Sistema de iluminación y sensor infrarrojo de barrera para

Sistema de iluminación y sensor infrarrojo de barrera para
Edificio Comercial








David Álvarez Awakon
Diego Alexander Herrera Saa
Ana María Manrique Salas
Mayra Bherónica Muñoz

EQUIPO 6






Proyecto Final del Semestre en Introducción a la Ingeniería 1

Etapa 1, 2 y 3 (concebir diseñar e implementar)
Despliegue de implementar



Ingeniero Mecánico

Carlos Fernando Vega Barona








Facultad de Ingenierías
Santiago de Cali, noviembre 10
2009


1. Resumen Ejecutivo
La automatización de los espacios


La domótica es el control centralizado o remoto de aparatos y sistemas eléctricos en la vivienda. Los objetivos principales de la domótica es aumentar la comodidad, ahorrar energía y mejorar la seguridad del espacio. Dentro de las opciones que se desarrollan comúnmente con la domótica, se encuentra la posibilidad de manejar y regular el encendido/apagado, el cierre o la apertura de un aparato o sistema de Iluminación, de seguridad o alarmas, climatización, ventanas motorizadas o sistemas de riego entre otras…
Generalmente encontramos distintas necesidades de este tipo, cuando nos vemos atraídos por la comodidad y la facilidad del servicio que presta esta forma de digitalizar los espacios, pero también vemos que responde a otras necesidades comunes y con más peso que las demás y cuando es posible utilizarla para la seguridad de un edificio completo y el ahorro de energía. Por esto hemos decidido escoger el escenario de Domótica, ya que cumple con el requisito de unir los diferentes programas a los que pertenecemos y se convierte en un reto, la implementación de las ideas y servicios que podemos ofrecer.
Para el desarrollo de nuestro proyecto contamos con el apoyo de la Familia Manrique Salas, dueños de un edificio comercial situado en el norte de la ciudad, donde funcionan todo tipo de locales, tales como una droguería, una iglesia Cristiana, venta de aluminios, una ferretería, un cajero y algunos apartamentos.
Quisimos implementar nuestro proyecto allá, ya que presenta necesidades básicas de seguridad e iluminación en los corredores y escaleras del edificio hasta en horas de la tarde así podemos desarrollar las ideas propuestas para la mejora del espacio, haciéndolo un lugar más cómodo, seguro e iluminado.





2. JUSTIFICACION


En la actualidad es ampliamente utilizado el concepto de edificios inteligentes, el cual se comenzó a emplear para dar idea a los sistemas con similitud al comportamiento humano, capaces de procesar datos y administrar tareas. Así se debe entender este tipo de inteligencia, como la domotizacion de un edificio que es capaz de simplificar ordenes, optimizar su funcionamiento e interactuar con el usuario y medio ambiente. En este caso específicamente, queremos implementar una sistema de censores para optimizar el ahorro de energía y la seguridad en el edificio ya que lamentablemente en Colombia no podemos contar con la libertad de dejar nuestros espacios sin ningún tipo de seguridad, principalmente encontramos la necesidad de la iluminación en los corredores y escaleras de todo el edificio, tanto en horas del día como en la noche. Con respecto a la seguridad podemos decir que es un factor necesario, ya que en las noches no se encuentra en vigilancia permanente y el sector no es muy confiable.


3. PROCESO DE CONCEBIR
Sistema de iluminación y detector de movimiento sensorial para Edificio Comercial

En uno de los sectores populares del norte de la ciudad de Santiago de Cali, hay un edificio comercial y residencial, donde encontramos la necesidad de proporcionar una mayor seguridad en cuanto a la iluminación, además de disminuir el consumo de energía.

• Necesidad
La necesidad principal es la mejora de la seguridad y el ahorro de energía en el edificio comercial.

• Requerimientos:

1. La implementación en el edificio debe ser de acuerdo al diseño arquitectónico actual del espacio.
2. El sistema de seguridad debe ser instalado por una empresa homologada por el Ministerio del Interior para tal fin (avales, etc.). Esta empresa emite un Boletín técnico de la instalación el cual debe ser entregado en la Comisaría técnica correspondiente.
3. El equipo de personas necesarias para diseñar una solución a medida debería ser multidisciplinar, aportando conocimiento profesional de diferentes áreas como: salud, integración de sistemas, arquitectura, etc.



