Proyecto oscar

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Power line communication o comunicación a través de la red eléctrica de baja tensión. Es una tecnología capaz de transmitir información entre dos o más dispositivos a nivel domiciliario, comercial o industrial sobre la red eléctrica, las características de esta de esta tecnología la convierten en un medio ideal para el montaje de sistemas domóticos o de automatización.

Tecnologías de acceso complementas los sistemas de automatización mediante el control y acceso de manera remota permitiendo el uso NTIC o nuevas tecnologías de información y comunicación.

Debido a las características de esta tecnología se pueden desplegar redes de control y acceso de manera eficiente en corto tiempo, además de utilizar bajos recursos económicos permite cambiar con gran facilidad los puntos que se controlaran tales como cargas ON/OFF (dispositivos lumínicos, portones, electrodomésticos, alarmas) y sensores (sensores de temperatura, sensores de humedad), ofrece flexibilidad y movilidad a lo largo de la red eléctrica.

El siguiente proyecto es un sistema integral de comunicaciones (O-SISTEMA CONTROL ACCESO REMOTO) para tomar el control y monitoreo de una vivienda. Optimizando la cantidad de cableado, empleando la red eléctrica para transmitir y recibir datos de control, proveyendo una plataforma de control centralizada y un sistema de acceso remoto sin perder de vista el control manual de los dispositivos de la casa.

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Proyecto oscar

  1. 1. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL Y ACCESO REMOTO EMPLEANDO TECNOLOGÍA POWER LINE COMMUNICATION DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A CONTROL AND REMOTE ACCESS SYSTEM USING POWER LINE COMMUNICATION TECHNOLOGY 1Univ. Bernardo Daniel Soberalt 2Ing. Remmy Fuentes TelleriaRESUMENPower line communication o comunicación a través de la red eléctrica de baja tensión. Es unatecnología capaz de transmitir información entre dos o más dispositivos a nivel domiciliario,comercial o industrial sobre la red eléctrica, las características de esta tecnología la conviertenen un medio ideal para el montaje de sistemas domóticos o de automatización.Tecnologías de acceso complementan los sistemas de automatización mediante el control yacceso de manera remota permitiendo el uso de NTICs o nuevas tecnologías de información ycomunicación para integrar los sistemas.Debido a las características de esta tecnología se pueden desplegar redes de control y accesode manera eficiente en corto tiempo, además de utilizar bajos recursos económicospermitiendo cambiar con gran facilidad los puntos que se controlaran, tales como actuadores,cargas ON/OFF (dispositivos lumínicos, portones, electrodomésticos, alarmas) y sensores(sensores de temperatura, de humedad de presencia, alarmas, etc.), ofreciendo flexibilidad ymovilidad a lo largo de todo el tendido de la red eléctrica.El proyecto OSCAR es un sistema integral de comunicaciones (O-SISTEMA CONTROL ACCESOREMOTO) para tomar el control y monitoreo de una vivienda. Optimizando la cantidad decableado, empleando la red eléctrica para transmitir y recibir datos de control, proveyendo unaplataforma de control centralizada y un sistema de acceso remoto sin perder de vista el controlmanual de los dispositivos de la casa.ABSTRACTPower line communication or communication through the low voltage grid. It is a technologycapable of transmitting data between two or more devices at home, commercial or industrialelectricity grid, the characteristics of this of this technology make it an ideal medium formounting automated systems or automation.Access technologies complement it automation systems through the control and remote accessallowing the use of ICT and new information and communication technologies.Due to the nature of this technology can deploy network access control and efficiently in a shorttime, in addition to using low income can easily change the points that were controlled loadssuch as ON / OFF (lighting devices, gates, appliances, alarms) and sensors (temperaturesensors, humidity sensors), provides flexibility and mobility along the mains.The next project is a comprehensive communications system (O-REMOTE ACCESSCONTROL SYSTEM) to take control and monitoring of a home. Optimizing the amount ofwiring, using the grid to transmit and receive control data, providing a centralized controlplatform and a remote access system without losing sight of manual control devices in thehome.1 Egresado Carrera de Ing. Telecomunicaciones - bernie-san@hotmail.com2 Ing. Electrónico docente universitario – remmy.fuentes@gmail.com
  2. 2. INTRODUCCIÓNActualmente se buscan satisfacer necesidades de control y monitoreo de sistemas a través deaccesos remotos es decir control y monitoreo a distancia. Figura 1, sistema de comunicación con acceso remoto Fuente: Elaboracion propiaCon el crecimiento de las redes de transporte de datos, redes de acceso y TICs como serviciosWEB, servicios de bases de datos y la convergencia de plataformas en protocolos decomunicación (TCP/IP, PLC, R232) nos posibilitan la integración de muchas tecnologías paracubrir las expectativas de los sistemas integrados de comunicación frente a un objetivo común.Frente a la inquietud de simplificar la cantidad de cableado en los sistemas de transmisión dedatos, están surgiendo nuevas corrientes tecnológicas, como la tecnología PLC (Power LineCommunication) que hace posible la transmisión de datos a través del tendido eléctrico o redeléctrica, siendo una tecnología prometedora en el campo de las telecomunicaciones o lastecnologías inalámbricas. Figura 2, sistema de comunicación domiciliario
  3. 3. Fuente: Elaboración propiaHasta ahora todas las tecnologías emergentes requieren de infraestructura adicional, cableado,ductos, obras civiles. Es ahí donde la tecnología PLC logra superar a otras tecnologías debanda ancha, la tecnología PLC puede brindar servicios (Actuadores, Sensores) sobre unaplataforma IP y PLC, empleando tomacorrientes convencionales como puntos de acceso a lared. Figura 3, puntos de control Fuente: Elaboración propia Figura 4, integración de servicios
  4. 4. Fuente: www.smarthomeusa.comEl proyecto tiene la finalidad de desarrollar un sistema global que incluya actuadores (ON /OFF), sensores, programación de tareas, acceso vía WEB (PC, Smart Phone), control local sinperder la funcionalidad física de los elementos.Un usuario que desea obtener estos servicios sin agregar nuevo cableado o modificarsignificativamente la infraestructura de la vivienda puede obtener una herramienta para elcontrol y monitoreo global con el único requisito de un acceso a través de IPs públicas ainternet.Los sistemas actuales tienden a la integración de servicios, por lo que se requiere unaplataforma que integre servicios de control y monitoreo de ciertos sistemas en domicilios,comercios y ambientes industrialesHARDWARE LIBREEspecificación como diagramas son de acceso público, pueden ser de pago o gratuitos. Ya queel diseño es libre el operador puede hacer uso de el para la aplicación que desee, añadiendo oquitando componentes para el mejor uso o la mejor adaptación a la aplicación que se deseeimplementa. (VIRGILIO 2011)ARDUINOOtra de las iniciativas nacidas bajo el concepto de hardware libre es el proyecto Arduino. Estaplataforma consiste en una placa con diversas entradas y salidas que permite el desarrollo deinfinidad de proyectos para el control de objetos interactivos autónomos, al mismo tiempo quesirve de plataforma para estudiantes como iniciación al mundo de la electrónica.(MASSIMO BANZI 2011)ARDUINO SHIELD O MÓDULOS DE EXPANSIÓNUn módulo de expansión es un dispositivo que nos brinda la posibilidad de ampliar lasaplicaciones del micro controlador. Con el uso de un “shild” por tanto podemos obtenercomunicación inalámbrica, comunicación Ethernet, power line comunicación y otrasaplicacionesLENGUAJES DE PROGRAMACIÓNSe utilizan varias lenguajes de programación para el control de las diferentes interfaces, losdiferentes lenguajes convergen en una solo aplicación por ello se tiene un programa complejo. • PROGRAMACIÓN ARDUINO Arduino utiliza un lenguaje de programación muy similar a “C” o “C++“además también incorpora lenguaje de programación de bajo nivel para la configuración de las interfaces. “#include <stdio.h> #include <stdbool.h> #include <string.h> #include <avr/interrupt.h> #include <util/delay.h> #include "spi.h" #include "ports.h" #include "plm1.h" if(incomingByte == 83) {
