señal recibida y enviarla a la unidad de control.
Los sensores más usados frecuentemente dentro de los sistemas domóticos e inmóticos son los siguientes:
1 Sensores de temperatura interior para medir la temperatura en la estancia, sensor de temperatura exterior y termostato ambiental interior.
Termostato para la medición de temperatura
1 Sondas detectoras de humedad tanto exterior como interior en la vivienda, detectores de fugas de gas y agua.
Sensores de gas
1 Detector de humo/incendio, detector por radiofrecuencia para avisos sanitarios y detectores de presencia.
5.2. Actuadores
Los actuadores son los dispositivos encargados de realizar el control sobre algún elemento del sistema domótico o inmótico, como por ejemplo, motores de apertura y cierre de puertas y ventanas, electroválvulas sobre el suministro de agua y gas, reguladores de luz, así como dispositivos de alarma.
Los actuadores son los elementos de salida que utiliza el sistema para modificar el estado de determinados equipos e instalaciones. Los actuadores más utilizados en instalaciones domóticas e inmóticas clasificados según el tipo de entrada son los siguientes:
1 Analógicos: la señal de salida varía en el tiempo, tomando un valor de tensión o corriente normalizado, son utilizados para la regulación y el control.
2 Digitales: proporcionan señal de salida codificada en impulsos, utilizados para conocer parámetros establecidos por el usuario en una pantalla digital.
3 Todo o nada: actuadores con un relé interno (actuador más extendido) basado en el funcionamiento con dos únicas posiciones, por ejemplo posiciones abierto/cerrado.
Los actuadores más comunes utilizados dentro de un sistema domótico e inmótico son los siguientes:
1 Relés de actuación o contactores (activación/desactivación de electrodomésticos), motores, variadores para motores y electroválvulas.
2 Actuadores de tipo electrohidráulicos y electroneumáticos.
3 Reguladores/activadores de luz, motores para movimiento de persianas y sirenas para aviso de alarmas.
Conjunto de actuadores disponibles en el mercado para sistemas domóticos e inmóticos
Recuerde
Los sensores son los dispositivos de entrada que proporcionan información sobre los distintos parámetros del sistema y los actuadores son los encargados de realizar el control y accionamiento sobre determinados elementos.
Actividades
18. Indique los dispositivos que componen un sistema domótico.
19. ¿Qué es un sensor? ¿Y un actuador?
20. Indique algún ejemplo de sensores y actuadores utilizados en los sistemas domóticos e inmóticos.
5.3. Controladores
Es denominado como la unidad central dentro del módulo de control en un sistema domótico o inmótico. Su función es recibir la información que proviene de los demás componentes del sistema, controlar y gestionar dicha información y posteriormente enviar las órdenes al resto de módulos o dispositivos.
Además de esta función, el controlador es el encargado de establecer la comunicación con el usuario a través de teclados, teléfonos, ordenadores o pantallas táctiles. Existen diferentes tipos de controladores en función de las necesidades y características deseadas en la instalación, diferenciando dos tipos de unidad central o controlador como se muestra a continuación:
1 Central de control específica: son diseñadas para una funcionalidad específica, contienen un programa de control predeterminado e invariable, es decir, no puede realizar funciones distintas a las preprogramadas.
2 Módulos lógicos y autómatas programables (PLC): estos dispositivos no son específicos para realizar el control del sistema pero pueden ser programados para el control del sistema dependiendo de su función y aplicación.
Los controladores gestionan todos los estados de cada dispositivo y no todas son iguales, dependerá del tipo de sistema domótico elegido para la instalación, como puede ser basados en corrientes portadoras, basados en autómatas programables, sistemas domóticos inalámbricos o basados en protocolo estándar. En definitiva, el módulo de control es la parte más importante del sistema, ya que todas las conexiones eléctricas, electrónicas e informáticas que componen el sistema están directamente relacionadas con este módulo de control.