• Pregunta/ Problema
¿Cómo mejorar la seguridad evitando un mayor consumo de energía?



4. Búsqueda de información (marco de referencia)
• Censor:
Es un dispositivo electrónico/mecánico que mapea un atributo ambiental resultando una medida cuantiada, normalmente un nivel de tensión eléctrica. Particularmente, el censor infrarrojo es un dispositivo electrónico capaz de medir la radiación electromagnética infrarroja de los cuerpos en su campo de visión. Todos los cuerpos reflejan una cierta cantidad de radiación, esta resulta invisible para nuestros ojos pero no para estos aparatos electrónicos, ya que se encuentran en el rango del espectro justo por debajo de la luz visible.
• Censores de presencia:
Los censores de presencia están diferenciados de los censores de movimiento por su sensibilidad. Son capaces de percibir o detectar pequeños movimientos como los de la mano dentro de un espacio reducido, mientras que los otros captan movimientos grandes como el desplazamiento de una persona u animal en un espacio más amplio.

• Bus:
Es el medio de transmisión que transporta la información entre los distintos dispositivos por un cableado propio, por la redes de otros sistemas (red eléctrica, red telefónica, red de datos) o de forma inalámbrica.

• Led:
(Light emmitting Diode) diodo emisor de luz. El LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Este dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes.

• Fototransistor:
Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor.

• LM567:
Un circuito integrado que su principal función es la de obtener retardos de tiempo con precisión para el suministro de una carga de energía.




5. PLANEACION


• Criterios:

1. Costos: consignados en los cuadros de evaluación de alternativas a partir de la investigación del precio en el mercado.

2. Implementación: Es el desempeño del producto al ser utilizado, el cumplimiento de las necesidades implantadas en el proceso de concebir

3. Funcionalidad: La calificación de la operabilidad de la alternativa en cualquier espacio donde se haya implementado.

4. Durabilidad: El tiempo de manejo y funcionamiento, se toma como la duración del producto implementado y en uso.



• ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Para la Solución de la necesidad citada anteriormente, proponemos las siguientes alternativas


1. Alternativa (Censor de Movimiento):


Este es un sistema que funciona cuando detecta algún movimiento dentro de su rango de vista o funcionamiento, este a su vez cuando percibe el más mínimo movimiento activa al tiempo el encendido del bombillo.

Expresión grafica del dispositivo

Fuente:www.elmundodelespia.es/images/dvr919.gif
ESPECIFICIONES TECNICAS DEL SENSOR DE MOVIMIENTO

Funciona con una batería de 9v
Contiene 2 tornillos 3x8
Gancho para censor
Censor de movimiento

COSTOS
Censor De Movimiento EAGLE EYE MS14A
Precio: $ 40.000.

RECOMENDACIONES

Este aparato puede no causar interferencia dañina, también este aparato debe aceptar cualquier interferencia recibida, incluyendo interferencias que puede causar operaciones no deseadas.

El censor no debe de estar directamente en frente a la luz del sol o instalado cerca de aparatos que emita calor o frío la cual pueda activar falsamente el Censor.

Nota: Para la instalación de este dispositivo en el edificio es necesario tener en cuenta que en el lugar donde el censor posiblemente se ubica, los rayos del sol en horas del medio día son muy fuertes y pueden afectar el funcionamiento del censor


2. Alternativa (Foto-Celda):

Este sistema esta construido principalmente por un foto-diodo que es un dispositivo que capta la sensibilidad de la luz, cuando hay poca luz, este manda una señal a un micro-controlador que a su vez hace que los bombillos o el sistema de iluminación encienda.