  5. 5. Serial.print(byte(sync1)); delay (100); Serial.print(byte(sync2)); delay (100); incomingByte = 83; plm1_send_data(&incomingByte, 1); incomingByte = 0; }”• PROGRAMACIÓN VB.NET Esta plataforma nos brinda la posibilidad de programar de manera interactiva con el uso de comandos simples además nos brinda una interfaz robusta, sobre esta plataforma corre la interfaz local o de servidor. “Private Sub Form1_Load(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles MyBase.Load Try SerialPort1.Open() Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = False SerialPort1.Write("48") Catch ex As Exception MsgBox("El dispositivo USB no está conectado, el programa se cerrara.") MyBase.Close() End Try End Sub”• PROGRAMACIÓN PHP PHP permite crear una interfaz gráfica que sea montada en un servidor para su control y acceso remoto, mediante la aplicación Apache utilizada en casi un 95% de servidores en el mundo trabaja como interfaz entre PHP y el acceso remoto hacia el domicilio.
  6. 6. • BASES DE DATOS MYSQL Una base de datos almacena diferentes campos en sus tablas, en el proyecto las bases de datos trabajan almacenando los últimos cambios en el software tanto de cargas lumínicas como de alarmas y sensores, además de almacenar horas y tiempos de encendido para determinar la tendencia que tienen los usuarios permitiendo determinar cuál sería el momento justo de encender una carga. En el proyecto las bases de datos son utilizadas también como método de seguridad, almacenando el último cambio ofreciendo las últimas actualizaciones a los usuariosTOPOLOGÍA DE UNA RED PLCLa topología de una red PLC es la misma del tendido eléctrico domiciliario, debido a que estatecnología utiliza esta red como medio de transmisión. Figura 1, Topología PLC indoor 1 1 27.0 27.0 2 2 VOUT VOUT 3 3 1 27.0 2 VOUT 3 Fuente: Elaboración propiaAprovechando esta red ya implementada en una vivienda, podemos utilizarla como unaalternativa de comunicación evitando cableado adicional y con las mismas caracteristicas deuna cableado de red LAN, el equipo PLC se comunica con otros equipos PLC por medio de untomacorrientes convencional.
  7. 7. Un dispositivo PLC es necesario al extremo final o punto de acceso AP, donde se conecte unequipo que recibira la informacion correspondiente por medio de un modem, el mismo podriaser utilizado para voz, datos o video.Un AP (punto de acceso) es cualquier toma corriente en una vivienda doméstica, por lo tantoun dispositivo PLC es colocado como traductor y filtro de la señal para conectar un equipoconvencional. A diferencia de otras tecnologías la tecnología PLC tiene una gran flexibilidad ycompatibilidad con otras tecnologías como ser telefonía, Ethernet, televisión por cable einternet. (HALID 2004)CARACTERÍSTICAS DEL CANALLa red eléctrica no ha sido diseñada para trabajar como una red de datos, presenta altaatenuaciones, ruido y distorsión, el ruido depende de la cantidad y el tipo de dispositivosconectados Figura 6, Alteración física de bits Fuente: Elaboracion propia en base a LEHMANN Figura 7, Función de transferencia cable eléctrico Fuente: Elaboración propia en base a LEHMANN
