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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
DISEÑO DE PROTOTIPOS DOMÓTICOS PARA DISPOSITIVOS DE CONEXIÓN
ELÉCTRICA HACIENDO USO DE TECNOLOGÍA DE BAJO COSTO ENFOCADO AL
CONFORT Y AHORRO DE ENERGÍA EN UNA CASA.
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTORES:
JOSÉ DANIEL GUERRERO PARRA
HELEN JOMAIRA TOALA VERA
TUTOR:
ING. ALFREDO NÚÑEZ, MSc.
GUAYAQUIL – ECUADOR
2018-2019
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
DISEÑO DE PROTOTIPOS DOMÓTICOS PARA DISPOSITIVOS DE CONEXIÓN ELÉCTRICA HACIENDO USO DE TECNOLOGÍA DE BAJO COSTO ENFOCADO AL CONFORT Y AHORRO DE ENERGÍA EN UNA CASA.
REVISORES: Msc. Alfredo Núñez
INSTITUCIÓN: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD: CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA: Ingeniería en Networking y telecomunicaciones
FECHA DE PUBLICACIÓN: 8/4/3019 N° DE PÁGS.: 91
ÁREA TEMÁTICA:
Soberanía, derechos y tecnologías en el ordenamiento territorial y ambiente de la construcción.
PALABRAS CLAVES: Android, Domótica, Confort, Seguridad, Ahorro.
RESUMEN: La presente propuesta de titulación involucra la creación de dos prototipos que
permitan la gestión remota desde una aplicación móvil. Así mismo esta interactuará con la serie de sensores de corriente por medio del kit de desarrollo NodeMCU – ESP32, desarrollada para el sistema operativo Android a partir de la versión 5. Esta mostrará los datos de consumo en Kwh de una carga eléctrica cualquiera, y a su vez el segundo prototipo permitirá el control de la intensidad lumínica de un foco. Ambos prototipos guardarán el último dato de consumo que el cliente haya elegido, de igual manera permiten el corte del paso de la corriente hacia ambas cargas, siendo el limite la cobertura de su red Wi-Fi. Se busca con el presente, promover el ahorro energético y económico dentro de una vivienda al igual que fomentar la cultura del cuidado al medio ambiente.
N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL:
ADJUNTO PDF SI NO
CONTACTO CON AUTOR:
José Daniel Guerrero Parra
TELEFONO:
0960032345
EMAIL:
CONTACTO CON AUTOR:
Helen Jomaira Toala Vera
TELÉFONO:
0991141014
E-MAIL:
CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN: NOMBRE: Secretaría de la CINT
TELÉFONO: (04) 2 307729
x
II
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de titulación, “DISEÑO DE PROTOTIPOS
DOMÓTICOS PARA DISPOSITIVOS DE CONEXIÓN ELÉCTRICA HACIENDO
USO DE TECNOLOGÍA DE BAJO COSTO ENFOCADO AL CONFORT Y
AHORRO DE ENERGÍA EN UNA CASA” elaborado por los señores José Daniel
Guerrero Parra y Helen Jomaira Toala Vera, alumnos no titulados de la Carrera
de Ingeniería en Networking, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la
Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en
Networking y telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber
orientado, estudiado y revisado, la apruebo en todas sus partes.
Atentamente
Ing. Alfredo José Núñez Unda, MSc.
TUTOR
III
DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado
principalmente a mis padres Sra.
Gricelda vera y el Sr. Joselo Toala por
ser un apoyo esencial en mi
crecimiento profesional y personal.
Pero en especial a mi madre, por ser
motivo de inspiración y de no rendirse
por lo que se quiere. Por siempre
confiar en mí. Por siempre ser un pilar
fuerte en este proceso.
A nuestro padre celestial por hacer
posible este logro.
Helen Jomaira Toala Vera
IV
DEDICATORIA
Mi primer pensamiento es Dios,
innegable su compañía y amor
durante este arduo sendero. Le
dedico este proyecto y toda mi
vida. A mi difunto y tan amado
abuelo, la razón por la que estoy
aquí, cumpliendo un objetivo en su
nombre. A mi abuela Angie por
estar siempre a mi lado,
apoyándome en todo momento.
A mis padres por creer en mí, por
brindarme todo su apoyo, amor y
ayuda incondicional. Por ser mi
fuente de admiración. A mis
hermanos, quienes estuvieron en
todo momento ayudándome,
alentándome a seguir, por quienes
no tenía derecho a rendirme.
Daniel Guerrero Parra
V
AGRADECIMIENTO
En primer lugar, a Dios y a mis padres
por enseñarme lo que es el verdadero
amor y por ser un apoyo incondicional.
A mi novio J. Daniel que ha sido un
apoyo y por brindarme su cariño día a
día.
Al Ing. Alfredo Núñez, quien ha
aportado con su conocimiento y
experiencia a la elaboración de este
proyecto.
Helen Jomaira Toala Vera
VI
AGRADECIMIENTO
A mi padre Dios, quien siempre está
en mi vida cuidándome y
animándome a seguir, nada fuera
posible sin ti, infinitas gracias. A mi
amada familia, eternamente
agradecido por ser mi pilar en todo
momento, por sus cuidados y
atenciones, sé que siempre será así,
los amo.
A mi novia por su gran apoyo, cuidado
y amor, por haber estado cuando más
la necesite, pilar fundamental en mi
vida. A mis tan queridos amigos, que
siempre creyeron en mí y que
estuvieron en los peores y mejores
momentos, Sergio, Teff, Priscila,
Danilo, Nixon, Dennis, Kleber,
siempre serán parte de mi vida,
gracias.
Al Ing. Alfredo Núñez, quien nos
brindó su experiencia, y conocimiento
para la elaboración del presente
trabajo.
Daniel Guerrero Parra
VII
TRIBUNAL DE PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Gustavo Ramírez Aguirre, MSc. DECANO DE LA FACULTAD
CIENCIA MATEMATICAS Y FISICAS
Ing. Francisco Palacios Ortiz, MSc. DIRECTOR DE LA CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELLECOMUNICACIONES
Ing. Ximena Acaro Chacón, MSc. PROFESOR DEL AREA
TRIBUNAL
Ing. Luis Espín Pazmiño, MSc. PROFESOR DEL AREA
TRIBUNAL
Ing. Alfredo José Núñez Unda, MSc. PROFESOR TUTOR DE PROYECTO
DE TITULACION
Ab. Juan Chávez Atocha, Esp. SECRETARIO TITULAR
VIII
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este
Proyecto de Titulación, me corresponden
exclusivamente; y el patrimonio intelectual de
la misma a la UNIVERSIDAD DE
GUAYAQUIL”
JOSE DANIEL GUERRERO PARRA
C.I 0926582099
HELEN JOMAIRA TOALA VERA
C.I 0930593041
IX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
DISEÑO DE PROTOTIPOS DOMÓTICOS PARA DISPOSITIVOS DE
CONEXIÓN ELÉCTRICA HACIENDO USO DE TECNOLOGÍA DE BAJO
COSTO ENFOCADO AL CONFORT Y AHORRO DE
ENERGÍA EN UNA CASA.
Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Autores: Guerrero Parra José Daniel
C.I.: 0926582099
Toala Vera Helen Jomaira
C.I.: 0930593041
Tutor: Ing. Alfredo Núñez, Msc
Guayaquil, 8 de abril del 2019
X
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo
Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de
Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por las
estudiantes GUERRERO PARRA JOSE DANIEL y TOALA VERA HELEN
JOMAIRA, como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en
Networking y Telecomunicaciones cuyo problema es:
DISEÑO DE PROTOTIPOS DOMÓTICOS PARA DISPOSITIVOS DE CONEXIÓN
ELÉCTRICA HACIENDO USO DE TECNOLOGÍA DE BAJO COSTO ENFOCADO
AL CONFORT Y AHORRO DE ENERGÍA EN UNA CASA.
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
TOALA VERA HELEN JOMAIRA C.I. 0930593041
GERRERO PARRA JOSE DANIEL C.I. 0926582099
Tutor: ------------------------------------------------
Ing. Alfredo José Núñez Unda, MSc.
Guayaquil, 8 de abril del 2019
XI
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital
1. Identificación del Proyecto de Titulación
Nombre Alumno: Guerrero Parra José Daniel
Dirección: Guerrero Martínez Y Claro J. Blacio Potes.
Teléfono: 0960032345 E-mail: [email protected]
Nombre Alumno: Toala Vera Helen Jomaira
Dirección: Km 8 ½ vía Daule Coop. Estrella de belén mz 1835 s 1-2
Teléfono: 0991141014 E-mail: [email protected]
Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Networking y telecomunicaciones
Proyecto de titulación al que opta: Proyecto Tecnológico
Profesor tutor: Ing. Alfredo José Núñez Unda, MSc
Título del Proyecto de titulación: Diseño de prototipos domóticos para dispositivos de conexión eléctrica haciendo uso de tecnología de bajo costo enfocado al confort y ahorro de energía en una casa.
Tema del Proyecto de Titulación: Android, Domótica, Confort, Ahorro
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de Titulación
XII
A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y
a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica
de este Proyecto de titulación.
Publicación electrónica:
Inmediata X Después de 1 año
3. Forma de envío:
El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como
archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden
ser .gif .jpeg o .TIFF.
DVDROM X CDROM
x
JOSE DANIEL GUERRERO PARRA
HELEN JOMAIRA TOALA VERA
XIII
INDICE GENERAL
APROBACIÓN DEL TUTOR ......................................................................................... II
DEDICATORIA ............................................................................................................... III
AGRADECIMIENTO ...................................................................................................... V
TRIBUNAL DE PROYECTO DE TITULACIÓN ....................................................... VII
DECLARACIÓN EXPRESA ...................................................................................... VIII
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR .......................................................X
ABREVIATURAS ......................................................................................................... XV
SIMBOLOGIA .............................................................................................................. XVI
INDICE DE CUADROS ............................................................................................. XVII
INDICE DE GRÁFICOS ........................................................................................... XVIII
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
CAPÍTULO I ..................................................................................................................... 3
EL PROBLEMA........................................................................................................... 3
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................. 3
Ubicación del Problema en un Contexto ......................................................... 3
Situación Conflicto Nudos Críticos .................................................................. 4
Delimitación del Problema .................................................................................. 5
Formulación del Problema .................................................................................. 6
Evaluación del Problema ..................................................................................... 6
OBJETIVOS ................................................................................................................. 7
OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 7
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 7
ALCANCES DEL PROBLEMA ............................................................................. 8
JUSTIFICACION E IMPORTANCIA..................................................................... 9
METODOLOGÍA DEL PROYECTO: .................................................................. 10
CAPÍTULO II .................................................................................................................. 17
MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 17
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO ...................................................................... 17
FUNDAMENTACIÓN TEORICA ......................................................................... 19
FUNDAMENTACION LEGAL ............................................................................. 27
XIV
PREGUNTA CIENTIFICA A CONTESTARSE ................................................. 31
DEFINICIONES CONCEPTUALES .................................................................... 32
CAPÍTULO III ................................................................................................................. 35
PROPUESTA TECNOLÓGICA............................................................................... 35
Análisis de factibilidad ....................................................................................... 35
Factibilidad Operacional.................................................................................... 36
Factibilidad técnica ............................................................................................. 37
Factibilidad Legal ................................................................................................ 38
Factibilidad Económica ..................................................................................... 40
Etapas de la metodología del proyecto ............................................................. 42
Diseño de la Investigación ................................................................................ 42
Planificación ......................................................................................................... 43
Diseño .................................................................................................................... 44
Codificación de la APP ...................................................................................... 47
ENTREGABLES DEL PROYECTO ................................................................... 56
MODELO DE INFORME DE PRUEBAS ............................................................... 58
Pruebas de Error ................................................................................................. 61
Población y Muestra ........................................................................................... 69
Encuestas A Residentes.................................................................................... 70
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS ........................................................................... 80
CAPITULO IV ................................................................................................................ 84
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL PRODUCTO O SERVICIO ...................... 84
CONCLUSIONES ..................................................................................................... 88
RECOMENDACIONES ............................................................................................ 89
Bibliografía ................................................................................................................... 90
Instalación de Smarth_House ................................................................................ 3
Inicialización de la Aplicación ................................................................................ 5
Registrando un dispositivo nuevo ........................................................................ 9
XV
ABREVIATURAS
Msc. Máster
KWh. Kilovatios por hora
loT. Internet de las cosas
Wifi Wireless Fidelity
V Voltios
Kv Kilovoltios
W Watts
Xp Experiencia (Versión Windows)
Pág. Página
Art. Artículo
Bit binary Digit
MHz Megahercio
Gpio General Purpose Input/Output
UarT Transmisor-Receptor Asíncrono Universal
IEEE Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
RAM Random Access Memory
ADC Convertidor Analógico-Digital
Mbps Megabits por segundo
CPU unidad central de procesamiento
Sdp Session Description Protocol
Smp Symmetric Multi-Processing
BLE Bluetooth de baja energía
SOC Sistema de chip
USB Bus Universal en Serie
ARCONEL Agencia de Regulación y Control de Electricidad
A Amperios
App Aplicación
XVI
SIMBOLOGIA
N Población
n muestra
kWh Kilovatio Hora
E error
V Voltios
Kv Kilovoltios
W Watts
μA Microamperios
mV Milivoltios
J Joule
MHz Megahercio
XVII
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1 Causas y Consecuencias ............................................................................. 5
Cuadro 2 Modelos de Sensor ACS712 ..................................................................... 25
Cuadro 3 Factibilidad Técnica del Hardware ........................................................... 37
Cuadro 4 Factibilidad Técnica del Software ............................................................ 38
Cuadro 5 Factibilidad Económica............................................................................... 40
Cuadro 6 Precio Br-sp3-us .......................................................................................... 41
Cuadro 7 Precio HS 100 .............................................................................................. 41
Cuadro 8 Iteración de Usuario .................................................................................... 44
Cuadro 9 Tabla de Muestras Secadora .................................................................... 63
Cuadro 10 Prueba de Error RMSE & MAE ............................................................... 65
Cuadro 11 Tabla de Muestras de Horno Tostador .................................................. 66
Cuadro 12 Prueba de error RMSE & MAE ............................................................... 68
Cuadro 13 Resultados de Pregunta 1 ....................................................................... 70
Cuadro 14 Resultados de Pregunta 2 ....................................................................... 71
Cuadro 15 Resultados de Pregunta 3 ....................................................................... 72
Cuadro 16 Resultadas de Pregunta 4 ....................................................................... 73
Cuadro 17 Resultados de pregunta 5 ........................................................................ 74
Cuadro 18 Resultados de Pregunta 6 ....................................................................... 75
Cuadro 19 Resultados de Pregunta 7 ....................................................................... 76
Cuadro 20 Resultados de Pregunta 8 ....................................................................... 77
Cuadro 21 Resultados de Pregunta 9 ....................................................................... 78
Cuadro 22 Resultados de Pregunta 10 ..................................................................... 79
Cuadro 23 Criterios de Aceptación ............................................................................ 85
Cuadro 24 Matriz de Satisfacción ............................................................................. 86
XVIII
INDICE DE GRÁFICOS
Figura 1 Método Scrum ............................................................................................... 13
Figura 2 Fases de XP .................................................................................................. 14
Figura 3 Sistema de Gestión Domótica ..................................................................... 19
Figura 4 Internet de las Cosas.................................................................................... 20
Figura 5 ESP32 Dev Board ......................................................................................... 23
Figura 6 Sensor ACS712 ............................................................................................ 24
Figura 7 Diagrama de Bloques Funcional ................................................................. 25
Figura 8 Categoría Tarifaria - Nivel de Tensión ....................................................... 26
Figura 9 Diagrama de Funcionalidad de la Aplicación ............................................ 45
Figura 10 Esquema de trabajo del prototipo ............................................................. 45
Figura 11 Esquema de Circuito Tomacorriente ........................................................ 46
Figura 12 Esquema de Circuito Led .......................................................................... 46
Figura 13 Ensamblaje de los dispositivos ................................................................. 48
Figura 14 Declaración e Inicialización de Módulos BT y Wi-Fi .............................. 48
Figura 15 Declaración de Librerías ............................................................................ 49
Figura 16 Código de módulo BT ................................................................................ 49
Figura 17 Función de Lectura EEPROM ................................................................... 50
Figura 18 Función de Grabar EEPROM .................................................................... 50
Figura 19 Configuración Wi-Fi .................................................................................... 51
Figura 20 Código de EEPROM .................................................................................. 51
Figura 21 BLE Server .................................................................................................. 52
Figura 22 Código de Ecuación de Corriente ............................................................. 52
Figura 23 Ensamblaje de Placa para Luminaria ...................................................... 53
Figura 24 Prueba de Medición.................................................................................... 53
Figura 25 Prototipo Ensamblado en la Luminaria .................................................... 54
Figura 26 Pruebas de Control de Intensidad Lumínica ........................................... 54
Figura 27 Medición de energía ................................................................................... 55
Figura 28 Gestión de led con la Aplicación............................................................... 55
Figura 29 Gestión de carga eléctrica con la Aplicación .......................................... 56
Figura 30 Gráficas de consumo Secadora ............................................................... 64
Figura 31 Gráficas de Consumo Horno ..................................................................... 67
Figura 32 Pregunta 1 ................................................................................................... 70
Figura 33 Pregunta 2 ................................................................................................... 71
Figura 34 Pregunta 3 ................................................................................................... 72
Figura 35 Pregunta 4 ................................................................................................... 73
Figura 36 Pregunta 5 ................................................................................................... 74
Figura 37 Pregunta 6 ................................................................................................... 75
Figura 38 Pregunta 7 ................................................................................................... 76
Figura 39 Pregunta 8 ................................................................................................... 77
Figura 40 Pregunta 9 ................................................................................................... 78
Figura 41 Pregunta 10 ................................................................................................. 79
XIX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
DISEÑO DE PROTOTIPOS DOMÓTICOS PARA DISPOSITIVOS DE
CONEXIÓN ELÉCTRICA HACIENDO USO DE TECNOLOGÍA DE BAJO
COSTO ENFOCADO AL CONFORT Y AHORRO DE ENERGÍA EN UNA CASA.