Unidades de control utilizadas en un sistema domótico e inmótico (© Fotografía: Stehfun Vía Web - CC BY-SA 3.0)
5.4. Dispositivos de comunicaciones
El bus de comunicación es el medio de transmisión por el que se transporta toda la información del sistema entre los diferentes componentes de la red. Esta comunicación se puede realizar a través de diversas tecnologías e infraestructuras de comunicación como son:
1 Cableado propio del sistema independiente de la red eléctrica por ejemplo.
2 Redes de otros sistemas como son: red eléctrica o red de telefonía.
3 Comunicación de forma inalámbrica.
Los sistemas de control domóticos interactúan con los demás componentes y módulos instalados dentro del sistema a través de un protocolo de comunicación.
Un protocolo de comunicación es el procedimiento utilizado por los sistemas que componen la red domótica que, permite establecer la comunicación entre todos los dispositivos controladores. Existen protocolos de tipo abierto y uso libre para todos, protocolos bajo licencia y protocolos propietarios para uso exclusivo del fabricante o propietarios. Elegir un protocolo determinado dependerá de las características y necesidades de nuestro sistema inteligente, siempre buscando el mayor grado de adaptación del sistema a nuestros requisitos, podrán ser:
1 Protocolos de comunicación estándar: utilizado ampliamente por diferentes empresas que fabrican productos compatibles entre sí, como por ejemplo:X-10, EHS (European Home System), KNX/EIB (European Installation Bus), LongWorks, CEBus y BatiBus.
2 Protocolos de comunicación propietarios: son los desarrollados por una empresa solo son capaces de comunicarse entre sí, como por ejemplo:Vivimat+, Cardio, PlusControl, Domaike, Creston, entre otros.
Dentro de la variedad de protocolos de comunicaciones existentes, este manual se centrará de forma más detallada y profunda en los sistemas basados en el protocolo X-10 para corrientes portadoras y en el protocolo de bus KNX/EIB, ya que es el más extendido y de mayor uso dentro de sector domótico e inmótico. Un sistema domótico e inmótico tiene la capacidad de establecer una comunicación con el usuario, de tal manera, que el usuario puede interactuar de forma remota con los dispositivos instalados como por ejemplo, recibiendo SMS al teléfono móvil como aviso de alerta, conocimiento sobre el estado de la vivienda y actuando de forma remota encendiendo o apagando la calefacción.
Para realizar esta comunicación exterior, existen dispositivos denominados pasarelas residenciales. La función de las pasarelas residenciales es establecer la conectividad completa entre las viviendas y el exterior, permitiendo de esta manera al usuario conectarse al sistema y realizar el control sobre el mismo de forma remota.
Nota
Un dispositivo pasarela residencial permite al usuario actuar de manera bidireccional con el sistema, es decir, el usuario puede tanto enviar como recibir información procedente del sistema.
5.5. Elementos auxiliares y de interfaz
Los periféricos de comunicación son el conjunto de componentes que permiten informar al usuario sobre las acciones, ejecuciones, configuración y eventos acontecidos dentro del sistema. La comunicación con el sistema se puede realizar a través de periféricos basados en comunicación inalámbrica o por cableado.
Un interfaz es un dispositivo como por ejemplo un teléfono móvil, pantalla y ordenador que muestra toda la información del sistema y que permite al usuario interactuar de manera eficaz con el sistema. La tecnología ofrece diversas maneras de realizar esta interacción de manera sencilla. Por ejemplo, existen interfaces para personas mayores o discapacidad con uso muy intuitivo y fácil que permiten a este tipo de usuarios comunicarse con el sistema automatizado.
Los elementos auxiliares y de interfaz más comunes son los siguientes:
1 Luces de alarma, dispositivos de telefonía móvil, pupitres de mando para sistemas inmóticos, teclados, mandos a distancias y botoneras.
2 Pantallas informativas, pantallas táctiles, visualizadores y PC.
Ejemplo de interfaz de usuario para el control del sistema automatizado (© Fotografía: Domoalert Smart Life Quality Vía Web - CC BY-ND 2.0)
Actividades
21. ¿Qué es un controlador? ¿Qué funciones tiene dentro de un sistema automatizado?