Fuente: www.alarmex.com.mx/.../prod/07fotoceldas.png

ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA FOTOCELDA

Foto celda eléctrica, controla automáticamente la luz hasta 300 w
Funciona automáticamente prendiendo la luz cuando cae la noche y se apaga al llegar el día.
Trabaja con lámparas incandescentes, fluorescentes y otras..
Voltaje de operación: 120v

COSTOS
40 watts, 12 vdc, PC
Precio: 430.000

RECOMENDACIONES

La garantía de producción de energía de largo plazo se hará efectiva si el modulo presenta una producción de energía menor al 90% de la potencia Nominal original especificado al momento de realizada la venta dentro del plazo de 10 años o de menos del 80 % dentro del plazo de 20 años posterior a la fecha de venta al cliente.


3. Alternativa (Censor de Proximidad por Infrarrojo):


El funcionamiento se basa en emitir una ráfaga de señales luminosas infrarrojas desde Diodo emisor hasta uno receptor, las cuales cuando un objeto pasa y corta la señal, el dispositivo manda la señal al micro-controlador y activa el sistema de iluminación.
Este sensor es uno de los circuitos de mayor aplicación en el automatismo electrónico, puesto que también es implementado en los dispensadores de agua automáticos, los secadores de mano en los baños y en algunos casos en las puertas automáticas de los almacenes







FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR DE PROXIMIDAD INFRARROJO DE BARRERA
(Lenguaje técnico):








El sensor de proximidad infrarrojo de barreras funciona en tipo emisor-receptor y esta compuesta en dos partes un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece un área de detección donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz. Debido a que el modo de operación de esta clase de sensores se basa en la interrupción del haz de luz, la detección no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se encuentran alineados. Esto se debe a que la luz emitida siempre tiende a alejarse del centro de la trayectoria.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL SENSOR INFRARROJO
- Resistencias: uno de 470 Ω, Cuatro de 10k Ω, uno de 1k Ω y uno de 68 Ω
- Condensadores: uno de un 1pF, dos de 100nF
- Transistores: 2N3906 reemplazando al BC558, 2N3904 reemplazando al 2N2222
- Foto transistor – IR Rx
- Led infrarrojo – IR LEDs-Tx
- Un Led de cualquier color
- LM567

-1 resistencia de 20Ω a 1/2W (R1)
-1 resistencia de 100kΩ a 1/2W (R2)
-1 resistencia de 220Ω a 1/2W (R3)
-1 LED Infrarrojo (emisor D1)
-1 Fotodiodo infrarrojo (receptor D2)
-1 circuito integrado LM358 (IC1)
-1 LED de 5mm (D3)


COSTOS
$60.000 rayo lineal alarma para máximo 80 metros
producto nuevo, cuenta con dos módulos emisor y receptor.
http://articulo.mercadolibre.cl/MLC-20636583-sensor-infrarojo-lineal-para-alarma-_JM


1. Evaluación de las Alternativas:


Alternativas Criterios de Evaluación
C1 C2 C3 C4
Costos Implementación Funcionalidad Durabilidad
1. Sensor de Movimiento $ 40.000 Alto Alto Medio
1 FC
2. Foto-Celda $430.000 Alto Medio Medio
3 FC
3 Sensor de Proximidad por Infrarrojo $ 60.000 Total Alto Total
2FC

Los precios


2. Ponderación de Criterios


C1 C2 C3 C4 Total
C1 1 1 0 0 2
C2 0 1 0 0 1
C3 1 1 1 1 4
C4 1 0 0 1 2
Total 9


 C1= 2/9 = 0.22  22 %
 C2= 1/9 = 0.11  11%
 C3 = 4/9 = 0.44  44%
 C4 = 2/9 = 0.22  22%

3. Evaluación Criterio / Alternativa

Selección y comunicación de la alternativa elegida:
 La alternativa con mayor puntuación en la ponderación de criterios es la alternativa 3, que corresponde al sensor de proximidad por infrarrojo.
 A3  1
 A1  2
 A2 3

Para la solución del problema debemos proseguir con la implementación de los diseños y alternativas propuestas, ya sabiendo que es conveniente implementar los sensores de proximidad por infrarrojo