Autores:
Guerrero Parra José Daniel
Toala Vera Helen Jomaira
Tutor: Ing. Alfredo José Núñez Ulloa Msc.
RESUMEN
Se busca promover el ahorro energético y económico dentro de una vivienda al
igual que fomentar la cultura del cuidado al medio ambiente. La presente
propuesta de titulación involucra la creación de dos prototipos que permitan la
gestión remota de una carga eléctrica desde una aplicación móvil. Así mismo esta
interactuará con la serie de sensores de corriente por medio del kit de desarrollo
NodeMCU – ESP32, codificada para el sistema operativo Android a partir de la
versión 5. Esta mostrará los datos de consumo en Kwh de una carga eléctrica
cualquiera, y a su vez el segundo prototipo permitirá la variación de la intensidad
lumínica de un foco. Ambos prototipos guardarán el último dato de consumo que
el cliente elija, de igual manera permiten el corte del paso de la corriente hacia
ambas cargas.
Palabras Clave: Esp32, Ahorro, IoT, domótica, NodeMCU, Consumo
XX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
DESIGN OF DOMOTIC PROTOTYPES FOR ELECTRICAL CONNECTION
DEVICES MAKING USE OF LOW-COST TECHNOLOGY FOCUSED ON
COMFORT AND ENERGY SAVING IN A HOUSE.
Author:
Guerrero Parra José Daniel
Toala Vera Helen Jomaira
Tutor: Ing. Alfredo José Núñez Ulloa Msc.
ABSTRACT
It seeks to promote energy and economic savings within a home as well as
promoting a culture of caring for the environment. The present proposal of titling
involves the creation of two prototypes that allow the remote management of an
electric charge from a mobile application. It is also interacting with the series of
current sensors in the middle of the NodeMCU - ESP32 development kit, coded for
the Android operating system as of version 5. This is the consumption information
in Kwh of any electric charge, the second time the prototype is activated with the
variation of the light intensity of a focus. Both prototypes keep the last consumption
data that the client chooses, in the same way the cut of the passage of the current
towards both loads.
Keywords: Esp32, Ahorro, IoT, domótica, NodeMCU, Consumo
1
INTRODUCCIÓN
Es innegable el proceso evolutivo que ha sufrido la tecnología en muchas de sus
áreas con el transcurrir de los años, permitiendo la apertura al desarrollo de
nuevos proyectos orientados a distintos campos como por ejemplo la salud,
telecomunicaciones o la domótica en donde un sistema electrónico centralizado
puede gestionar la seguridad del hogar y la administración de cada uno de sus
dispositivos a un costo relativamente bajo.
Por medio de la automatización de las actividades del hogar (domótica), podemos
obtener información muy útil y en tiempo real sobre la situación actual del hogar o
de cada dispositivo dentro de él, así mismo la medición del consumo energético y
la administración de cada aparato de forma individual se debe gracias al
nacimiento de nuevos elementos electrónicos de bajo costo tales como las placas
Arduino, Raspberry Pi, ESP32, NodeMCU por nombrar solo unos pocos.
Actualmente hemos visto que las herramientas de control de energía y sistemas
de acondicionamiento ambiental tienen costos muy elevados para un ciudadano
común, estos no solo lo ven como un sueño, tener su casa inteligente es un
prácticamente un anhelo para muchos. Por otro lado, la casi ilimitada oferta de
dispositivos móviles inteligentes que existe en la actualidad y su bajo costo hacen
que la idea de crear un prototipo electrónico que pueda medir el consumo de
energía de cada artefacto en el hogar y permitir su gestión remota a través de una
aplicación móvil enviando dichos datos a través de la red inalámbrica del hogar,
sea viable.
El presente proyecto de titulación se fundamenta en el desarrollo de dos prototipos
destinados a fomentar el ahorro energético en una vivienda, uno de ellos le
permitirá al usuario interactuar con la intensidad de luz de una luminaria y el otro,
desactivar el paso de la corriente en cualquier carga conectada. Adicionalmente
el usuario podrá consultar el consumo eléctrico en ambos casos a través de una
conexión inalámbrica dentro una red local. Estos dispositivos contaran con una
aplicación móvil práctica que le facilitará al abonado la gestión de las
características antes mencionadas.
2
Uno de los alcances de este proyecto es demostrar que invirtiendo poco dinero en
una tecnología relativamente novedosa puede brindar grandes ventajas tales
como, disminuir el consumo eléctrico innecesario a corto y largo plazo, al mismo
tiempo que alarga la vida útil de los equipos electrónicos, además, promueve el
cuidado del medio ambiente procurando los recursos naturales en base al ahorro
de energía y la disminución de la contaminación lumínica.
Durante el desarrollo del capítulo I se explicará el problema a resolver, así mismo
los nudos críticos, lo cuales comprenden dónde y cómo se hace evidente dicho
problema. De igual forma las causas y consecuencias que lo definen, la
delimitación de este permitiendo centrar el trabajo investigativo de tal manera que
se pueda facilitar su gestión y resolución. Se formulará la problemática que da
origen a este documento expresándolo en un cuestionamiento estructurado y bien
definido.
El capítulo II comprenderá el marco teórico que incluye los antecedentes y teorías
científicamente validadas, que serán analizadas para tener una mejor
comprensión del problema, basándonos también en trabajos similares que
contribuirán a la realización de la propuesta. Dentro de la fundamentación teórica
se encuentran inmersas leyes, postulados validos que se usarán dentro de la
investigación. Dentro de las definiciones conceptuales se indicará la correcta
interpretación de los términos utilizados durante el proyecto.
En el capítulo III, la factibilidad operacional, técnica, legal y económica
comprenden la propuesta tecnológica, es decir, de qué manera se desarrollará el
proyecto, esquema de funcionamiento, haciendo uso de tablas y gráficos se
mostrará las características y descripción de los elementos a usarse, la viabilidad
técnica y económica del proyecto, la aceptación de la propuesta por parte del
usuario final y la correcta aplicación de las leyes en base a la elaboración de los
prototipos y su función.
En el capítulo IV de establecen los criterios de aceptación del producto o servicio,
es decir se mide y analiza si los prototipos cumplen con un nivel de rendimiento
aceptable haciendo uso de pruebas de calidad ya sean de hardware o software,
se observará el rendimiento de los elementos y/o procesos lógicos y físicos de los
prototipos de tal manera que cumplan con los criterios de aceptación.
3
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Ubicación del Problema en un Contexto
En los últimos años la evolución tecnológica ha sido la principal fuente de
innovación y desarrollo en el Ecuador. Dicha mejora no solo trae consigo
novedosos avances, sino que su implementación influye también en el aumento
de la calidad de vida en los hogares. Su continuo proceso evolutivo conlleva a su
vez un aumento en la demanda de consumo eléctrico residencial y en edificios
inteligentes.
Tomando en cuenta cifras oficiales presentadas por el Sistema Nacional de
Información en el 2015, en el país existen 4’202.644 usuarios residenciales
registrados, consumidores de energía eléctrica. Este fenómeno creciente
producido por la aplicación de este tipo de tecnología tiene no solo un impacto
positivo en el buen vivir del usuario, sino que por consiguiente afecta
sustancialmente la economía de este. (Sistema Nacional de Información, 2015).
Las empresas que proveen de la energía eléctrica también se ven afectadas por
esta situación, al no poder asegurar el abastecimiento a tan creciente demanda
anual. La consecuencia directa de este aumento desmesurado de energía se
traduce en, alzas en las tarifas de consumo eléctrico.
4
A pesar de todo esto, el gobierno nacional ha puesto en marcha algunos planes
para la administración eficiente del consumo de energía eléctrica. Todo esto con
el fin de garantizar el abastecimiento energético y reducir de manera significativa
el impacto ambiental.
Una de las principales causas de inconformidad del usuario al recibir su planilla
de luz eléctrica es creer que está pagando de más por lo que se cree fue poco
consumo. Esta situación no hace más que fomentar reclamos en ocasiones
infundados, y agencias de atención al cliente llenas de personas buscando una
explicación. Situación provocada por la falta de conocimiento sobre el valor de las
tarifas y la cultura de ahorro de energía eléctrica.
Con el fin de mitigar esta problemática actual que nos afecta a todos, se ha
propuesto el diseño de prototipos que nos brinden un control más eficiente, sobre
los datos de cuanto se está consumiendo realmente versus lo que se cree
consumir. Además, que permitirá gestionar activamente los equipos conectados
de una forma más sencilla para el usuario.
Situación Conflicto Nudos Críticos
Existe mucha desinformación con respecto a cómo tomar el consumo de energía
eléctrica, a esto se debe sumar la falta de costumbre o por decirlo de otra manera,
la falta de interés por parte del usuario en controlar el ahorro de electricidad en su
hogar. Normalmente en muchos de los casos, las personas no tienen una idea
base de cuanto consume algunos de los artefactos eléctricos que poseen en casa.
Sin embargo, pueden hacerse una idea de cuánto tiempo trabajan al día. Obtener
el tiempo de actividad del equipo, consultar el valor de kWh (kilovatio por hora) y
hacer el cálculo correspondiente, es algo que no desean hacer la mayoría de las
personas. Este proceso relativamente complejo es el que fomenta la falta de
compromiso del consumidor con la cultura del ahorro.
5
Cuadro 1 Causas y Consecuencias
Causas Consecuencias
Malas conexiones eléctricas. Incendios provocados por
cortocircuitos.
Equipos conectados sin estar en uso
(Modo Vampiro).
Incrementos en consumo planillas
eléctricas.
Equipos permanecen encendidos
indefinidamente.
Contaminación progresiva del medio
ambiente.
Problemas que se presentan en la red
eléctrica.
Equipos quemados por cortes
eléctricos inesperados.
Usuario desconoce como calcular
consumo eléctrico.
Falta de cultura de ahorro energético.
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Delimitación del Problema
Campo: Soberanía, desarrollo y tecnologías en el ordenamiento territorial y
ambiente de la construcción.
Área: Smart cities e IoT.
Aspecto: Tecnologías de la construcción, ingeniería civil y diseños
arquitectónicos.
Tema: Diseño de prototipos domóticos para dispositivos de conexión eléctrica
haciendo uso de tecnología de bajo costo enfocado al confort y ahorro de energía
en una casa.
6
Formulación del Problema
¿Un prototipo domótico de dispositivos de conexión eléctrica que brindará datos
de consumo energético, al usuario residencial vinculado a través de la red Wi-Fi
del hogar hacia una aplicación móvil podrá contribuir a la disminución del consumo
de energía eléctrica y a fomentar la cultura de ahorro energético?
Evaluación del Problema
Delimitado: Aportar una gestión tecnológica más eficiente de los equipos
eléctricos, que permita supervisar la demanda eléctrica de estos, ya sea en
entornos residenciales, oficinas, así como también en edificios inteligentes.
Claro: A través de la investigación aplicada se mostrará la mejor opción, dando a
conocer las características de cada herramienta relevante en base a las
necesidades previstas dentro del proyecto.
Concreto: El proyecto está enfocado a disminuir la demanda eléctrica, mejorar el
confort y contribuir a la seguridad en el hogar.
Relevante: Se hará uso de la tecnología de sistemas embebidos y otros
componentes eléctrico-electrónicos de bajo costo, se gestionó de una manera más
eficiente el control de los equipos electrónicos, que estarán conectados a la red
inalámbrica del hogar.
Original: Las residencias contarán con un práctico sistema de control de consumo
energético a través de una interfaz móvil que, ayudará a contribuir al ahorro de
recursos tanto eléctrico como financiero.
Contextual: Las herramientas que utilizaremos fueron establecidas en base al
avance tecnológico, y gestionadas mediante una aplicación móvil que podrá ser
instalada en la mayoría de los smartphones existentes a la fecha, que cuenten con
sistema Android.
Factible: Dada su naturaleza de bajo costo gracias a la actual tecnología de
placas con sistemas embebidos, la presente propuesta se vuelve viable y
7
económicamente atractiva a la posibilidad de contribuir a la seguridad y ahorro
eléctrico.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar dos prototipos domóticos que utilicen elementos tecnológicos de bajo
costo y una interfaz sobre una aplicación móvil para mejorar, gestionar el confort
y el ahorro de energía eléctrica en los hogares.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Definir el esquema del circuito de los elementos electrónicos que
trabajarán con la placa ESP32.
Desarrollar un sistema que permita el funcionamiento integral de los
elementos electro-electrónicos junto con la placa NodeMCU.
Por medio del entorno de desarrollo de Arduino, codificar sobre el kit de
desarrollo NodeMCU junto con ESP32. Además de
configurar el sensor de corriente ACS712 para obtener los datos del
consumo eléctrico.
Desarrollar una interfaz móvil válida para los usuarios de sistemas Android
y para la gestión del equipo eléctrico, así mismo permita interpretar al
abonado, los datos de consumo eléctrico obtenidos.
8
ALCANCES DEL PROBLEMA
La finalidad del presente proyecto de titulación será:
La creación de un programa que, mediante la utilización de sistemas
embebidos tales como ESP32 pueda medir y almacenar de forma rutinaria
los datos de consumo obtenidos directamente de la carga eléctrica, a
través del dispositivo ACS712.
El sistema constará de dos prototipos, uno para la iluminación que
permitirá regular la intensidad lumínica y mostrar el consumo eléctrico. El
segundo prototipo estará destinado a obtener datos de consumo
energético de una carga eléctrica y de igual manera enviarlos por medio
de la red Wi-Fi doméstica al aplicativo móvil instalado en el smartphone del
usuario.
Se entregará un manual de usuario que describa la instalación,
configuración y uso de la aplicación, el cual será añadido en los anexos del
presente documento.
Se adjuntará el código fuente del proyecto debidamente documentado, así
mismo será añadido dentro de la sección de anexos.
Los entornos de pruebas fueron definidos en el edificio de la carrera de
Ingeniería en Networking, así como en las respectivas residencias de los
integrantes de este proyecto, todo según sea el caso.
Se incluye los esquemas de los circuitos correspondientes a ambos
prototipos.
La aplicación permite la detección y configuración de los prototipos,
visualizar el consumo eléctrico desde la interfaz, en caso de un dispositivo
lumínico interactuar con la intensidad de luz, para ambos prototipos
concede al usuario la posibilidad de cortar el paso de la corriente.