  8. 8. Como se observa en la figura existen ciertos puntos en los que la atenuación es más baja,siendo estos punto los mejor para la transmisión, la frecuencia optima de transmisión esta entrelos 21 MHz y los 32 MHz, si bien la frecuencia a los 4 MHz parece presentar una bajaatenuación esta frecuencia es propensa al ruido, señales audio y ruido introducido porelectrodomésticos o equipos electrónicos.Si bien el grafico no sería el mismo en diferentes tipos de cable, ya que dependiendo a la formaen que estos hayan sido fabricados pueden presentar más o menos atenuación, por esta razónse utilizan frecuencias en el orden de los 20 MHz ya que es el punto en el que las funciones detransferencia de distintos tipos de cable se encuentra y el ruido introducido al canal es mínimo.(JR NICHOLSON 1973)SEGURIDAD EN TRANSMISIÓNSe consideraron varios aspectos de seguridad tales como caídas de tensión, comunicaciónante diferentes cargas, interferencia, corrección de errores, tipo de cable y seguridad de datos. • CAÍDA DE TENSIÓN Los prototipos PLC pueden continuar comunicando con variables de tensión grandes, debido a que los prototipos no utilizan la señal AC de baja tensión como portadora pueden continuar comunicando aun si el canal está vacío es decir pueden mantener una comunicación activa cuando la señal del canal es 0 V y continuar hasta los 380 V. Estas características de los prototipos PLC hace estos sean inmunes a caídas de tensión. Por lo tanto los aspectos de calidad de servicio de la línea QoS eléctrica, no influirán en la calidad de la señal, en un ambiente domestico la calidad de la señal debería ser menor o igual al 5% de tensión, entonces en una line de 220 voltios se tendría una caída del 50% sin afectar la comunicación muy superior a normas eléctricas establecidas y en 110 V se tendría una caída del 10% si bien no es muy considerable es superior a la norma eléctrica. • CALIDAD DE SERVICIO DE LA LÍNEA – QOS ELÉCTRICA Se refiere al cambio de tensión entre ambas terminales de un tomacorriente eléctrico ante la conexión de una carga en la línea, según la norma eléctrica este cambio debe ser menor al 5% de la amplitud total, a continuación se muestra una tabla que muestra los cambios de tensión a diferentes horas del día. Las tablas fueron realizadas bajo una tensión de 220 V y 50 Hz en una vivienda domestica (departamento). • VELOCIDADES DE TRANSMISIÓN La mejor velocidad de transmisión es 10000 Bauds donde las pérdidas son 0 y los datos correctos son todos los enviados, la frecuencia de modulación es baja utilizando frecuencias anteriores a las frecuencias de alta atenuación. • COMUNICACIÓN EN AMBIENTES DE ALTO RUIDO Es indispensable considerar el ruido en sistemas de domótica y de comunicación en general, ya que el ambiente en el que se trabaja es propenso al ruido por las características con que este trabaja, para ello se utiliza una modulación OFDM la cual tiene una alta eficiencia en ambientes de ruido, además que permiten el uso de diferentes portadoras por el mismo canal, este tipo de modulación permite el uso de
  9. 9. filtros sencillos en transmisión y recepción, haciendo más sencilla la implementación de hardware. Imagen 1, pruebas de comunicación en ambiente industrial Fuente: Elaboración propiaINTERFERENCIA EN LA LÍNEALa interferencia en la línea de baja tensión es inevitable por las características de la misma,diferentes cargas inciden sobre ella, existen horas pico de tráfico en las cuales la comunicaciónparece ser imposible, gracias a la implementación de una modulación OFDM o FSK es posibleseguir comunicando en horas pico, la comunicación se vería afectada si se utiliza de maneramarginal es decir si se está trabajando al límite de la distancia o se está excedido por unosmetros. Imagen 2, señal de información y ruido de fondo Fuente: Elaboración propia
  10. 10. CORRECCIÓN DE ERRORESLos prototipos PLC utilizan diferentes mecanismos de corrección de errores tanto por hardwarepara eliminar bits parásitos introducidos por algún artefacto y por hardware para eliminar bitsincorrectos o petición de reenvió. Estos mecanismos son FEC (Forward Error Correction),CRC16 y CSMA (Carrier Multiple Sense Access with Collision Avoidance). Para asegurar lacorrecta recepción de datos tanto en maestro como en esclavo, algunos algoritmos permiten lareconstrucción de bits esto es ideal para el sistema de comunicación PLC ya que porcaracterísticas del medio es inevitable que en algún punto se vean comprometidos algunos bitso bytes