22. Defina el término protocolo de comunicación.
23. Indique algún ejemplo de interfaz de usuario utilizadas en sistemas domóticos e inmóticos.
Ejemplo
Se dispone de una instalación compuesta por una serie de dispositivos que permiten establecer funciones domóticas dentro de una vivienda. Los dispositivos y elementos que integran el sistema son los siguientes:
1 Controlador del sistema.
2 Sensor de gas, humo en la cocina y sensor de movimiento en el salón.
3 Actuador de persianas y electroválvula para el control del riego en el jardín.
4 Interfaces mediante mando a distancia y PC.
Los sensores son los encargados de detectar posibles incidencias de gas, humo en la cocina, mientras que el sensor de movimiento detecta si hay o no presencia de personas en el salón. Los sensores envían señales de información al controlador del sistema que ordenará la ejecución de acciones a los actuadores.
Los actuadores como la electroválvula abre/cierra el paso de agua para el riego del jardín, mientras que el actuador de persianas abre/cierra las persianas, dependiendo de la orden recibida.
El usuario interactúa con el sistema a través del mando a distancia que le permite por abrir y cerrar las persianas. Por ejemplo, el PC puede ser utilizado por el usuario para realizar la programación a una hora concreta la activación del riego en el jardín durante un tiempo determinado.
La estructura del sistema domótico e inmótico así como los dispositivos de los que está compuesto se muestra en la siguiente imagen:
Aplicación práctica
Se desea realizar una instalación domótico en una vivienda compuesta por tres dormitorios, un aseo y cuarto de baño, salón, comedor, cocina, terraza exterior, vestíbulo y pasillos de acceso a las habitaciones. Todo el sistema es gestionado por un controlador dentro de la unidad de control. Los requisitos y aplicaciones necesarias que se deben incluir en la instalación para alcanzar el Nivel 1 (mínimo), es decir, la lista de necesidades y elementos que se desean controlar dentro de la casa son:
1 Dormitorios: (1) control de persianas con pulsador, (2) activación calefacción auto-mática, (3) encendido de luz por movimiento.
2 Pasillos y vestíbulo: (3) encendido de luz por movimiento.
3 Cocina: (4) humo, (5) incendio, (6) activación lavavajillas, (7) inundación, (8) aviso sonoro en caso de incidente por humo, incendio o inundación.
4 Salón y comedor: (2) activación de calefacción automática, (1) control de persianas con pulsador, (3) encendido de luz por movimiento.
5 Baño y aseo: (7) inundación, (2) activación de calefacción automática.
6 Terraza exterior: (9) activación automática de luces.
La distribución de las aplicaciones (indicadas por la asignación de un número) en la vivienda se muestra en el siguiente plano:
Además, la instalación debe permitir interactuar al usuario con el sistema a través de una consola, pulsadores, mando a distancia y mediante el teléfono móvil estableciendo así la comunicación de forma local e inalámbrica.
Identifique cada una de las partes y elementos que componen el sistema dependiendo de las necesidades descritas anteriormente, por tanto, se deberán elegir los dispositivos adaptados a cada aplicación. La lista de elementos disponibles para cubrir nuestra instalación son los siguientes:
| LISTA DE ELEMENTOS | ||
| Sirena interior | Detector de humo | Detector de incendio |
| Detector de movimiento | Activador luces terraza | Motor movimiento de persianas |
| Teléfono móvil | Mando a distancia | Relé para electrodomésticos |
| Pulsador | Consola | Detector de inundación |
| Termostato climatización | Activador de luces en interior | |
Complete la siguiente tabla clasificando cada uno de los elementos anteriores según el tipo de dispositivo (sensores, actuadores, interfaz), indicar su función/aplicación dentro del sistema según los requerimientos expuestos anteriormente y el número de aplicación al que corresponde cada dispositivo:
| SENSORES | ||
| Dispositivo | Función/Aplicación | N.º |
| Detector de humo | ||
| Detector de incendio | ||
| Detector de movimiento | ||
| Detector de inundación | ||
| ACTUADORES | ||
| Sirena interior | ||
| Activador luces terraza | ||
| Motor movimiento de persianas con pulsador | ||
| Termostato climatización | ||
| Relé para electrodomésticos | ||
| Activador de luces interior | ||
| INTERFAZ | ||
| Pulsador | ||
| Mando a distancia | - | |
| Consola | - | |
| Teléfono móvil | - | |
Complete el siguiente esquema que describe la estructura del sistema y clasificando los dispositivos que lo componen. Tenga en cuenta que se tienen interfaces que se comunican de forma inalámbrica y por cableado.