9
JUSTIFICACION E IMPORTANCIA
La meta de esta propuesta es el diseño y desarrollo de dos prototipos que puedan
gestionar el consumo eléctrico del hogar de forma económica y con muy poca
complejidad para el usuario. Así mismo la investigación aplicada requerida, para
definir la utilización de cada uno de los dispositivos físicos y elementos lógicos
necesarios, para la construcción de dicho sistema. De esta forma se busca que el
presente trabajo de titulación pueda ser tomado en cuenta como un referente
tecnológico que brinde a la comunidad una alternativa viable de ahorro de energía.
Además de que derive en la disminución de valores a pagar por consumo eléctrico
y que al mismo tiempo contribuya a que se propague el conocimiento de dicha
tecnología y sus bondades.
Con lo anteriormente expuesto, se pretende fomentar también la cultura del ahorro
energético en la búsqueda por equilibrar el fenómeno de la oferta creciente de las
nuevas tecnologías para el hogar, que incentiva la demanda crítica de las mismas.
Esta propuesta invita a no olvidar que se debe tener presente el daño ambiental
que se produce a raíz del consumo desmedido de electricidad. A pesar de esto se
tiene como meta al mismo tiempo mejorar la calidad de vida del usuario.
10
METODOLOGÍA DEL PROYECTO:
Metodologías ágiles de desarrollo de software
Vivimos en un mundo en donde las cosas cambian a una velocidad impresionante,
el desarrollo de proyectos ha cambiado hoy en día, en donde antes para la
planificación y estructuración de este se lo hacía minuciosamente, a un modelo en
donde el desarrollo de proyectos deber ser lo más rápido y eficientemente posible.
Existen diferentes tipos de metodología que se puede aplicar en proyectos de
desarrollo de software, para que un equipo o grupo de trabajo funcione
eficientemente se requiere evaluar minuciosamente que método de desarrollo
funciona mejor para llevar a cabo cualquier proyecto. En el caso del prototipo de
domótica se plantea usar el método scrum y el método xp.
Método Scrum
Scrum es una metodología ágil y excelente opción para desarrolladores, este
modelo consiste en la asignación de tareas diarias a cada miembro del equipo
basado en reuniones rápidas y control de la evolución del proceso, es decir que
se describe como una estrategia flexible y holística de desarrollo de un producto
donde el equipo de trabajo son una unidad en busca de un objetivo en común.
(Proyectos Agiles, 2017)
El método arcilla está dividida en 5 fases:
Iniciación.
Planificación y estimación.
Implementación.
Revisión y Retrospectiva.
Lanzamiento.
11
Cada fase pasa por una serie de procesos, algunas son indispensables otras no,
eso depende del tipo de proyecto y como se va avanzando, según los resultados
se puede omitir algunos de ellos, a continuación, se explica en detalle las fases
de la metodología scrum.
Fase de Iniciación
En la fase de Iniciación busca encaminar el proyecto, hacia donde va enfocado,
para ello se da un rol a cada miembro del grupo, Como el scrum máster, product
owner, así mismo se define la lista de prioridades que sirven para el desarrollo y
lanzamiento del producto.
Procesos
Crear la visión del proyecto.
Identificar al Scrum Máster o administrador del grupo y a los interesados o
socios del proyecto.
Formación del equipo Scrum.
Desarrollo de épica.
Creación de la lista prioridades del producto.
Realizar el plan de lanzamiento.
Planificación y estimación
Aquí se organiza y se hacen las estimaciones de tiempo y esfuerzo que se
necesitará para cumplirlas, las cuáles se obtienen mediante la asignación de
tareas que se realizan en las reuniones de equipo.
Proceso
Elaborar historias de usuario (Create User Stories).
Aprobar, estimar y asignar historias de usuarios (Approve, Estimate, and
Commit User Stories).
Elaboración de tareas (Create Tasks).
Estimar tareas (Estimate Tasks).
12
Elaboración de la lista de pendientes del Sprint (Create Sprint Backlog)
Implementación
En esta fase se da seguimiento del proyecto y de actividades que se llevan a cabo.
Así como los inconvenientes o problemas que enfrenta el equipo, debido a esto
se lo hacen por medio de reuniones.
Proceso
Crear entregables (Create Deliverables).
Llevar a cabo el stand up diario (Conduct Daily Standup).
Mantenimiento de la lista priorizada de pendientes del producto (Groom
Prioritized Product Backlog).
Revisión y Retrospectiva
Para proyectos que involucran un equipo de varios usuarios se realiza esta etapa,
donde se reúnen para discutir y revisar avances y pendientes del proyecto, y se
demuestra un preview del producto, para corregir anomalías.
Procesos
Convocar Scrum de Scrums (Convene Scrum of Scrums).
Demostración y validación del Sprint (Demonstrate and Validate Sprint).
Retrospectiva de Sprint (Retrospect Sprint).
Lanzamiento
La etapa final y más esperada por parte del equipo, en esta fase se desarrolla
donde se entrega el producto al cliente, un acuerdo formal de la entrega, e
igualmente se realizan seguimiento para identificar mejoras.
Procesos
Envío de entregables (Ship Deliverables).
Retrospectiva del proyecto (Retrospect Project).
13
Figura 1 Método Scrum
Fuente: (Proyectos Agiles, 2017)
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Método Xp
Este tipo de metodología ágil se centra en potenciar las relaciones
interpersonales promoviendo el trabajo en equipo, preocupándose por el
aprendizaje de los desarrolladores y propiciando un buen clima de trabajo
con la finalidad de llegar al éxito en el desarrollo del software.
El método XP es adecuada para proyectos que contienen requerimientos
imprecisos y variables. XP permite la retroalimentación continua entre el
usuario y el equipo de desarrollo.
14
Fases del método xp
1. Fase de Exploración
2. Fase de Planificación
3. Fase de Iteraciones
4. Fase de puesta en producción
Fuente: (Salazar , 2016)
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Fase de exploración
En esta fase se busca entender los requerimientos del cliente que necesita.
Planificación
Se realiza historias del usuario, planificación de entrega del producto, se creará el
plan de interacción y las reuniones diarias que se hará para el seguimiento del
proyecto.
Figura 2 Fases de XP
15
Interacciones
Aquí se realiza el proyecto en sí, se diseña y desarrolla el producto mediante
programación dirigidas por las pruebas, propiedad del código, el uso de
estándares, etc.
Puesta en producción
Se realiza las pruebas unitarias para detectar y corregir los errores para terminar
con la prueba de aceptación del producto terminado
Supuestos y Restricciones
Supuestos
El usuario debe facilitarnos la información necesaria de los
dispositivos conectados en su vivienda y el consumo eléctrico de
cada uno de ellos.
Se espera que el usuario haga uso de la aplicación e incentive a
los demás a utilizarlo.
El administrador del proyecto debe dar seguimiento al software con
el fin de dar mantenimiento y actualizaciones según lo requiera.
El desarrollador debe tener el conocimiento suficiente del
hardware, todos los elementos de entrada, salida y de control de la
instalación domótica.
Debe estar en óptimas condiciones el sector en donde se
implementará el sistema de automatización.
Restricciones
16
Que el usuario no proporcione toda la información necesaria para
iniciar el proyecto
Hacer mal uso de la aplicación móvil y de circuito integrado
NodeMCU por parte de los usuarios.
No tener las condiciones óptimas para la instalación de la tarjeta
NodeMCU en el área que se va a automatizar.
Plan de calidad
Para garantizar la calidad del proyecto se ha realizado un plan de pruebas,
se analiza los requerimientos del usuario en cada fase de ciclo de vida del
software, así como los procesos operativos del sistema de automatización
de luminarias de la vivienda para cumplir con las normas de calidad del
producto
17
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO
En 2015 Gabriela Holguín, estudiante de la carrera de Ingeniería en Networking y
Telecomunicaciones en la Facultad de Ciencias Matemáticas y Física de la
Universidad de Guayaquil; llevó a cabo un trabajo de tesis cuya principal
motivación era evitar el desperdicio de los recursos (Camó Cojóm, 2015) de
iluminación y climatización de la carrera, empleando un sistema Inmótico muy
práctico basado en Arduino que, permita de manera eficiente el control y monitoreo
de dichos recursos a través de una interfaz de aplicación móvil. Este trabajo invita
a promover el ahorro tanto eléctrico como económico y fomentar la
responsabilidad ecológica en el edificio de la carrera. (Holguín Montes, 2015)
En el año 2014 el aspirante al título de Ingeniería Civil Electrónica por la
Universidad Austral de Chile, Francisco Calvo Torres; desarrolló una tesis basada
en un sistema domótico que hace uso de alternativas de control libres como
Arduino, Open Domo y una serie de sensores necesarios para dicha tarea. Su
principal objetivo era el ahorro energético, para ello se propuso gestionar de
manera eficiente los sistemas de iluminación y calefacción (controlando el nivel de
humedad) así mismo los equipos eléctricos en modo suspensión, integrando a su
vez el circuito de enchufes para analizar los pros y contras de dicho sistema.
(Calvo Torres, 2014)
En la ciudad de Guatemala en 2015, Henry Camó Cojóm, estudiante de la
Universidad de San Carlos de Guatemala, presentaron una tesis de grado basada
en el desarrollo de un sistema domótico y eléctrico que hace uso de paneles
solares con su debida protección y almacenamiento, destinado a generar
18
eficiencia y ahorro energético en los hogares, reduciendo el consumo innecesario.
Se concluye que con dichos prototipos se reduce a un 59% el consumo eléctrico
con respecto al valor promedio de una factura por servicio energético. (Camó
Cojóm, 2015)
Oscar Edwin Villca Gutiérrez, estudiante en 2016 por la Universidad Mayor de San
Andrés; realizó una tesis que consistía en la creación de un sistema de seguridad
domiciliaria basada en una red de sensores, valiéndose de hardware y software
libres tales como Arduino, así mismo utilizando módulos de Bluetooth que
establecían el enlace con los sensores lumínicos y de movimiento a través de una
aplicación móvil. El módulo BT se enlazaría a otro módulo HC-05 y este a su vez
con la placa Arduino, siendo esta ultima la que enviaría finalmente las
instrucciones a los sensores. Se destaca la optimización de recursos, así como la
extensión de la vida útil de los equipos eléctricos. (Villca Gutiérrez, 2016)
Lima 2017, Luis Poma Aliaga, estudiante de la Pontifica Universidad Católica del
Perú opta por el título de Ingeniería Eléctrica; presentó un trabajo de titulación que
implicaba el uso de un sistema de sensores de movimiento y de potencia eléctrica,
cuya interacción con el usuario se efectuaba mediante el uso de una interfaz móvil.
Dicho sistema domótico dependía de una serie de algoritmos basados en una red
neuronal que permitía “aprender” el comportamiento del usuario con respecto a su
presencia en el espacio de pruebas, permitiendo así con estos datos, administrar
de manera eficiente el gasto energético del sistema lumínico y demás equipos
eléctricos. (Poma Aliaga, 2017)
19
FUNDAMENTACIÓN TEORICA
DOMÓTICA
Existen varios conceptos con respecto a este término, en esta ocasión se lo
definirá como el conjunto de técnicas y tecnologías enfocadas de manera conjunta
la automatización, control y optimización de todos los sistemas presentes en el
hogar, llámense de iluminación, climatización, accesos, etc. A través de
aplicaciones que de forma centralizada permiten la fácil gestión de estos para el
usuario. Su finalidad es la de brindar una mejora al confort del hogar, aumentando
la calidad de vida del individuo. (Malave Ochoa, Rosas Vargas, & Ortiz Bautista,
2018)
Figura 3 Sistema de Gestión Domótica
Fuente: (HAMS - Home Automation & Management System, 2017)
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
20
IoT
Se define a este término como, el sistema que permite interconectar objetos entre
sí además de brindar la posibilidad de conectarlos al Internet. Gracias al auge del
hardware libre, al aprovechamiento del software libre y a la diversidad en cuanto
componentes eléctrico-electrónicos, las placas con sistemas embebidos, por
ejemplo, se ha abierto un mundo de posibilidades para la aplicación de esta
tecnología. (Osio, y otros, 2018)
Si se tiene en cuenta que el concepto no es relativamente nuevo, se puede decir
que no ha sido explorado y/o explotado en su totalidad, dando cabida a tantas
posibilidades como imaginación tenga el hombre. No obstante, la razón de aquello
se debe irónicamente a la misma limitación de ciertos componentes comúnmente
usados para su implementación, ya sea en cuanto a capacidad o seguridad,
dependiendo del uso que se desea darle.
Figura 4 Internet de las Cosas
Fuente: (Bics, 2018)
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
21
ESP8266
Es un chip Wi-Fi que cuenta con un microcontrolador integrado (Tensilica L106
32-bit RISC), en el cual se puede desarrollar un sin número de aplicaciones,
funciona a través de TCP/IP y está presente en el mercado a un precio
considerablemente bajo. Funciona a 3.3V, compatible y fácilmente acoplable a
una placa Arduino, utilizando un módulo conversor de señal se puede hacerlo
trabajar a 5V.
Además de contar con el estándar IEEE 802.11 b/g/n una de sus principales
bondades es su tecnología de bajo consumo, lo cual les brinda un respiro a los
proyectos basados en baterías. Es completamente compatible con el IDE de
Arduino, lo cual añade un beneficio extra al desarrollo de esta propuesta.
El ESP8266 cuenta con ciertas características, las cuales se detallan a
continuación:
32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 corriendo a 80 MHz, soporta
overcloking hasta 160MHz.
64 KiB de RAM para instrucciones y 96 KiB de RAM para datos.
IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi.
16 pines GPIO.
SPI e I2C.
UART en los pines dedicados, especialmente destinada a la codificación
del chip.
Convertidor Analógico-Digital (ADC) de 10 bit.
Con respecto a Wi-Fi:
Soporte 802.11 b / g / n
Compatible con 802.11n (2.4 GHz), hasta 72.2 Mbps
Desfragmentación
2 x interfaz virtual de Wi-Fi
Monitorización automática de balizas (hardware TSF)
Infraestructura de soporte Modo BSS Station / Modo SoftAP / Modo
promiscuo
Diversidad de antenas.
22
Módulos de doble núcleo con Wi-Fi y modo dual Bluetooth
Dos núcleos de CPU controlados independientemente con una frecuencia
de reloj ajustable, que van desde 80 MHz a 240 MHz.
La salida de +19.5 dBm en la antena asegura un buen rango.
Bluetooth clásico para conexiones heredadas, también compatible con
L2CAP, SDP, GAP, SMP, AVDTP, AVCTP, A2DP (SNK) y AVRCP (CT).
Compatibilidad con perfiles Bluetooth de baja energía (BLE), incluidos
perfiles basados en L2CAP, GAP, GATT, SMP y GATT como BluFi, SPP,
etc.
Bluetooth Low Energy (BLE) se conecta a teléfonos inteligentes,
transmitiendo balizas de bajo consumo para una fácil detección.
La corriente de reposo es inferior a 5 μA, lo que la hace adecuada para
aplicaciones de batería y dispositivos electrónicos portátiles.
Integra un flash de 4 MB.
Los periféricos incluyen sensores táctiles capacitivos, sensor Hall,
amplificadores de ruido de bajo nivel, interfaz de tarjeta SD, Ethernet, SPI
de alta velocidad, UART, I2S e I2C.
ESP32-WROOM-32
Este procesador presenta notables mejoras en comparación con el anterior, el
SoC ESP32, la memoria flash, los componentes discretos de alta precisión y una
antena de PCB que proporciona un rendimiento de RF sobresaliente, en
aplicaciones con espacio limitado. Esta gama de chips es ideal para trabajos de
IoT dotados de un módulo Bluetooth BLE y de Wi-Fi. (Espressif, 2018)
Son precisamente estos dos módulos integrados los que hacen de este chip la
alternativa más viable para el desarrollo de la presente propuesta. Su módulo de
Wi-Fi facilita la conexión a la red local y a su vez permite la salida hacia el Internet
por medio del ruteador, por otro lado, el BT nos facilita la interconexión entre
equipos, los celulares, por ejemplo.
23
A pesar de ser un modelo muy superior al ESP8266, su precio sigue siendo
bastante económico en comparación a la diversidad de aplicaciones que se
puedan desarrollar con este. Sobre este chip se puede codificar con lenguajes
tales como Lua, Micro Python, C++, JavaScript, entre otros.
NodeMCU ESP32
Este circuito es básicamente un kit de desarrollo Open Source, que en esta versión
ha implementado ESP32 como base y sobre el cual se desarrolla este proyecto.