de información. (CHAN 1994)TIPO DE CABLELas pruebas realizadas han sido elaboradas en base a diferentes tipos de cable es decir serealizaron pruebas en cables multifilar o de varios hilos en ambiente home, las pruebas hassido satisfactorias y con cable unifilar o alambre obteniendo los mismos resultados, por lo tantoel tipo de cable no determina el desempeño de los prototipos PLC, no se ve afectada lavelocidad, el número de bits, el ancho de banda, ni el alcance. Imagen 3, Simulación de las peores condiciones de cableado Fuente: Elaboración propiaCONCLUSIONES• Power Line Communication no tiene líneas dedicadas a la comunicación por lo que se deben adaptar las señales de información a este medio, para ello es necesaria una modulación robusta y altamente eficiente ante el ruido. Se concluye que el medio no influye severamente la comunicación lo hace más bien el uso de componentes que inyectan ruido a la línea eléctrica• Especificaciones de la hoja de datos del fabricante determinan que el alcance máximo es de 100 mts a una tasa de transferencia de 9600 bauds, prácticamente determinamos que la cobertura máxima está en función de las características de la línea en determinada hora, tales como cargas, especialmente inductivas y reactivas. Además de componentes adicionales de las redes eléctricas como protectores térmicos y medidores de luz. Bajo las mejores condiciones de comunicación logramos una distancia aproximada de 90 mts sin perdidas de datos
  11. 11. • Se logró implementar un sistema de domótica en un domicilio con fines de prueba, se controlan cargas lumínicas y alarmas, el acceso como se había definido se realiza mediante software remoto y local y de manera manual por hardware, los resultados fueron satisfactorios con ciertos inconvenientes mencionados en recomendaciones, los prototipos fueron programados para transmitir en ambas direcciones lo que nos permite tener una transmisión continua de manera permanentemente.• PLC es una solución de red que permite el uso de tomacorrientes domésticos como puntos potenciales de comunicación asi ser la tecnología por excelencia para la implementación de sistemas domóticos o de automatización, PLC brinda la posibilidad de automatizar sin adicionar cableado de control.• La modulación OFDM tiene una alta inmunidad al ruido, lo que permite utilizar esta modulación en ambientes de alto ruido tales como ambientes industriales o ambientes en los que se requieren varias portadoras en el mismo canalRECOMENDACIONES • Un transformador 220 / 220 o un transformador 110 / 110 de alta potencia pueden ser utilizados como etapa de desacople de la línea, para garantizar la comunicación entre los dispositivos, el desacople evita que el ruido externo o que no es del domicilio ingrese, también puede ser utilizado para desacoplar ciertos tomacorrientes del domicilio para aislarlos del ruido • Trabajar dentro de los límites de comunicación de los prototipos PLC para evitar errores en la comunicación, se recomienda trabajar con un límite menor al de los 100 mts • Utilizar un prototipo PLC en cada punto de enlace, es decir en cada punto que se desea automatizar para ampliar las aplicaciones y reducir cableadoBIBLIOGRAFÍAHALID, Hrasnica, ABDELFATTEH, Haidine, RALF, Lehnert. Broadband PowerlineCommunication, Inglaterra: Wiley, 2004, Única edición.KLAUS Dostert, Power Line Communication: Prentice Hall PTR, 2000.KHURRAM, Hussain Zuberi, Powerline Carrier (PLC) Communication System: Master Thesis,IMIT, Suecia: KTH, 2003BANWELL. Tc. Galli s.a nover approach to acuratre modeling of the indoor power line channel.ieee trans, Parte1: 2003LEHMANN, K, Data Transmission Over 230 V- Power Lines Using Spread SpectrumTechniques, sprectrum and aplication proceeding 1996DOSTERT, Klaus, Powerline Communications. Estados Unidos: Prentice Hall, 2001.A.G. Burr, P.A. Brown, "Application of OFDM to Powerline Telecommunications", 3rdInternational Symposium on Power-line Communications and its Applications, Lancaster, UK,1999.

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