4. Despliegue de implementación

Uno de los prototipos escogidos fue el sensor de foto celda, el cual llevamos a la etapa de implementación, esta alternativa fue descartada, ya que en el momento de la construcción del prototipo nos dimos cuenta que el sensor funciona por un fotodiodo el cual capta la sensibilidad de la luz, este funciona al sentir que hay poca luz, manda una señal la cual acciona el interruptor que prende el sistema de iluminación. El modo de operación de este dispositivo no cumple con nuestras expectativas, ya que no cumple con la función del ahorro de energía. Por que esta encendido toda la noche así no sea necesaria. Otro factor que nos llevo a descartar esta opción fue la dificultad al conseguir las partes, ya que su sistema es un diodo muy sensible a la luz (fotodiodo) y este no se encuentra fácilmente.


2. Plan de producción, instalación o montaje del producto:

Recomendaciones:

- El fotodiodo puede ser reemplazado por el fototransistor, pero es recomendable el fototransistor, porque este por sus propiedades físicas del material, es mas sensible a la luz infrarroja.
- En cuanto a los dos transistores el BC558 puede ser reemplazado por un 2N3906 que es más comercial y el 2N2222 puede ser reemplazado por un 2N3904
- En cuanto a la polarización del fototransistor, en algunos casos es difícil de saber porque este componente a veces no tiene ninguna referencia de su polaridad, la solución fue con un osciloscopio, pero también se puede probar con un diodo LED en serie con el fototransistor, y apuntar la señal pura neta del LED infrarrojo al fototransistor y mirar como se comporta el encendido del LED, así determinamos cual es la polaridad de este elemento.
- Es bueno que al armar este proyecto se realicen primero las pruebas en un protoboard.

3. Instalación o montaje:

LM567: Es un circuito que detecta un tono en una banda angosta, este tipo de circuito es utilizada de manera común, para nuestro caso se utilizara para construir un sensor de presencia, también son utilizados para manejar frecuencias de los controles remotos y la detección de la marcación

La alimentación de este circuito puede ser cualquier tensión comprendida entre 5 y 9 volts.
Para accionar circuitos externos bastará con reemplazar el LED por un opto acoplador, el cual accionará por medio de su transistor interno el circuito a comandar.


En cuando al circuito propuesto en este proyecto hay un solo problema, en la transmisión y recepción de la señal infrarroja, en este circuito estos componentes sirven cuando los dos se ven enfrentados. La solución por lo tanto es montar un circuito amplificador con transistores (circuito Darlington), que amplifica la débil señal recibida por el fototransistor para luego amplificarla al circuito LM567, puesto también que el LM567 es un decodificador de tonos y no un amplificador del mismo.
Este es el circuito amplificador con transistores y el ejemplo de circuito Darlington:










Este circuito amplificador se la conectas al PIN 3 del integrado LM567, solo con la diferencia de que conservas el condensador de 100nF propuesto en el circuito original.
Y para finalizar, como deseamos que este circuito tenga alguna aplicación, debemos colocar otro circuito con el objetivo de que su funcionamiento sea que cuando el circuito detector de proximidad infrarroja se active, este nuevo circuito sostenga la señal durante un tiempo determinado, porque el circuito infrarrojo es muy ruidoso es decir que tiene una respuesta intermitente, y por ejemplo si queremos abrir una puerta, no puede estar abriéndose y cerrándose de seguido, debe de tener un tiempo para cerrarse apenas luego de activado el infrarrojo.
Para esto hemos pensando en reorganizar el diseño, donde el S1, es cambiado por un transistor, un 2N3906 (PNP); que es el transistor donde su base se la conecta a la salida del PIN 8 después de la resistencia de 1kΩ del circuito LM567 del circuito infrarrojo; también puedes varías los componentes R2, R4 y C1 del circuito temporizador de eventos corto, que son los que modifican el tiempo de encendido de la salida del circuito 555.

La idea que tenemos sobre la ubicación de estos censores es colocarlos en cada uno de los espacios destinados para la zona donde se encuentran las escaleras y en los pasillos de los pisos del edificio. Permitiendo así que la luz solo sea encendida cuando sea necesario.









Fuente: MAYRA B. MUÑOZ, escaleras del edificio comercial Lizandro Manrique, Santiago de Cali 2009.