Una de sus grandes ventajas es la creciente comunidad que brinda soporte y
constantemente está desarrollando nuevas herramientas para su uso. Su
regulador de voltaje en la placa facilita la alimentación eléctrica a través del puerto
USB presente. El chip CP2102 es el que gestiona la conexión USB-Serial.
(Infootec, 2018)
Figura 5 ESP32 Dev Board
Fuente: (Infootec, 2018)
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
24
Sensor de Corriente ACS712
Este sensor nos permite medir la intensidad de corriente por un precio bastante
accesible, trabaja en conjunto con el sensor de efecto Hall cuyo trabajo es detectar
el campo magnético, que se crea por inducción de la corriente que fluye por una
de las líneas que están siendo medidas en determinado instante. (Naylamp
Mechatronics, 2016)
El ACS712 se encuentra presente en módulos, los mismos que nos facilitan sus
conexiones, consta de una bornera para conectar la fase que queremos medir y 3
pines; dos para conectar la alimentación y uno reservado para la salida analógica.
Figura 6 Sensor ACS712
Fuente: (Naylamp Mechatronics, 2016)
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Dependiendo de cuál sea el rango que se necesite medir y la sensibilidad, se
deberá escoger uno de los 3 modelos presentados, a continuación, se detallarán
algunas de sus características:
25
Cuadro 2 Modelos de Sensor ACS712
MODELO RANGO SENSIBILIDAD
ACS712ELCTR-05B-T -5 a 5 A 185 mV/A
ACS712ELCTR-20A-T -20 a 20 A 100 mV/A
ACS712ELCTR-30A-T -30 a 30 A 66 mV/A
Fuente: Naylamp Mechatronics
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Para efectos de este proyecto se ha procedido a seleccionar la versión
ACS712ELCTR-20A-T del sensor, puesto que precisamos de un rango permitido
de hasta 20 A para realizar las pruebas necesarias. (MicroSystems, 2016)
Figura 7 Diagrama de Bloques Funcional
Fuente: (MicroSystems, 2016)
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
26
Tarifas Residenciales
Según pliego tarifario puesto a disposición por la ARCONEL, con fecha de
actualización junio 13 del 2018, se indica que el nivel de voltaje de suministro para
el grupo de baja tensión – al que pertenece el sector residencial – es de NT < 0,6
kV. A continuación, se muestra el cuadro que detalla la categoría tarifaria y su
nivel de tensión. (ARCONEL, 2018)
Figura 8 Categoría Tarifaria - Nivel de Tensión
Fuente: (ARCONEL, 2018)
Elaborado por: ARCONEL
Esta tarifa enmarca a todos los abonados sujetos a la categoría residencial, sin
importar el tamaño de la carga. Según lo antes mencionado el abonado debería
cancelar:
Un cargo por comercialización en USD/consumidor-mes,
independiente 1 del consumo de energía.
Cargos incrementales por energía en USD/kWh, en función de la
energía consumida.
Para calcular el consumo de energía eléctrica de cada carga presente en el hogar
basta con aplicar la siguiente formula, teniendo en cuenta:
27
El consumo que corresponde a un período determinado se denota en
kilovatios-hora (KWH).
La entidad des distribución eléctrica realiza un proceso de medición y
determina la cantidad de energía que el abonado consume en un mes,
basada a las lecturas tomadas mensualmente en los sectores urbanos y
cada dos meses en los sectores rurales.
Para calcular el consumo exacto, se multiplica la potencia del
electrodoméstico (vatios W) por el número de horas usado en el mes:
Donde:
W = Potencia
H = horas de uso al día
D = días de uso al mes
C = consumo al mes
𝐶 =𝑊 ∗ ℎ ∗ 𝑑
1000
FUNDAMENTACION LEGAL
Como afirma la constitución de la república del ecuador en la (Asamblea Nacional
Constituyente, 2011) capítulo II con respecto al de Derechos del buen vivir,
menciona:
Art 15.-El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de
tecnologías ambientalmente limpias y de energías alternativas no
contaminantes y de bajo impacto. La soberanía energética no se alcanzará
en detrimento de la soberanía alimentaria, ni afectará el derecho al agua.
(…). ( pág. 24)
28
Como afirma la constitución de la república del ecuador (Asamblea Nacional
Constituyente, 2011) sección III, Con respecto a la comunicación e información
menciona lo siguiente:
Art.16.- Todas las personas, en forma individual o colectiva, tienen
derecho a: El acceso universal a las tecnologías de información y
comunicación.
La creación de medios de comunicación social, y al acceso en igualdad de
condiciones al uso de las frecuencias del espectro radioeléctrico para la
gestión de estaciones de radio y televisión públicas, privadas y
comunitarias, y a bandas libres para la explotación de redes inalámbricas.
(pág. 24)
Art. 17.- EI Estado fomentará la pluralidad y la diversidad en la
comunicación, y al efecto:
Garantizará la asignación, a través de métodos transparentes y en
igualdad de condiciones, de las frecuencias del espectro radioeléctrico,
para la gestión de estaciones de radio y televisión públicas, privadas y
comunitarias, así como el acceso a bandas libres para la explotación de
redes inalámbricas, y precautelará que en su utilización prevalezca el
interés colectivo. (pag.25)
Como afirma la constitución de la república del ecuador con respecto sectores
estratégicos, servicios y empresas públicas menciona lo siguiente:
Art. 314.- El Estado será responsable de la provisión de los servicios
públicos de agua potable y de riego, saneamiento, energía eléctrica,
telecomunicaciones, vialidad, infraestructuras portuarias y aeroportuarias,
y los demás que determine la ley.
El Estado garantizará que los servicios públicos y su provisión respondan
a los principios de obligatoriedad, generalidad, uniformidad, eficiencia,
responsabilidad, universalidad, accesibilidad, regularidad, continuidad y
29
calidad. El Estado dispondrá que los precios y tarifas de los servicios
públicos sean equitativos, y establecerá su control y regulación. (Asamblea
Constituyente, 2008)
Como afirma la ley orgánica del servicio público de energía eléctrica del Ecuador
con respecto disposiciones fundamentales menciona lo siguiente:
Art. 1.- Objeto y alcance de la ley. - La presente ley tiene por objeto
garantizar que el servicio público de energía eléctrica cumpla los principios
constitucionales de obligatoriedad, (…), normar el ejercicio de la
responsabilidad del Estado de planificar, ejecutar, regular, controlar y
administrar el servicio público de energía eléctrica.
La presente ley regula la participación de los sectores público y privado, en
actividades relacionadas con el servicio público de energía eléctrica, así
como también la promoción y ejecución de planes y proyectos con fuentes
de energías renovables, y el establecimiento de mecanismos de eficiencia
energética. (Asamblea Nacional, 2015, pág. 4)
Art. 5.- Obligaciones de los consumidores o usuarios finales. Son
obligaciones de los consumidores o usuarios finales los siguientes:
1. Pagar oportunamente la factura de energía eléctrica.
3. Utilizar de forma eficiente la energía eléctrica.
5. Evitar cualquier riesgo que pueda afectar su salud y su vida, así
como la de los demás.
6. Cumplir las condiciones establecidas por la empresa eléctrica,
con base en la ley, los reglamentos y regulaciones, en cuanto al uso
de la energía eléctrica y al suministro del servicio público.
(Asamblea Nacional, 2015, pág. 6)
Como afirma la ley orgánica del servicio público de energía eléctrica del Ecuador
con respecto a la agencia de regulación y control de electricidad:
30
Art. 14.- Naturaleza jurídica. - La Agencia de Regulación y Control de
Electricidad ARCONEL, es el organismo técnico administrativo encargado
del ejercicio de la potestad estatal de regular y controlar las actividades
relacionadas con el servicio público de energía eléctrica y el servicio de
alumbrado público general, precautelando los intereses del consumidor o
usuario final, (...). (Asamblea Nacional, 2015, pág. 8)
Como afirma la ley orgánica del servicio público de energía eléctrica del Ecuador
con respecto régimen tarifario:
Art. 54.- Precios sujetos a regulación. Tarifas. - El ARCONEL, dentro del
primer semestre de cada año, determinará los costos de generación,
transmisión, distribución y comercialización, y de alumbrado público -
general, que se aplicarán en las transacciones eléctricas, que servirán de
base para la determinación de las tarifas al consumidor o usuario final para
el año inmediato subsiguiente. En los casos, expresamente establecidos
en la regulación correspondiente, se podrán revisar las tarifas aprobadas
para el año de vigencia. ARCONEL, previo el estudio correspondiente,
podrá fijar tarifas que promuevan e incentiven el desarrollo de industrias
básicas, considerando para el efecto la utilización de energías renovables
y amigables con el medio ambiente, a precios competitivos y estables, o
subsidios, de ser necesarios. Así mismo, ARCONEL podrá establecer
tarifas para lograr el uso eficiente de la energía. El ajuste, modificación y
reestructuración del pliego tarifario, implicará la modificación automática de
los contratos de suministro del servicio público de energía eléctrica que
incluya el servicio público de alumbrado general.
Art. 55.- Principios tarifarios. - Los pliegos tarifarios serán elaborados por
el ARCONEL, observando los principios de solidaridad, equidad, cobertura
de costos, eficiencia energética, mismos que deberán ser desarrollados en
la regulación respectiva. La tarifa será única en todo el territorio nacional
según las modalidades de consumo y niveles de tensión. Adicionalmente,
31
se deberán considerar principios de responsabilidad social y ambiental. (..)
(Asamblea Nacional, 2015, pág. 21).
Como afirma la estrategia implantación de software libre en la administración
pública central de ecuador decreto de software libre.
Art. 2. Se entiende por Software Libre, a los programas de computación
que se pueden utilizar y distribuir sin restricción alguna, que permitan su
acceso a los códigos fuentes y que sus aplicaciones puedan ser mejoradas
Estos programas de computación tienen las siguientes libertades:
Utilización del programa con cualquier propósito de uso común.
Distribución de copias sin restricción alguna.
Estudio y modificación del programa (Requisito: código fuente
disponible)
Publicación del programa mejorado (Requisitos: código fuente
disponible). (Subsecretaría de Informática, 2009)
PREGUNTA CIENTIFICA A CONTESTARSE
1. ¿Puede una aplicación para equipos Android permitir administrar de
manera automática la seguridad y ahorro energético del domicilio, brindando la
información de consumo eléctrico obtenida desde una base de datos para así
poder visualizar datos de consumo eléctrico en tiempo real, mejorar el confort en
el hogar al mismo tiempo que optimiza el ahorro energético?
2. ¿Es viable la creación de prototipos individuales con tecnología de bajo
costo, para el control del sistema lumínico y demás cargas eléctricas además de
brindar seguridad con tomas eléctricas inteligentes, para así poder alentar el
ahorro de energía?
32
DEFINICIONES CONCEPTUALES
ELECTRICIDAD
Es causada carga de electrones en movimientos positivos y negativos en
recóndito en un material conductor eléctrico.
Un generador es encargado producir la energía eléctrica cual debe rotar, que llega
a nuestros domicilios es generadas por hidroeléctricas, termoeléctricas eólicas
fotovoltaicas o por platas nucleares, aprovechando la energía viaja por los cables
de cobre que soportan alto voltaje y llegan a las subestaciones para ser
distribuidas, los transformadores que están en los postes se encargan de convertir
la energía a 120 v para distribuirla a cada domicilio.
POTENCIA ELÉCTRICA
Es la cantidad de consumo eléctrico mediante parámetros nos indica la cantidad
de energía consumida y la energía que es entregada a una fuente de energía, por
un tiempo definido, para así convertirla en diferentes tipos de energía.
TELEMEDIDA
Es una herramienta sirve para medir el consumo eléctrico en tiempo real a larga
distancia, siendo así utilizado como un abastecimiento de ahorro ‘eléctrico, y así
poder llevar amplio chequeo de la conexión eléctrica y así poder prevenir y verificar
incidencias.
TINYDB
Es un componente de App inventor, este es una base de datos la guarda
información ingresada por el usuario y estará disponible cada vez que se la
requiera, la configuración funciona de manera gráfica su programación es fácil y
muy dinámica, para la creación de aplicaciones en Android.
33
IDE (ENTORNO DE DESARROLLO INTEGRADO)
(Entorno de desarrollo integrado), es sistema multiplataforma cuya función es
emplear lenguajes de programación de manera dinámica, brindándonos mayor
adaptación de versiones.
CONSUMO VAMPIRO
Es la energía que consumen los equipos electrónicos conectados a la red
eléctrica, por varias horas sin uso.
KILOVATIO-HORA (kWh)
Definido como el trabajo realizado durante una hora por una máquina que tiene
una potencia de un kilovatio (kW).
Su equivalencia es:
1 kWh = 36 × 105 J.
WI-FI
Es la tecnología que permite la comunicación de equipos electrónicos se conecten
a una red inalámbrica por medio de radiofrecuencia o infrarrojo. Lo cual permite la
comunicación sin la necesidad de cables y nos proporciona el servicio de internet,
mediante protocolos de seguridad puede garantizar seguridad.
ACS712
Es un detector de corriente que ayuda con la medición del espacio magnético por
un conductor lineal de cobre el cual pasa por proceso de transformación a un área
magnética, proporcionando un voltaje variante. Entre mayor cantidad de corriente,
obtendremos una gran ráfaga de voltaje que llega a un pin, su voltaje de salida es
de 0 a 30 voltios, dependen a la versión a utilizar.
34
LED OPTRONIC
Es una interfaz gráfica que sirve para programar parámetros en donde se asigna
la corriente que el cliente desea por medio de un conjunto de instrucciones que
realizadas en orden para la fuente de alimentación y el uso de administrar detalles
para una aplicación en particular.
35
CAPÍTULO III
PROPUESTA TECNOLÓGICA
Análisis de factibilidad
Refiere a la elaboración y desarrollo de una propuesta viable para solucionar un
problema o necesidad de una organización o un grupo social. Para que el proyecto
sea factible se debe realizar un diagnóstico sobre el problema a resolver, en este
caso es sobre el consumo de energía eléctrica.
Según Labrador y Otros, (2002), expresan: “El diagnóstico es una reconstrucción
del objeto de estudio y tiene por finalidad, detectar situaciones donde se ponga de
manifiesto la necesidad de realizarlo” (p. 186).
Desde un punto de vista social, el ahorro y la eficiencia energética no sólo
aseguran el suministro energético, sino que mejoran el medio ambiente notándose
sus efectos tanto en el aspecto económico (menos gastos) como en el ecológico
(menos consumo de energía). Es por ello por lo que el proyecto se considera
factible. De acuerdo con los estudios previos gran parte de la población no tienen
conocimiento sobre la cantidad de energía eléctrica que consume cada artefacto
que están conectados a la red.
En la actualidad referente a la domótica y gracias a los avances tecnológicos que
han sido considerables se ha podido desarrollar un sistema de automatización de
luminarias en viviendas tradicionales usando un dispositivo móvil y una placa con
un sistema embebido NodeMCU, el cual permitirá controlar todos los dispositivos
que se encuentra conectados a la red Wi-Fi, cabe recalcar que el usuario podrá
36
reconocer el crecimiento económico y del bienestar social por el ahorro y la
eficiencia energética.
Factibilidad Operacional
La domótica se refiere a la integración de los sistemas electrotécnicos en el hogar,
estos provienen de sectores como la electricidad, la electrónica, robótica, la
informática y las telecomunicaciones, es decir la automatización y control
(encendido / apagado, apertura / cierre y regulación) de aparatos y sistemas de
instalaciones eléctricas y electrotécnicos (iluminación, climatización, persianas,
puertas y ventanas motorizados.) que busca como objetivo el confort, ahorro de
energía.
Hoy en día la domótica contribuye todo tipo de soluciones dirigidas a un variado
tipo de viviendas, además nos ofrece más funcionalidades por menos dinero, y
gracias a la evolución tecnológica es más fácil de utilizar, favoreciendo a una mejor
calidad de vida. Los métodos presentados en el proyecto cumplen con los
requisitos básicos solicitados por los usuarios que residen en las viviendas, es
decir, facilidad de uso, simplicidad, que muestre el valor monetario junto con el
dato de consumo durante la consulta, que se pueda cortar el paso de la corriente
sin estar cerca de la carga.