SOLUCIÓN
La clasificación de los elementos que componen el sistema dependiendo de su función quedaría de la siguiente forma:
| SENSORES | ||
| Dispositivo | Función/Aplicación | N.º |
| Detector de humo | Envía información al controlador en caso de humo | 4 |
| Detector de incendio | Envía información al controlador en caso de incendio | 5 |
| Detector de movimiento | Envía señal al controlador para el encendido de luces | 3 |
| Detector de inundación | Envía información al controlador en caso de inundación | 7 |
| ACTUADORES | ||
| Sirena interior | Aviso de alarma en caso de recibir señal de incendio, inundación o humo | 8 |
| Activador luces terraza | Enciende las luces de la terraza de forma programada y automáticamente | 9 |
| Motor movimiento de persianas con pulsador | Ejecuta la acción de abrir/cerrar persiana cuando el usuario active el pulsador | 1 |
| Termostato climatización | Activa la calefacción según la temperatura programada | 2 |
| Relé para electrodomésticos | Enciende/Apaga los electrodomésticos de forma programada y automática | 6 |
| Activador de luces interior | Enciende las luces cuando el sensor de movimiento envía señal | 3 |
| INTERFAZ | ||
| Pulsador | Usuario pulsa par realizar una acción | 1 |
| Mando a distancia | Control de los dispositivos a distancia | - |
| Consola | Control manual del sistema | - |
| Teléfono móvil | Control a distancia del sistema | - |
El esquema que define la estructura del sistema domótico según la clasificación de los dispositivos que lo componen sería la siguiente:
6. Sistemas por corrientes portadoras
Los sistemas de corrientes portadoras se sitúan dentro de las tecnologías denominadas Power Line Comunications (PLC) y tiene como característica fundamental la utilización de la red de distribución eléctrica de baja tensión como medio de transmisión de datos. Existen diferentes fabricantes que adoptan sistemas basados en corrientes portadoras, llevando a cabo la estandarización usando el sistema X-10 que permite compatibilizar dispositivos de diferentes fabricantes.
6.1. Características del estándar X-10
El estándar X-10 es uno de los protocolos utilizados en aplicaciones domóticas más antiguos, fue desarrollado durante los años 1976 y 1978 por la compañía Pico Electronics LTD en Escocia. Este protocolo surgió con el objetivo de implementar un circuito con la capacidad de ser controlado remotamente. A continuación, se muestran las principales características de este protocolo:
1 Es un sistema descentralizado, configurable y no programable.
2 Fácil y sencilla instalación, conectar y funcionar.
3 Facilidad de manejo por parte del usuario y fácil ampliación.
Aplicaciones
La extensa gama de productos permite aplicaciones muy diversas adaptadas a las necesidades establecidas en los campos de:
1 Seguridad: intrusión, fugas de gas, inundaciones, incendio, alarma médica y simulación de presencia.
2 Confort: control centralizado/descentralizado de iluminación, persianas, mando a distancia, audio y vídeo, gestión a través de PC.
3 Ahorro energético: programación nocturna y optimización de recursos.
4 Comunicación: control telefónico remoto y control telefónico bidireccional.
Componentes básicos
Un sistema basado en corrientes portadoras está formado por un dispositivo emisor que por medio de la red eléctrica envía un datagrama hacia un dispositivo receptor, siendo el dispositivo receptor el encargado de llevar a cabo la orden recibida. Cada dispositivo posee su código de identificación dentro de la red, es decir, todos los dispositivos que componen el sistema conocen el destino del datagrama que se está transmitiendo por la red eléctrica.
Módulos de control X-10 para realizar el control lumínico
Recuerde
Un sistema basado en el estándar X-10 se caracteriza por su facilidad de instalación, los dispositivos se conectan a la red y se configuran de forma sencilla para su funcionamiento.