En la Imagen anexa se pueden ver las escaleras en los pasillos en las horas de la tarde y se puede notar la oscuridad entre ellas, para esto decidimos que la ubicación principal de los sensores será en los laterales bajos de los primeros y segundos escalones, para detectar cualquier tipo de movimiento, de igual forma al encenderse la luz, enviara una señal de alerta, de la presencia de algún individuo en el lugar.

Características del funcionamiento de un censor infrarrojo

En este caso el censor al cual nos referimos es al censor de la alternativa 3; que cuenta con un sistema infrarrojo para detectar calores o presencia de humanos y/o demás individuos.

Sensor basado en el dispositivo SHARP IS471F inmune a interferencias de luz normal. Este sensor incorpora un modulador/demodulador integrado en su carcasa y a través de su patilla 4 controla un diodo LED de infrarrojos externo, modulando la señal que este emitirá, para ser captada por el IS471F que contiene el receptor. Cuando un objeto se sitúa enfrente del conjunto emisor/receptor parte de la luz emitida es reflejada y demodulada para activar la salida en la patilla 2 que pasará a nivel bajo si la señal captada es suficientemente fuerte uso de luz IR modulada tiene por objeto hacer al sensor relativamente inmune a las interferencias causadas por la luz normal de una bombilla o la luz del sol

• Control por Presencia: El control de presencia (mediante detectores de presencia) puede encender o apagar la iluminación. Por ejemplo, cuando el sistema de domótica detecta la presencia de una persona en una habitación, enciende la iluminación, y cuando no la detecta, la apaga.

• Medir la Luz: Medir la luz en la estancia (incluyendo la luz natural aportado por el exterior y la luz que llega de otras estancias) puede regular la iluminación para garantizar una cantidad de luz establecido con el sistema de domótica. Por ejemplo cuando esta siendo usado un despacho se puede garantizar un nivel mínimo de luz a distintas horas del día.
El principio de funcionamiento se basa en la generación de un campo electromagnético de alta frecuencia, que es producido por una bobina resonante instalada en la fase sensora.

La bobina forma parte de un circuito oscilador, que en condición normal (desactivada) genera una señal senoidal. Cuando un metal se aproxima al campo, éste por corrientes de superficies absorbe la energía del campo, disminuyendo la amplitud de la señal generada por el oscilador.
La variación de la amplitud de ésta señal es convertida en una señal continua, que comparada con un valor referencial, pasa a actuar en el estado de salida.

7. DIAGRAMA DE GANTT

Conclusiones

Las modificaciones realizadas a la alternativa escogida, satisfacen las necesidades iniciales del edificio, donde la iluminación y la seguridad se convertían en un problema diario para la comodidad de las personas que lo habitan y que transcurren en el.
Fue necesario la investigación a profundidad de los distintos tipos de sensores para así, escoger el que mas se adaptaba al tipo de necesidad, gracias a esto podemos concluir que los sensores infrarrojos son la ultima tecnología para detectar el movimiento en un sitio determinado, en este caso el edificio comercial donde decidimos implementar nuestro proyecto.





8. Bibliografía

4. Buscador. Sensor de proximidad infrarrojo http://www.unicrom.com/cir_detector-proximidad-infrarrojo.asp
5. http://www.dei.uc.edu.py/tai2002/SENSORES/resind.htm


6. Buscador. Circuito Darlington. http://proton.ucting.udg.mx/materias/mtzsilva/practica8/index.htm


7. Sensores de proximidad. http://sensoresdeproximidad.galeon.com/


8. Domótica http://www.casadomo.com/productos.aspx?idm=121&pat=121&cat=1&emp=&cert=


9. Folleto técnico http://www.casadomo.com/images/archivos/eneo_eneo_digital_resort_folleto_tecnico.pdf


10. Sensores http://www.directindustry.es/prod/proximity-switches-simatic-px-siemens/sensor-inductivo-de-proximidad-17494-59007.html


http://www.cosasdemecatronica.com/proyectos/electronica/50-sensor-infrarrojo