El proyecto actual está dirigido a las viviendas residenciales, donde los nuevos
procesos propuestos son apoyados y revisados por las competencias de la
Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de
Guayaquil, siendo aceptada en su totalidad por parte de los beneficiarios que
habitan en el sector residencial.
El diseño y desarrollo de este proyecto se considera factible, ya que cumple con
todas las funciones requeridas por las personas beneficiarias y por las autoridades
de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.
37
Factibilidad técnica
En el desarrollo de la parte técnica del proyecto se puede afirmar que es factible,
ya que hoy en día se cuenta con la tecnología necesaria y a bajo costo para
realizar el prototipo de domótica, además que el software en el que se diseñará
será de uso libre y lo tenemos a disposición en la internet, haciendo posible el
desarrollo y diseño de la aplicación móvil para el control de luminarias y consumo
de energía eléctrica.
La infraestructura tecnológica que se usará para el desarrollo de la presente
propuesta cumple con todas las características requeridas, ya que el mismo está
dirigido a una vivienda familiar donde no se requiere de hardware con mayor
capacidad de procesamiento. El hardware que se utilizará está comprendido por
un circuito con sistema embebido, llamado NodeMCU ESP32, el cual será el
encargado del procesamiento y almacenamiento de la información obtenida, en
una base de datos. Este lo podemos encontrar en el mercado a un bajo costo,
debido a esto será fácilmente adquirible.
Para la ejecución de este proyecto se detalla en el siguiente cuadro el hardware y
software a utilizarse.
Cuadro 3 Factibilidad Técnica del Hardware
HARDWARE DESCRIPCIÓN MODELO
NodeMCU Kit de desarrollo ESP-32
ACS712 Sensor de corriente ACS712ELCTR-20A-T
PrevaLED COIN 111 Led PL-CN111-G2-3600
ESP-32 Dev. Board ESP32-WROOM-32
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero P.
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero P.
38
Cuadro 4 Factibilidad Técnica del Software
Software Descripción
App Inventor Entorno de desarrollo.
IDE Arduino Entorno de desarrollo.
C++ Lenguaje de programación.
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero P.
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero P.
En la instalación del software no se necesitará de licencia ya que la codificación
será realizada en Android con un software de uso libre. Asimismo, en la web existe
mucha información que ayudara al desarrollo de esta, cubriendo así todas las
expectativas que se observaron en la iniciación del proyecto.
Factibilidad Legal
Para poder desarrollar el proyecto de domótica se debe tomar en cuenta
diversos aspectos legales para no violar ningún reglamento y evitar así cualquier
tipo de sanción y proteger nuestra aplicación, así como nuestro trabajo, para
ello se toma en cuenta las leyes del país y de Google Play.
Aquí algunas normativas que se tomó en cuenta al momento de desarrollar la
aplicación. Para poder publicar aplicaciones en la tienda de aplicaciones Google
Play, es necesario cumplir con la siguiente normativa.
Acuerdo de distribución para desarrolladores de Google Play:
2.1 Este acuerdo (en adelante, el "Acuerdo") constituye un contrato
legalmente vinculante entre el Desarrollador y Google en lo que respecta
39
al uso que el Desarrollador haga de Google Play para distribuir
Productos. El contrato se establecerá con la entidad de Google aplicable
según dónde se vaya a distribuir el Producto (de acuerdo con lo
establecido en esta página). El Desarrollador acepta, únicamente bajo
su autorización, que Google muestre los Productos y los ponga a
disposición de los usuarios para que puedan verlos, descargarlos y
comprarlos. Para utilizar Google Play y distribuir Productos, el
Desarrollador acepta este Acuerdo y proporcionará información
completa y exacta en Play Console.
2.2 Google no permitirá que el Desarrollador distribuya sus Productos a
través de Google Play y el Desarrollador no podrá aceptar el Acuerdo a
menos que se haya verificado como Desarrollador con una cuenta en
buen estado.
2.3 Si el Desarrollador acepta este Acuerdo en nombre de su empresa o
de otra entidad, manifiesta y garantiza que dispone de plena autoridad
legal para vincular a dicha empresa o entidad a este Acuerdo. Si no
dispone de la autoridad necesaria, el Desarrollador no podrá aceptar el
Acuerdo ni utilizar Google Play en nombre de su empresa ni de otra
entidad. (Google Play, 2018)
La presente propuesta es viable legalmente, debido a que toda la información
que fuere requerida al usuario será bajo estricta reserva, así mismo queda por
sentado la información obtenida de esta aplicación de automatización de
viviendas, esto en caso de presentarse cualquier reclamo ante la ley.
Cumpliendo debidamente con las normas legales que rigen en la actualidad
sobre, el diseño y construcción de viviendas seguras, se ha presentado el
proyecto que comprende el desarrollo de una aplicación con interfaz móvil que
gestione el sistema de iluminación conectado a la vivienda, además de otras
cargas eléctricas y mostrar su consumo energético.
40
Factibilidad Económica
Para el desarrollo del proyecto se utilizará tecnología de bajo costo, el software
es de uso libre y el hardware a utilizar será una laptop, un teléfono móvil y demás
suministros necesarios, por consiguiente, se considera un proyecto factible en
la parte económica, está dirigido a personas que residen en viviendas
tradicionales. En el siguiente cuadro se muestra un precio total con respecto a
la realización de este proyecto y todo lo que conlleva. Si por ejemplo, para
efectos de venta se eliminasen los gastos por herramientas y se brindara la
aplicación de forma gratuita dentro del coste, el valor por prototipo sería de entre
USD 22.50 y USD 25. Existen productos similares en el mercado con valores
que varían desde los USD 18 hasta los USD 43, cuyas funciones radican
simplemente en apagar y encender las cargas conectadas sin la posibilidad de
visualizar consumo energético alguno ni regular la intensidad lumínica.
Cuadro 5 Factibilidad Económica
Descripción Cantidad Costo ($)
NodeMCU – ESP32 2 26
ACS712 2 8
Suministros 1 50.00
Recurso humano 2 60.00
TOTAL 7 $144.00
Fuente: Datos de Investigación.
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero.
41
Cuadro 6 Precio Br-sp3-us
Nombre Descripción Costo ($)
Toma corriente
inteligente
Br-sp3-us
Activación /
Desactivación de
carga
Wi-Fi 802.11 b/g/n
(2.4GHz)
100-240 V AC 50/60
Hz. Máximo 1800W
16AMP
30
TOTAL $ 30
Fuente: Datos de Investigación.
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero.
Cuadro 7 Precio HS 100
Nombre Descripción Costo ($)
Toma corriente
inteligente
Smart Plug Wi-Fi
HS100
Activación /
Desactivación de
carga
Acceso remoto
Control de voz con
Amazon Echo (venta
por separado)
37.50
TOTAL $ 37.50
Fuente: Datos de Investigación.
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero.
42
Etapas de la metodología del proyecto
Diseño de la Investigación
(Betto, 2015) Describe que:
Las metodologías ágiles son un grupo de prácticas y procesos para la
gestión y desarrollo de proyectos que han surgido como contraposición a
los métodos tradicionales como CMMI.
Con respecto al método tradicional mencionado, “El modelo de madurez y
capacidad integrado (CMMI), es un modelo de procesos que contiene las mejores
prácticas para el desarrollo, mantenimiento, adquisición y operación de productos
y servicios” (CMMi Institute, 2019). Las metodologías agiles se compone de un
conjunto de valores y practicas importantes que forman un método para el
desarrollo de software. Para ello se escogió el método scrum ya que este modelo
consiste en la asignación de tareas a cada miembro del equipo basado en
reuniones rápidas y control de la evolución del proceso proyectando una mejor
organización de los miembros del grupo. Por otro lado, también se necesita la
parte técnica, donde va dirigida al desarrollo y codificación del proyecto es por eso
por lo que se eligió también el método xp como ingeniería de software.
Las practicas agiles de gestión de proyecto como scrum va acompañada de
prácticas agiles de ingeniería de software como el xp. La unión de estos dos
métodos beneficia al proyecto ya que mejora la productividad de este, se diseña
implementa y programa eficientemente gracias a su organización, se busca
satisfacer el requerimiento del cliente, facilita el manejo de exceso de procesos
innecesarios, y mejora la gestión de riesgo y promedio de errores en el desarrollo
de un proyecto de software.
43
Planificación
Durante esta fase del proyecto, se realizaron reuniones con los integrantes de este
y se estableció el plazo de culminación de la aplicación de control, para su
posterior entrega. El objetivo se centra en la creación de una aplicación que pueda
gestionar el sistema de iluminación y otras cargas mediante sensores, conexión
bluetooth y Wi-Fi, asimismo pueda efectuar el corte de energía a dichos equipos
para evitar el consumo innecesario durante periodos de no utilización.
Además de lo antes mencionado, se pretende crear dispositivos tecnológicos de
bajo costo para que puedan ser fácilmente accesibles, a la economía del usuario
final al que se pretende llegar. La meta es poder implementar dicho sistema a gran
escala dentro del país, fomentando el ahorro económico y energético además del
aprovechamiento de las tecnologías emergentes en la actualidad.
44
Cuadro 8 Iteración de Usuario
N. º DESCRIPCIÓN ITERACIONES
1 Ingreso de dispositivos
Iteración 1 2 Ingreso de componentes
3 Ingreso de sensores
4
Módulo de conexión y
búsqueda de los
dispositivos Iteración 2
5
Registro y consulta de
datos de registro de
dispositivos
6
Desarrollo del módulo
de captura de datos del
sensor Iteración 3
7
Desarrollo del módulo
de consulta de valores
de consumo
8 Desarrollo del módulo
de corte de energía Iteración 4
9 Módulo de control de
intensidad lumínica
Fuente: Datos de Proyecto
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Diseño
Para el debido diseño de la presente propuesta, se presenta en un diagrama
donde podremos observar la estructura básica en la que está comprendida la
aplicación y su funcionalidad. La finalidad es darle una idea más sencilla al usuario
final de como trabajará el sistema que va a emplear. Cabe recalcar que la
aplicación no cuenta con un sistema centralizado, es decir se interactúa con cada
45
dispositivo conectado a la misma, de manera individual, lo cual simplifica el
consumo de recursos durante la gestión.
Figura 9 Diagrama de Funcionalidad de la Aplicación
Fuente: Datos de Investigación
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 10 Esquema de trabajo del prototipo
Smart Monitor
1.- Configuración vía
BluetoothPrototipo Control/LED
2.- Control I/O, intensidad,
consumo vía Wlan.
Fuente: Datos de Investigación
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
•Agregar dispositivo
•Buscar dispositivo
Menú Principal
•Conectar
•Consumo
•On/Off
Smart Monitor•Consumo
•Control de intensidad
•On/Off
Luces
46
Figura 11 Esquema de Circuito Tomacorriente
Fuente: Datos de Investigación
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 12 Esquema de Circuito Led
Fuente: Datos de Investigación
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
47
Codificación de la APP
En esta sección se llevará a cabo el desarrollo a nivel lógico de la aplicación,
siguiendo los parámetros establecidos en la Figura 10 Esquema de trabajo del
prototipo, donde se fijaba su funcionalidad e interfaz de manera esquematizada.
Dicho código comprenderá de varias secciones, empezando por la definición de
las librerías necesarias para completar cada función y llamado requerido para el
tratamiento, de los distintos componentes del circuito que, a su vez integra los
sensores que tienen como finalidad medir la intensidad de corriente. Luego de un
cálculo efectuado, se pasará a definir el consumo por hora de cada carga, es decir
en kWh (kilovatios). Posteriormente se tratará la inicialización de los módulos de
Bluetooth Low Energy y Wi-Fi, se hará la asignación de los respectivas UUID
(identificador universal único) a cada dispositivo agregado, refiriéndose a las
placas en cuestión, luego de esto se habilitará la función de reconocimiento o
búsqueda de los dispositivos Bluetooth cercanos para su registro, o reconexión a
la aplicación.
Se crearon funciones dentro del código que llevaran a cabo la medición de la
corriente, su captura a través de la red inalámbrica, su almacenamiento y
posteriormente, el cálculo que se mostrará en la sección de “consumo” dentro de
la interfaz móvil. Asimismo, se crearon las instrucciones necesarias para que la
aplicación gestione de manera eficiente el paso o corte de la corriente para cada
equipo, que se encuentra conectado en ese momento, dejándolo a criterio del
usuario. El control de las luces es el siguiente módulo dentro del cual, al igual que
lo antes mencionado también será capaz de enviar datos de consumo energético,
valores tratables a través del balastro que incorpora, para ello se creó una función
que permita modifica dichos valores y así poder variar la intensidad o brillo de las
luces a voluntad del usuario final o desarrollador. Se adjunta captura del diagrama
de bloques creado en App Inventor Figura 14 Declaración e Inicialización de
Módulos BT y Wi-Fi, previa generación del ejecutable llamado “Smart House.apk
“dichos diagramas harán referencia al instanciamiento de las descripciones de
cada equipo, al igual que la inicialización del escaneo Bluetooth.
48
Figura 13 Ensamblaje de los dispositivos
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Ilustración 1. Declaración e Inicialización de Módulos BT y
Wi-Fi
Figura 14 Declaración e Inicialización de Módulos BT y Wi-Fi
49
Figura 15 Declaración de Librerías
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 16 Código de módulo BT
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
50
Figura 17 Función de Lectura EEPROM
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 18 Función de Grabar EEPROM
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
51
Figura 19 Configuración Wi-Fi
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 20 Código de EEPROM
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
52
Figura 21 BLE Server
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 22 Código de Ecuación de Corriente
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
53
Figura 23 Ensamblaje de Placa para Luminaria
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 24 Prueba de Medición
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
54
Figura 25 Prototipo Ensamblado en la Luminaria
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 26 Pruebas de Control de Intensidad Lumínica
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
55
Figura 27 Medición de energía
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 28 Gestión de led con la Aplicación
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
56
Figura 29 Gestión de carga eléctrica con la Aplicación
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
ENTREGABLES DEL PROYECTO
Cronograma, añadido en anexo.
Libro debidamente empastado.
Manual de usuario, añadido en anexo.
Ejecutable.
Código Fuente.
DVD/CD.
57
CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA
Este proyecto de titulación se llevó a cabo con el objetivo de mejorar la calidad de
vida del individuo en una vivienda, así como fomentar el ahorro energético y
económico comprendido entre los distintos sistemas que permiten el
funcionamiento idóneo del hogar. Se pueden definir como, iluminación,
acondicionamiento de aire, refrigeración, etc.
Para confirmar la aceptación del usuario con respecto a esta propuesta, se realizó
una encuesta a una determinada muestra que además avale el interés en este
tipo de aplicaciones, controladas a través de un smartphone con sistema Android.
58
Informe de Pruebas
UNVIERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
MODELO DE INFORME DE PRUEBAS MÓDULO: “Ingreso a Smart Monitor”
DATOS DE CONTROL DE CALIDAD
PARTICIPANTES: Helen Toala, Daniel Guerrero.
CARGO: Cliente.
1.- PRUEBAS DE CALIDAD
N.º Opción Casos Validación
1 Apertura de interfaz móvil Pantalla de inicio. OK
2 Apertura de interfaz móvil Opciones de
entrada de
dispositivos.
OK
3 Apertura de interfaz móvil Búsqueda de
dispositivos
guardados.
OK
59
Informe de Pruebas
UNVIERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
MODELO DE INFORME DE PRUEBAS
MÓDULO: “Agregar dispositivo”
DATOS DE CONTROL DE CALIDAD
PARTICIPANTES: Helen Toala, Daniel Guerrero.
CARGO: Programador, Cliente.
1.- PRUEBAS DE CALIDAD
N.º Opción Casos Validación
1 Menú Agregar dispositivos Ingreso de
nombre de
dispositivo.
OK
2 Menú Agregar dispositivos Ingreso de datos
de conexión de
red Wi-Fi.
OK
3 Menú Agregar dispositivos Direccionamiento
estático.
OK
4 Menú Agregar dispositivos Ingreso Tipo de
dispositivo; foco,
tomacorriente.
OK
60
Informe de Pruebas
UNVIERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
MODELO DE INFORME DE PRUEBAS
MÓDULO: “Control”
DATOS DE CONTROL DE CALIDAD
PARTICIPANTES: Helen Toala, Daniel Guerrero.
CARGO: Programador, Cliente.
1.- PRUEBAS DE CALIDAD
N.º Opción Casos Validación
1 Control Presentación del
dispositivo
apareado.
OK
2 Control Mostrar datos de
consumo.
OK
3 Control Desactivar paso
de la corriente.
OK
4 Control Permanencia de
datos en
EEPROM
ERROR DE
CORTE
ELÉCTRICO
61
5 Control Envío/recepción
datos lógicos a,
desde ESP32
OK
6 Control Control de
intensidad de luz
OK
Pruebas de Error
MAE - Error medio absoluto
Por medio del MAE se puede calcular la magnitud promedio de los errores en un
determinado conjunto de pronósticos, sin tener en cuenta la dirección. Mide la
precisión para variables continuas. Para definirlo de forma sencilla, el MAE es el
promedio sobre la muestra de verificación de los valores absolutos de las
diferencias entre el pronóstico y la observación correspondiente. El MAE refiere a
una puntuación lineal, lo que significa que todas las diferencias individuales se
ponderan por igual en el promedio.
RMSE – Error cuadrático medio
El RMSE es una regla de puntuación cuadrática que mide la magnitud promedio
del error. La ecuación para el RMSE se da en ambas referencias. Expresando la
fórmula en palabras, la diferencia entre el pronóstico y los valores observados
correspondientes se cuadran y luego se promedian sobre la muestra. Finalmente,
se toma la raíz cuadrada de la media. Como los errores se cuadran antes de
promediarlos, el RMSE otorga un peso relativamente alto a los errores grandes.
62
Esto significa que el RMSE es más útil cuando los grandes errores son
particularmente indeseables.
El MAE y el RMSE se pueden usar de forma conjunta para diagnosticar la
variación en los errores en un conjunto de pronósticos. El RMSE siempre será
mayor o igual al MAE; Cuanto mayor sea la diferencia entre ellos, mayor será la
varianza en los errores individuales en la muestra. Si el RMSE es igual al MAE,
entonces todos los errores son de la misma magnitud. Tanto el MAE como el
RMSE pueden variar de 0 a infinito. Son puntuaciones orientadas negativamente:
los valores más bajos son mejores.
Se ha efectuado el período de muestra durante un tiempo determinado, el valor
referencial es el nominal de la carga, el cual es especificado por el fabricante y
viene grabado en cada dispositivo. En las siguientes tablas dicho valor variará
dependiendo del tipo de carga a medir, mediante el cálculo respectivo: (W x horas
x Día) / 1000, se obtiene un valor teórico, expresado en kWh, lo cual es validado
por el proceso de pruebas de errores antes mencionado. Si bien es cierto en la
práctica podemos obtener valores mucho más pequeños, es relativamente normal,
pues el valor nominal de consumo refiere a la máxima potencia que puede
consumir la carga.
63
A continuación, se define una tabla donde se tomaron muestras durante 30
minutos, en un intervalo de tiempo de 2 minutos. Se uso para este caso una
secadora de pelo, cuya potencia nominal es de 1000W, se procedió a utilizar la
primera velocidad como referente, con un amperaje máximo y constante de 4.7 A.
Se han aplicado ambos métodos de pruebas de errores.
Cuadro 9 Tabla de Muestras Secadora
Tabla de muestras Tiempo de medición: 30 minutos
Número de muestra
Intervalo de tiempo (minutos)
Ítem Secadora de pelo
Smart Monitor
113V - 4,7A kWh: 0,531
1 0 - 2
Voltaje: 110V Frecuencia: 60Hz
Watts: 1000W kWh: 1
KW por minuto: 0,0166
0,019
2 2 - 4 0,038
3 4 - 6 0,057
4 6 - 8 0,076
5 8 - 10 0,095
6 10 - 12 0,114
7 12 - 14 0,133
8 14 - 16 0,152
9 16 - 18 0,171
10 18 - 20 0,19
11 20 - 22 0,209
12 22 - 24 0,228
13 24 - 26 0,247
14 26 - 28 0,266
15 28 - 30 0,285
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Se procedió con la medición en tiempo real del voltaje y amperaje, con la finalidad
de realizar el cálculo necesario para obtener los Vatios, kWh y KW por minutos,
todo para comparar los resultados obtenidos desde el prototipo toma corriente. En
64
la siguiente figura se podrá apreciar de mejor manera la diferencia entre los
valores teóricos y los reales tomados por el tomacorriente inteligente. Los valores
obtenidos por el prototipo se encuentran en color azul mientras que, los
referenciales de color naranja.
Figura 30 Gráficas de consumo Secadora
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 - 2 2 - 4 4 - 6 6 - 8 8 - 10 10 -12
12 -14
14 -16
16 -18
18 -20
20 -22
22 -24
24 -26
26 -28
28 -30
Consumo Secadora
Series1 Series2
65
Cuadro 10 Prueba de Error RMSE & MAE
N Yt Yp (Yt - Yp)
ABS (Yt - Yp) ²
ABS
1 0,0177 0,019 0,0013 0,00000169
2 0,0354 0,038 0,0026 6,76E-06
3 0,0531 0,057 0,0039 0,00001521
4 0,0708 0,076 0,0052 0,00002704
5 0,0885 0,095 0,0065 4,225E-05
6 0,1062 0,114 0,0078 0,00006084
7 0,1239 0,133 0,0091 8,281E-05
8 0,1416 0,152 0,0104 0,00010816
9 0,1593 0,171 0,0117 0,00013689
10 0,177 0,19 0,013 0,000169
11 0,1947 0,209 0,0143 0,00020449
12 0,2124 0,228 0,0156 0,00024336
13 0,2301 0,247 0,0169 0,00028561
14 0,2478 0,266 0,0182 0,00033124
15 0,2655 0,285 0,0195 0,00038025
Total 0,156 0,0020956
MAE 0,01
RMSE 0,011820
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Como se observa, en este caso el error amplificado a través de RMSE nos muestra
una magnitud de falla del 0.0118%, es decir a penas mayor al MAE con un 0.01%
de error medio absoluto. Esto quiere decir que el error es mínimo en el proceso
de medición. En el campo Yt se muestran los valores obtenidos mediante el
cálculo de un valor referencial en ese lapso (definidos en kWh), teniendo en cuenta
el intervalo de 2 minutos. Su función es compararlos contra los valores que
muestra el prototipo en el mismo intervalo de tiempo mientras realiza la medición
del consumo, mismos ubicados en el campo Yp.
66
En esta ocasión se utilizó como objeto de prueba, un horno tostador, cuyo
consumo varía con respecto al tiempo que es utilizado. Se obtuvo una medición
de campo de 113v y un amperaje de 2.5 A, con respecto al cálculo del Kilovatio
por hora, este nos mostró un valor de 0.2825 kWh.
Cuadro 11 Tabla de Muestras de Horno Tostador
Tabla de muestras Tiempo de medición: 30 minutos
Número de muestra
Intervalo de tiempo (minutos)
Ítem Horno tostador
Smart Monitor
113V - 2,5A kWh: 0,2825
1 0 - 2
Voltaje: 120V Frecuencia: 60Hz
Watts: 650W kWh: 0,65
KW/m: 0,0108
0,0151
2 2 - 4 0,0302
3 4 - 6 0,0453
4 6 - 8 0,0604
5 8 - 10 0,0755
6 10 - 12 0,0906
7 12 - 14 0,1057
8 14 - 16 0,1208
9 16 - 18 0,1359
10 18 - 20 0,151
11 20 - 22 0,1661
12 22 - 24 0,1812
13 24 - 26 0,1963
14 26 - 28 0,2114
15 28 - 30 0,2265
Watts 282,5
kWh 0,2825
kW/minuto 0,004708333
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
67
A partir de la toma de muestras manual con respecto a voltaje, amperaje y
posterior cálculo para obtener el kWh, se procedió a la comparación de dichos
resultados versus los datos obtenidos del prototipo de medición. A continuación,
se muestra la tabla de error RMSE. En la siguiente Figura 31 Gráficas de
Consumo Horno, podremos visualizar gráficamente el consumo del horno tostado,
para tener una mejor apreciación entre la diferencia de valores obtenidos vs los
calculados mediante formula. Los valores teóricos se encuentran representados
por el color azul mientras que los obtenidos por el prototipo se evidencian en color
naranja.
Figura 31 Gráficas de Consumo Horno
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 - 2 2 - 4 4 - 6 6 - 8 8 - 10 10 -12
12 -14
14 -16
16 -18
18 -20
20 -22
22 -24
24 -26
26 -28
28 -30
Consumo Horno Tostador
Series1 Series2
68
Cuadro 12 Prueba de error RMSE & MAE
N Yt Yp (Yt - Yp) ABS (Yt - Yp) ² ABS
1 0,00941667 0,0151 0,00568333 3,23E-05
2 0,01883333 0,0302 0,01136667 0,0001292
3 0,02825 0,0453 0,01705 0,0002907
4 0,03766667 0,0604 0,02273333 0,0005168
5 0,04708333 0,0755 0,02841667 0,00080751
6 0,0565 0,0906 0,0341 0,00116281
7 0,06591667 0,1057 0,03978333 0,00158271
8 0,07533333 0,1208 0,04546667 0,00206722
9 0,08475 0,1359 0,05115 0,00261632
10 0,09416667 0,151 0,05683333 0,00323003
11 0,10358333 0,1661 0,06251667 0,00390833
12 0,113 0,1812 0,0682 0,00465124
13 0,12241667 0,1963 0,07388333 0,00545875
14 0,13183333 0,2114 0,07956667 0,00633085
15 0,14125 0,2265 0,08525 0,00726756
Total 0,682 0,04005234
MAE 0,05
RMSE 0,051674
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Al analizar los resultados obtenidos, es evidente que ha aumentado el porcentaje
de error con respecto al objeto anterior, evidenciando un RMSE de 0.0516 versus
un error medio absoluto de 0.05, establecido dentro del límite permitido de
medición. De igual manera en esta ocasión, el campo Yt se muestran los valores
obtenidos mediante el cálculo de un valor referencial en ese lapso (definidos en
kWh), teniendo en cuenta el intervalo de 2 minutos. Su función es compararlos
contra los valores que muestra el prototipo en el mismo intervalo de tiempo
mientras realiza la medición del consumo, mismos ubicados en el campo Yp.
69
ENCUESTA DE SATISFACCIÓN
Población y Muestra
Se ha definido como población a los residentes de la manzana 947 de la
urbanización Ciudad del Río 2, ubicada en la Av. Narcisa de Jesús cuya población
finita será de 49 personas. En base a lo antes mencionado, se aplicará el cálculo
respectivo para determinar la muestra necesaria, la cual será encuestada. Todo
con la finalidad de medir el nivel de aceptación y satisfacción de un sistema que
permita gestionar remotamente una carga eléctrica y/o luminarias, además de
supervisar su respectivo consumo energético.
Se define entonces de la siguiente manera:
n = muestra.
M = Población.
E = Margen de error del 5%.
𝑛 =𝑁
𝐸2(𝑁 − 1) + 1
𝑛 =49
0.052(49 − 1) + 1
𝑛 =49
0.0025(48) + 1
𝑛 =49
0.12 + 1= 43.75
En esta ocasión la población resultó significativamente pequeña (49 personas), se
procede a tomar la misma como muestra y por consiguiente a realizar las
respectivas encuestas.
70
Preguntas Contestadas
Encuestas A Residentes
1.- ¿Qué dispositivo utiliza usted para conectarse a internet
frecuentemente?
Cuadro 13 Resultados de Pregunta 1
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Tablet 14 30%
2 Celular 35 70%
3 Otros 0 0%
TOTAL 49 100% Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 32 Pregunta 1
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Análisis
El 30% de los residentes encuestados utiliza como dispositivo para conectarse a
la Internet, una Tablet. El 70% usa de forma más recurrente el celular.
30%
70%
1.- ¿Qué dispositivo utiliza usted para conectarse a internetfrecuentemente?
Tablet
Celular
Otros
71
2.- En caso de haber seleccionado celular o Tablet. ¿Qué Sistema
Operativo utiliza?
Cuadro 14 Resultados de Pregunta 2
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Android 42 85%
2 iOS 7 15%
3 Symbian 0 0%
TOTAL 49 100% Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 33 Pregunta 2
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Análisis
En la pregunta 2 de la encuesta realizada a los residentes del sector, el 85% nos
refleja que utilizan el sistema operativo Android, mientras que el 15% restante
utiliza sistema iOS, nadie usa Symbian.
85%
15%
2.- En caso de haber seleccionado celular o Tablet. ¿QuéSistema Operativo utiliza?
Android
Ios
Symbian
72
3.- ¿Usted invertiría en tecnología que le ofrezca ahorro energético,
económico y seguridad?
Cuadro 15 Resultados de Pregunta 3
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Si 32 65%
2 No 7 15%
3 Tal vez 10 20%
TOTAL 49 100% Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 34 Pregunta 3
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Análisis
El 65% de los encuestados estarían dispuestos a invertir en tecnología que les
ofrezca ahorro de energía en su hogar, mientras que el 15% respondieron que no,
y el 20% tal vez.
65%
15%
3.- ¿Usted invertiría en tecnología que le ofrezca ahorroenergético, económico y seguridad?
Si
No
Tal vez
73
4.- ¿Usted estaría dispuesto a utilizar una aplicación que le ayude con el
encendido y apagado automático de las luces de su vivienda desde el lugar
que usted se encuentre?
Cuadro 16 Resultadas de Pregunta 4
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Si 42 85%
2 No 7 15%
3 Tal vez 0 0%
TOTAL 49 100% Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 35 Pregunta 4
Análisis
La mayor parte de la población estaría dispuesto a utilizar una aplicación para el
sistema automatizado de luces es sus hogares, que sería el 85% de los residentes,
mientras que el 15% responde que no, lo que respalda nuestro proyecto.
85%
15%
4.- ¿Usted estaría dispuesto a utilizar una aplicación que le ayudecon el encendido y apagado automático de las luces de suvivienda desde el lugar que usted se encuentre?
Si
No
Tal vez
74
5.- ¿Cuántas personas conviven en su domicilio?
Cuadro 17 Resultados de pregunta 5
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 1 a 2 personas 34 70%
2 3 a 4 personas 10 20%
3 5 o más 5 10%
TOTAL 49 100%
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 36 Pregunta 5
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Análisis
En el 70% de los residentes encuestados nos indican que residen no más de dos
personas por vivienda, el 20% viven de 3 a 4 personas, mientras que en el 10%
viven más de 5.
70%
20%
5.- ¿Cuántas personas conviven en su domicilio?
1 a 2
3 a 4
5 o más
75
6.- ¿Usted lleva control del consumo de energía eléctrica de su vivienda?
Cuadro 18 Resultados de Pregunta 6
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Si 10 20%
2 No 25 50%
3 No me había percatado 14 30%
TOTAL 49 100%
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 37 Pregunta 6
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Análisis
La mitad de los encuestados no llevan control alguno de cuanto consumen de
energía eléctrica, el 20% si, mientras que el 30% restante indican que no se habían
percatado de ello.
20%
50%
6.- ¿Usted lleva control del consumo de energía eléctricade su vivienda?
si
no
no me habia percatado
76
7.- ¿Usted cree que, si conoce el consumo diario de energía eléctrica de su
vivienda, crearía un nuevo habito de ahorro eléctrico?
Cuadro 19 Resultados de Pregunta 7
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Si 25 50%
2 No 10 20%
3 Tal vez 14 30%
TOTAL 49 100% Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 38 Pregunta 7
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Análisis
El 50% de la población responden que si crearían un nuevo habito de ahorro
electico si llegan a notar cuanto consumen de energía a diario, 30% indican que
tal vez lo hagan, y el 20% restante opinan que no.
50%
20%
7.- ¿Usted cree que si conoce el consumo diario de energíaeléctrica de su vivienda, crearía un nuevo habito de ahorroeléctrico?
si
no
tal vez
77
8.- ¿En qué actividad del hogar consume más energía eléctrica?
Cuadro 20 Resultados de Pregunta 8
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Iluminación 25 50%
2 Enfriamiento A/C 5 10%
3 Electrodomésticos 19 40%
TOTAL 49 100%
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 39 Pregunta 8
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Análisis
La mitad de los residentes encuestados indican que el mayor consumo de energía
eléctrica que tienen en sus hogares es en la parte de la iluminación, el otro 40%
en electrodomésticos, y el 10% en enfriamiento.
50%
10%
8.- ¿En qué actividad del hogar consume más energía eléctrica?
Iluminación
Enfriamiento a/c
Electrodomésticos
78
9.- ¿Usted cree útil el uso de tecnologías de control y domótica en el hogar
para mejorar la administración de consumo de energía eléctrica?
Cuadro 21 Resultados de Pregunta 9
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Muy útil 35 70%
2 Poco útil 7 15%
3 Nada útil 7 15%
TOTAL 49 100%
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 40 Pregunta 9
Análisis
El 70% de los residentes ven muy útil el uso de tecnología domótica en sus
hogares para llevar un mejor control de energía eléctrica de sus casas, el 15%
lees parece poco útil, y el otro 15% indican que no es necesario lo que respalda
nuestro proyecto.
70%
15%
9.- ¿Usted cree útil el uso de tecnologías de control y domótica enel hogar para mejorar la administración de consumo de energíaeléctrica?
Muy útil
Poco útil
Nada útil
79
10.- ¿Estaría usted interesado en implementar un sistema de
automatización en su hogar?
Cuadro 22 Resultados de Pregunta 10
N.º Mediante Residentes Frecuencia %
1 Muy interesado 35 70%
2 Poco interesado 12 25%
3 Nada interesado 2 5%
TOTAL 49 100%
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Figura 41 Pregunta 10
Fuente: Urbanización Ciudad del Rio 2
Elaborado por Helen Toala, Daniel Guerrero
Análisis
La mayor parte de los usuarios estarían interesados en el uso de un sistema de
automatización en sus hogares, el 25% no está del todo interesado, y el ultimo 5%
no está nada interesado.
70%
25%
10.- ¿Estaría usted interesado en implementar un sistema deautomatización en su hogar?
Muy interesado
Poco interesado
Nada interesado
80
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS
Para conseguir la información requerida se utilizó la observación directa del sector
y luego se procedió a la encuesta realizada a los habitantes de las viviendas
residenciales.
La información científica que justifica las aseveraciones vertidas en este
documento ha sido obtenida de libros, folletos, páginas web de lugares
reconocidos y autores versados en los temas investigados.
Se utilizó para procesar nuestra investigación los programas Word,
Excel, internet.
Se utilizó la técnica de la encuesta por medio de un formulario de
preguntas dirigido a los residentes de las viviendas.
Se elaboró cuadros y gráficos estadísticos en una hoja de cálculo.
Análisis de resultados.
Por ende, se llevó a cabo la codificación de la información obtenida de la
investigación en donde se clasificó y se ordenó este de acuerdo con la información
bibliográfica. Y las encuestas realizadas se mostraron de manera cuantitativa.
Las opiniones discutidas en los instrumentos que se anexa mediante la encuesta
reflejan la realidad como se ve la necesidad de mejorar el ahorro de energía
eléctrica en las viviendas. Para el desarrollo de nuestro análisis e interpretación
de los resultados se presentan en cuadros y gráficos con sus respectivas lecturas,
contribuciones teóricas y conclusiones parciales por cada pregunta que se realizó
en la encuesta.
El propósito de esta investigación mediante las encuestas es analizar y definir las
necesidades que tienen los usuarios sobre el consumo de energía eléctrica, y la
importancia de su ahorro. La aplicación de un sistema automatizado en los
hogares mejorará el ahorro de energía eléctrica y por ende su economía.
81
En el cuestionamiento número 1, el 70% de los encuestados denota una
preferencia hacia el uso de dispositivos celulares para una conexión a Internet,
mientras que el 30% restantes la prefiere mediante tabletas. Esto nos indica la
factibilidad de una conexión de red por parte del usuario.
La pregunta 2 con respecto al primer cuestionamiento, nos muestra qué además
de la preferencia por el uso de celulares, el sistema operativo preferido del usuario
es Android con un 85% por encima del 15% de iOS. Esto nos demuestra la
viabilidad en la compatibilidad del proyecto para dicho sistema.
Analizando los resultados obtenidos en la pregunta 3, se observa un notorio
interés por parte del usuario con un 65% de interés por acceder a tecnologías que
le brinden una forma de conocer cuánto consumen en electricidad y por ende
cuanto es el costo de dicho consumo. Por otro lado, el 20% indicó que tal vez haría
uso de la aplicación, sin mostrar certeza. El 15% no mostró estar interesado.
Con respecto al uso de una aplicación para la gestión remota del sistema de
iluminación, en la pregunta 4, el 85% de los encuestados estuvo de acuerdo con
la utilización de esta al parecerles interesante, ya que evita la molestia de
acercarse al interruptor para apagar las luces. El 15% restante no estuvo de
acuerdo.
En la pregunta 5, el 70% de los consultados indican que en su domicilio solo
habitan de 1 a 2 personas, el 20% de 3 a 4 individuos, mientras que el 10% de 5
o más. Esta consulta es útil para tener una idea de la proporción que podría tener
el consumo eléctrico en cada hogar, lo que influiría en el uso o no del sistema.
Cuando se consultó sobre si los encuestados llevaban actualmente un control
sobre el consumo eléctrico en su vivienda, en la pregunta 6, el 20% se pronunció
favorablemente, mientras que el 50% indicó no seguir ningún tipo de supervisión
sobre el mismo. Sin embargo, el 30% de los consultados respondió no haberse
percatado sobre cuanto están consumiendo en sus viviendas, lo que nos indica la
falta de interés sobre el ahorro energético en los hogares a la vez del
desconocimiento sobre la posibilidad de gastar menos dinero por este motivo.
82
En la pregunta 7, el 50% de los encuestados indicó que si tuvieran conocimiento
de cuánto dinero están gastando por motivo de consumo eléctrico, fomentaría un
hábito de ahorro energético sin duda. El 20% indicó no generaría un nuevo hábito
de ahorro, el 30$ se mostró con dudas al respecto, dejando la posibilidad abierta.
Al consultarle a las personas sobre qué actividad de sus hogares presentan una
mayor cantidad de consumo eléctrico o uso diario, en la pregunta 8, el 50%
respondió que el sistema de iluminación es imprescindible, el 10% indicó que el
sistema de enfriamiento es el que más consume en su hogar, mientras que el 40%
restantes sugirió que la concentración de consumo eléctrico se evidencia en los
electrodomésticos. Estos resultados indican que de ser posible la gestión eléctrica
de las actividades que mayor consumo eléctrico efectúan, se evidenciaría un
ahorro financiero importante en las planillas de los encuestados.
En el cuestionamiento 9, el 70% de los consultados indicó que sería muy útil el
uso de tecnologías de control que permitan administrar el consumo eléctrico, el
15% sugirió su poca utilidad mientras que el 15% restante indicó que sería nada
útil. En su mayoría están de acuerdo en que, de existir la posibilidad de llevar un
mejor control de consumo energético y por ende financiero su uso sería
perfectamente viable y conveniente.
Finalmente, en la pregunta 10, el 70% de los encuestados respondió estar muy
interesados en la implementación de un sistema que permita automatizar su
hogar, mejorando el confort en el mismo. El 25% mostró poco interés en dicha
implementación mientras que el 5% evidenció un interés nulo en la misma.
En general la mayoría de encuestados mostraron un genuino interés en un
prototipo que les permita gestionar de manera remota los objetos del hogar, así
mismo que les brinden información sobre el consumo eléctrico y financiero en
tiempo real de los mismos. Según los resultados, la mayoría de consultados
83
poseen celulares con sistema operativo Android, lo que evidencia la familiarización
con tecnología móvil y acceso a redes inalámbricas. Así mismo la finalidad de este
trabajo de titulación es proveer la posibilidad de que el usuario fomente una cultura
de ahorro eléctrico-financiero, mejorando su calidad de vida y una mejor gestión
de sus recursos a la vez que contribuye con el confort y permite mejorar la calidad
de vida de las personas.
84
CAPITULO IV
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DEL PRODUCTO O
SERVICIO
En este último capítulo, se detalla los aspectos de aceptación y validación de la
propuesta, además el mismo culmina con las conclusiones y recomendaciones del
proyecto.
El presente proyecto tecnológico fomentará el ahorro energético en las viviendas,
entiéndase luminarias, así como cualquier carga eléctrica que no supere el límite
de medición establecido dentro de la presente propuesta. La supervisión del
consumo energético de los equipos será factible, por medio de la creación de una
aplicación para dispositivos móviles que cuenten con el sistema Android.
Dicha aplicación será la encargada de interactuar con la placa NodeMCU que a
su vez contiene los sensores necesarios para realizar la gestión, enviando los
datos registrados hacia la misma de tal manera que el abonado pueda acceder a
ellos en cualquier instante. Esta brindará la facilidad de gestión al abonado, de
igual manera mayor comodidad para promover la economización y visualización
del consumo de energía de los electrodomésticos conectados a la red eléctrica.
85
Cuadro 23 Criterios de Aceptación
RENDIMIENTO CRITERIOS DE APROBACION
Accesibilidad
Permite que el usuario pueda acceder de forma
sencilla a la aplicación móvil, muestra datos de
consumo eléctrico a través de dispositivos
electrónicos y software que fueron anteriormente
programados.
A los ojos del usuario final es didáctica y sencilla.
Medición de consumo Sensor correctamente calibrado, el tiempo de
medición es idóneo.
Control
Facilidad de manejo para el usuario, brinda
rapidez al usuario con respecto a
encendido/apagado de luminarias domésticas y
otras cargas eléctricas, desde cualquier lugar del
hogar además de permitir regular la intensidad
lumínica de las mismas.
La aplicación utiliza recursos de hardware y
software para mayor eficiencia en su manejo y así
brindar un producto de rápida respuesta además
de útil.
Se utilizó el kit de desarrollo NodeMCU junto con
ESP32 por sus bondades técnicas, las cuales
facilitan la gestión de ambos dispositivos.
Interacción
Se gestiona por medio de red Wi-Fi, posee una
interfaz gráfica, contiene un diseño sencillo y
cómodo, para facilitar la interacción entre el
usuario y la aplicación.
Compatibilidad
Es compatible con el sistema operativo móvil
Android, a partir de la versión 5.
86
Configuración de red
Ambos prototipos se conectan vía Bluetooth a la
aplicación para la gestión del direccionamiento
estático de red, una vez configurada la interfaz
inalámbrica, toda la gestión se realiza a través de
la red Wi-Fi del cliente.
Almacenamiento
La base de datos que utiliza es Tinydb, simple y
funcional precisa para este tipo de proyectos. Esta
mostrará los datos en pantalla mientras la
aplicación este abierta y el botón de consumo sea
pulsado.
Consulta de datos Tiempo de consulta desde la app de 1-2 segundos
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
Cuadro 24 Matriz de Satisfacción
Criterios
Rangos
Resultado
¿Cree usted que es fácil
utilizar la aplicación que
controle las luminarias
del hogar?
Alto
Medio
Bajo
ALTO
La aplicación es fácil de
usar sin necesidad de
leer manuales.
Alto
Medio
Bajo
ALTO
La aplicación cuenta con
almacenamiento de
datos.
Alto
Medio
Bajo
MEDIO
87
La aplicación nos
muestra valores de
consumo.
Alto
Medio
Bajo
ALTO
El prototipo ofrece
seguridad, ahorro, y bajo
costo
Alto
Medio
Bajo
ALTO
El prototipo nos ofrece
ahorro de energía
eléctrica
Alto
Medio
Bajo
ALTO
¿Recomendaría usted el
producto que este
trabajo de titulación
ofrece?
Alto
Medio
Bajo
ALTO
Fuente: Helen Toala, Daniel Guerrero
Elaborado por: Helen Toala, Daniel Guerrero
88
CONCLUSIONES
Se desarrollan ambos prototipos partiendo de los esquemas de sus
circuitos previamente definidos, teniendo como base de estos la tarjeta
NodeMCU con ESP32, gracias a esta placa con sistema embebido, se
logró crear de forma accesible la conexión digital entre el usuario y los
objetos del hogar.
Se define la configuración de los sistemas integrados para la elaboración
del proyecto. Por medio de la investigación realizada con respecto a las
características, funcionamiento y forma de utilización del sensor ACS712,
además del proceso para obtener los valores correctos del consumo de
una carga eléctrica, se logró demostrar la viabilidad del prototipo
realizando las respectivas pruebas de campo.
Ofrece comodidad al usuario final permitiéndole que, desde cualquier lugar
del hogar, sin tener que trasladarse a los interruptores del domicilio, pueda
activar el encendido/apagado, así como el control de la intensidad de
luminarias, de igual manera para la desconexión de cualquier carga
eléctrica que esté haciendo uso del prototipo.
Se demuestra que la utilización de la tecnología puede ser segura y de
bajo costo, para usuarios que aprecian su bienestar y comodidad. De igual
forma puede ayudar a fomentar el ahorro financiero del hogar por medio
del control del consumo eléctrico.
El ejecutable de la app fue creado sobre la plataforma App Inventor, la
misma que presenta los datos obtenidos desde la placa y almacena el
último dato.
Debido a las bondades del módulo BT low energy del ESP32, fue posible
facilitar la gestión IP de los dispositivos, teniendo en cuenta la necesaria
configuración estática para la perfecta comunicación de la app con los
prototipos. Las pruebas realizadas en varias locaciones, tanto de la carrera
como de los domicilios de los integrantes, se validaron de manera correcta
obteniendo los resultados deseados: medición, gestión,
activación/desactivación del flujo eléctrico de los módulos.
89
RECOMENDACIONES
Se recomienda lo siguiente para mejorar el proyecto de titulación:
Mostrar de manera gráfica valores de consumo energético, para que la
aplicación sea más amigable e intuitiva para el usuario, guardando datos
mensuales del consumo energético.
La creación de perfiles de usuario dentro de la aplicación, donde se permita
guardar de manera predeterminada la intensidad de la luz, por ejemplo.
Solventar la necesidad de mantener conectado el prototipo para evitar
perder datos del consumo.
Añadir la opción de reseteo lógico sin necesidad de cortar el paso de la
corriente del prototipo.
Podría añadirse la interoperabilidad al dispositivo para maximizar el
alcance de su uso hacia otros usuarios.
Actualmente el sensor de corriente ACS712 de los prototipos soporta la
entrada de intensidad de corriente de hasta 20 A, de ser necesario
actualizar a una versión que tolere el amperaje requerido.
Actualmente la aplicación junto con el prototipo ha sido probada dentro de
un entorno de red de área local sin salida a través de la Internet. Se sugiere
la factibilidad de almacenamiento en la nube, así mismo indagar, verificar
e implementar el proceso necesario para el acceso desde la autopista de
la información mediante la aplicación a los objetos del hogar.
Este proyecto a futuro deberá contar con un servidor centralizado para la
gestión de almacenamiento y distribución de los datos.
90
Bibliografía ARCONEL. (2018). Pliego Tarifario SPEE 2018. ARCONEL, 34.
Asamblea Constituyente. (2008). Constitución de la República del Ecuador. Asamblea
Constituyente, 218.
Asamblea Nacional. (8 de 1 de 2015). LEY ORGANICA DEL SERVICIO PUBLICO DE ENERGIA
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Asamblea Nacional. (2015). Ley Orgánica del Servicio Público de Energía Eléctrica. Quito:
Asamblea Nacional.
Asamblea Nacional Constituyente. (2011).
Bics. (2018). Bics. Obtenido de https://bics.com/es/sim-for-things/
Calvo Torres, F. (2014). ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA RED DOMÓTICA PARA VIVIENDAS
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CMMi Institute. (2019). CMMI Institute. Obtenido de https://cmmiinstitute.com/
De Andrade Fernández, A., & Pinzón González, A. D. (2013). IMPLEMENTACIÓN DEL
SISTEMA DE DOMÓTICA EN EL HOGAR. PEREIRA: Universidad Católica de
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Anexo 1: Cronograma del Proyecto
ANEXO 1.-
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICA
INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Encuesta a los Residentes
Instrucciones: Lea con atención, marque con una X la respuesta que usted convenga.
1.- ¿Qué dispositivo utiliza usted para conectarse a internet frecuentemente?
Tablet Celular Otros
2.- En caso de haber seleccionado celular o Tablet. ¿Qué Sistema Operativo utiliza?
Android iOS Symbian
3.- ¿Usted invertiría en tecnología que le ofrezca ahorro energético, económico y seguridad?
Si No Tal vez
4.- ¿Usted estaría dispuesto a utilizar una aplicación que le ayude con el encendido y apagado automático de las luces de su vivienda desde el lugar que usted se encuentre?
Si No Tal vez
5.- ¿Cuántas personas conviven en su domicilio?
1 a 2 3 a 4 5 o más
6.- ¿Usted lleva control del consumo de energía eléctrica de su vivienda?
Si No No me había percatado
7.- ¿Usted cree que, si conoce el consumo diario de energía eléctrica de su vivienda, crearía un nuevo habito de ahorro eléctrico?
Si No Tal vez
8.- ¿En qué actividad del hogar consume más energía eléctrica?
Iluminación Enfriamiento a/c electrodomésticos
9.- ¿Usted cree útil el uso de tecnologías de control y domótica en el hogar para mejorar la administración de consumo de energía eléctrica?
Muy útil poco útil nada útil
F # 01
10.- ¿Estaría usted interesado en implementar un sistema de automatización en su hogar? Muy interesado Poco interesado Nada interesado
ANEXO 3
Manual de Usuario El objetivo principal de este documento no es otro sino el de facilitar la instalación, ejecución
y uso de la aplicación por parte del usuario final.
Instalación de Smarth_House
En primera instancia se procede a descargar el archivo Smarth_House.apk desde un servidor ftp:
Procedemos a ubicar la descarga y por consiguiente a ejecutar la aplicación para su instalación:
Al presionar la opción de instalar nos redirigirá a la sección de “orígenes desconocidos” para su
habilitación, la cual permitirá que la aplicación se instale de forma correcta.
Una vez habilitada dicha opción, instalaremos la aplicación de forma normal, podremos validar la
misma en nuestra pantalla de inicio.
Inicialización de la Aplicación
Al momento de abrir la aplicación esta indicará si deseamos permitir que encienda el bluetooth,
luego de brindarle dicho permiso pasará a mostrar tres apartados, buscar, agregar equipos e
historial.
Una vez mostrada la pantalla inicial, procederemos a dar tocar la opción de buscar e
inmediatamente nos mostrará, los dispositivos guardados y que se encuentren activos.
Una vez que seleccionemos el equipo a gestionar, en este caso “foco” nos mostrará la
siguiente ventana con las respectivas opciones.
Luego se procederá a presionar cualquier recuadro con diferentes tonalidades del amarillo
que, simboliza el nivel de intensidad con el que puede trabajar el foco en mención.
Al momento de seleccionar cualquier intensidad lumínica, se espera uno o dos segundos y
luego se procede a presionar el botón de consumo para que, el prototipo envíe los datos a
través de la red inalámbrica hacia la aplicación, permitiendo mostrarle al usuario los Kwh
consumidos y su valor en dólares, que respeta la tarifa oficial de $0.0936 establecida por el
gobierno.
Para guardar el último dato de consumo conocido o elegido por el usuario, basta con
mantener presionar el botón de consumo hasta sentir una pequeña vibración, es decir durante
unos 2 segundos. Para obtener acceso al historial, basta con presionar dicho botón ubicado
en la parte inferior de la pantalla.
Una vez tomado el consumo, se puede volver a la página principal y se observará de igual
manera el último dato guardado por el usuario, de tal forma que tenga de primera mano el
valor anterior en el momento que inicia la app. Además de esto, si se presiona el botón de
Apagar este a su vez enviará la señal de corte del flujo de corriente a la carga, haciendo que
se apague inmediatamente.
Registrando un dispositivo nuevo
Una vez que se presione el botón de “Agregar dispositivos”, la aplicación nos redirigirá a un
apartado donde procederemos a ingresar el nombre, direccionamiento estático, los datos de
conexión de la red Wi-Fi, SSID y Password. Así mismo nos dará la opción de elegir de que
“tipo” es nuestro dispositivo que agregar, si foco o toma. Guardamos los datos y luego
presionamos “connect”.
Luego podremos buscar el dispositivo ya guardado conforme a los primeros pasos de este
manual. El apartado de “Toma” nos mostrará la posibilidad de guardar y mostrar el consumo
con su valor en dólares, además de darnos la oportunidad de cortar el paso de la corriente y
desactivar el equipo.
Código Fuente #include <BLEDevice.h> //////// librerias BLE Bluetooth Low Energy #include <BLEServer.h> #include <BLEUtils.h> #include <BLE2902.h> #include <EEPROM.h> //// Librería para memoria EEPROM #include <WiFi.h> ///// LIBRERIAS WIFI #include <WiFiClient.h> #include <WebServer.h> #include <ESPmDNS.h> /// declaracion de variables WebServer server(80); int contconexion = 0; int cont = 0; char* ipStr ; char* maskStr ; char* gwStr ; char ssid[50]; char pass[50]; char host[50]; char IP[50]; char MASK[50]; char GW[50]; byte ip[4]; byte Mask[4]; byte gw[4]; IPAddress wifiIp, wifiMask, wifiGW; // Variable para almacenar la petición HTTP String header,g; String corriente; float Sensibilidad=0.648; //sensibilidad en V/A para nuestro sensor float offset=0.100; // Equivale a la amplitud del ruido int peakPower = 0; int aux = 0; double kilos = 0; // Assign output variables to GPIO pins const int output23 = 23; //rele encendido / apagado
// PMW LED intensidad #define LED_PIN 21 int freq = 5000; int ledChannel = 0; int resolution = 8; int dutyCycle = 0; //intensidad //float Sensibilidad=0.100; //sensibilidad en Voltios/Amperio para sensor de 5A y 0.100 V/A. 20A /////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////FUNCIONES////////////////////////////////// ///////////////////////////////////////////////////////////////// void handleRoot() { double corriente=get_corriente(); //int RMSPower = 110*corriente; //Calculates RMS Power Assuming Voltage 220VAC, change to 110VAC accordingly // kilos = kilos + (RMSPower * (2.05/60/60/1000)); //Calcula el kWh usado if(aux==0){ corriente = 0; } // String inf =String(corriente); String inf =String(kilos,4); server.send(200, "text/html", inf); } BLECharacteristic *pCharacteristic; bool deviceConnected = false; float txValue = 0; const int readPin = 22; // Use GPIO number. See ESP32 board pinouts const int LED = 2; // Could be different depending on the dev board. I used the DOIT ESP32 dev board. std::string rxValue; // Could also make this a global var to access it in loop() #define SERVICE_UUID "6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E" // UART service UUID #define CHARACTERISTIC_UUID_RX "6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E" #define CHARACTERISTIC_UUID_TX "6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"
class MyServerCallbacks: public BLEServerCallbacks { void onConnect(BLEServer* pServer) { deviceConnected = true; }; void onDisconnect(BLEServer* pServer) { deviceConnected = false; } }; class MyCallbacks: public BLECharacteristicCallbacks { void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic) { rxValue = pCharacteristic->getValue(); if (rxValue.length() > 0) { String dato; Serial.println("*********"); Serial.print("Received Value: "); for (int i = 0; i < rxValue.length(); i++) { Serial.print(rxValue[i]); dato = dato + rxValue[i]; } Serial.println(); Serial.println("dato recibido"); Serial.println(dato); if (cont == 0) { Serial.print("SSID:"); Serial.println(dato); grabar(0, dato); cont++; } else if (cont == 1) { Serial.print("password:"); Serial.println(dato); grabar(50, dato); cont++; } else if (cont == 2) { Serial.print("IP:"); Serial.println(dato); grabar(100, dato); cont++; } else if (cont == 3) { Serial.print("Mask:"); Serial.println(dato);
grabar(150, dato); cont++; } else if (cont == 4) { Serial.print("HOST:"); Serial.println(dato); grabar(200, dato); cont++; } else if (cont == 5) { Serial.print("GW:"); Serial.println(dato); grabar(250, dato); cont = 0; leer(0).toCharArray(ssid, 50); leer(50).toCharArray(pass, 50); leer(100).toCharArray(IP, 50); ipStr = IP; parseByte(ipStr, '.', ip, 4, 10); wifiIp = ip; leer(150).toCharArray(MASK, 50); maskStr = MASK; parseByte(maskStr, '.', Mask, 4, 10); wifiMask = Mask; leer(200).toCharArray(host, 50); leer(250).toCharArray(GW, 50); gwStr = GW; parseByte(gwStr, '.', gw, 4, 10); wifiGW = gw; Serial.println(ssid); Serial.println(pass); Serial.println(wifiIp); Serial.println(wifiMask); Serial.println(host); Serial.println(wifiGW); setup_wifi(); } Serial.println(); Serial.println("*********"); } } //-----------------Función para leer la EEPROM------------------------ String leer(int addr) { EEPROM.begin(512); byte lectura; String strlectura; for (int i = addr; i < addr + 50; i++) { lectura = EEPROM.read(i); if (lectura != 255) { strlectura += (char)lectura; } }
return strlectura; EEPROM.commit(); EEPROM.end(); } //////////convertir IP////////// void parseBytes(const char* str, char sep, byte* bytes, int maxBytes, int base) { for (int i = 0; i < maxBytes; i++) { bytes[i] = strtoul(str, NULL, base); // Convert byte str = strchr(str, sep); // Find next separator if (str == NULL || *str == '\0') { break; // No more separators, exit } str++; // Point to next character after separator } } //----------------Función para grabar en la EEPROM------------------- void grabar(int addr, String a) { EEPROM.begin(512); int tamano = a.length(); char inchar[50]; a.toCharArray(inchar, tamano + 1); for (int i = 0; i < tamano; i++) { EEPROM.write(addr + i, inchar[i]); } for (int i = tamano; i < 50; i++) { EEPROM.write(addr + i, 255); } EEPROM.commit(); EEPROM.end(); } void setup_wifi() { // Conexión WIFI Serial.println("IP:"); Serial.println(wifiIp); Serial.println("GW:"); Serial.println(wifiGW); Serial.println("Mask:"); Serial.println(wifiMask); Serial.println("ssid:"); Serial.println(ssid); Serial.println("pass:"); Serial.println(pass); if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) { WiFi.disconnect(); }
if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { WiFi.persistent(false); WiFi.mode(WIFI_OFF); WiFi.mode(WIFI_STA); if (!WiFi.config(wifiIp, wifiGW, wifiMask)) { Serial.println("STA Failed to configure"); } WiFi.begin(ssid, pass); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi connected."); Serial.println("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); server.begin(); } }; //----------------Función para grabar en la EEPROM------------------- void grabar(int addr, String a) { EEPROM.begin(512); int tamano = a.length(); char inchar[30]; a.toCharArray(inchar, tamano + 1); for (int i = 0; i < tamano; i++) { EEPROM.write(addr + i, inchar[i]); } for (int i = tamano; i < 50; i++) { EEPROM.write(addr + i, 255); } EEPROM.commit(); EEPROM.end(); } //////////convertir IP void parseByte(const char* str, char sep, byte* bytes, int maxBytes, int base) { for (int i = 0; i < maxBytes; i++) { bytes[i] = strtoul(str, NULL, base); // Converter to byte str = strchr(str, sep); // encuentra el siguiente separador if (str == NULL || *str == '\0') { break; // no más separadores, exit } str++; // apunta al siguiente carácter después del separador. } } //------------------------SETUP WIFI----------------------------- void setup_Wifi() { // Conexión WIFI Serial.println("IP:");
Serial.println(wifiIp); Serial.println("GW:"); Serial.println(wifiGW); Serial.println("Mask:"); Serial.println(wifiMask); Serial.println("ssid:"); Serial.println(ssid); Serial.println("pass:"); Serial.println(pass); IPAddress local_IP(10, 64, 9, 38); IPAddress gateway(10, 64, 9, 20); IPAddress subnet(255, 255, 0, 0); if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) { WiFi.disconnect(); } if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { WiFi.persistent(false); WiFi.mode(WIFI_OFF); WiFi.mode(WIFI_STA); if (!WiFi.config(wifiIp, wifiGW, wifiMask)) { Serial.println("STA Failed to configure"); } WiFi.begin(ssid, pass); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi connected."); Serial.println("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); server.begin(); } //-----------------Función para leer la EEPROM------------------------ String leerE(int addr) { EEPROM.begin(512); byte lectura; String strlectura; for (int i = addr; i < addr + 50; i++) { lectura = EEPROM.read(i); if (lectura != 255) { strlectura += (char)lectura; } } return strlectura; EEPROM.commit(); EEPROM.end(); } /////////Guardar configuracion
void guardarConfig () { leerE(0).toCharArray(ssid, 50); leerE(50).toCharArray(pass, 50); leerE(100).toCharArray(IP, 50 ); ipStr = IP; parseByte(IP, '.', ip, 4, 10); wifiIp = ip; leerE(150).toCharArray(MASK, 50); maskStr = MASK; parseByte(MASK, '.', Mask, 4, 10); wifiMask = Mask; leerE(200).toCharArray(host, 50); leerE(250).toCharArray(GW, 50); gwStr = GW; parseByte(GW, '.', gw, 4, 10); wifiGW = gw; setup_Wifi(); } void setup() { Serial.begin(115200); EEPROM.begin(512); pinMode(LED, OUTPUT); // Initialize the output variables as outputs pinMode(output23, OUTPUT); // Set outputs to LOW digitalWrite(output23, HIGH); ledcSetup(ledChannel, freq, resolution); ledcAttachPin(LED_PIN, ledChannel); ledcWrite(ledChannel, dutyCycle); Serial.println("Configurando"); // Create the BLE Device BLEDevice::init("Toma01"); // Give it a name // Create the BLE Server BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer(); pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks()); // Create the BLE Service BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID); // Create a BLE Characteristic pCharacteristic = pService->createCharacteristic( CHARACTERISTIC_UUID_TX, BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY );
pCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902()); BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic( CHARACTERISTIC_UUID_RX, BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE ); pCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks()); // Start the service pService->start(); // Start advertising pServer->getAdvertising()->start(); Serial.println("Waiting a client connection to notify..."); //guardarConfig(); guardarConfig (); EEPROM.commit(); EEPROM.end(); server.on("/", handleRoot); server.on("/on",led_on); server.on("/off",led_off); server.on("/color", []() { dutyCycle =server.arg("L").toInt(); ledcWrite(ledChannel, dutyCycle); if(dutyCycle < 20){ digitalWrite(output23, HIGH); aux= 0; } if(dutyCycle > 19){ digitalWrite(output23, LOW); aux=1; } // server.send(200, "text/plain", "OK" ); }); server.begin(); } void led_on(){ digitalWrite(output23, LOW); aux = 1; // paginaIN(); } void led_off(){ digitalWrite(output23, HIGH); aux = 0; // paginaIN(); }
void loop() { server.handleClient(); if (deviceConnected) { //si se desea mandar valor por ble descomentar txValue = get_corriente(); // Convierte el valor a una matriz char: char txString[8]; // dtostrf(txValue, 1, 2, txString); // float_val, min_width, digits_after_decimal, char_buffer pCharacteristic->setValue(txString); // pCharacteristic->notify(); // envía el valor a la app //Serial.print("*** Sent Value: "); //Serial.print(txString); Serial.println(" ***BLE ON*****"); } double dat = get_corriente() ; Serial.println(analogRead(34)); Serial.println(aux); if (dat > 0.29){dat = dat*1.5;} if (dat <= 0.29){dat = dat*0.4;} if (aux == 0){dat = 0;} Serial.println(dat); int RMSPower = 110*dat; // Calcula la potencia RMS suponiendo un voltaje de 110 VCA, cambiar dependiendo del caso. kilos = kilos + (RMSPower * (2.05/60/60/1000)); //Calculate kilowatt hours used Serial.println("Kwh:");Serial.println(kilos,4); //delay(1000); } /////////// float get_corriente() { float voltajeSensor; float corriente=0;
long tiempo=millis(); float Imax=0; float Imin=0;int ax =0; voltajeSensor = analogRead(34); if(voltajeSensor > 0){ ax=1; while(millis()-tiempo<1000)//realizamos mediciones durante 0.5 segundos { voltajeSensor = analogRead(34) * (5.0 / 4095.0);//lectura del sensor corriente=0.9*corriente+0.1*((voltajeSensor-2.57)/0.100); //Ecuación para obtener la corriente if(corriente>Imax)Imax=corriente; if(corriente<Imin)Imin=corriente; }} float res = (((Imax-Imin)/2)-offset)-3.6* ax; if (res < 0){return res* ax * (-1);} return res; ax=0; }