viernes, 17 de agosto de 2007

Control autónomo de climatización

Este sistema está pensado para ser instalado en hoteles que dispongan de equipos de aire acondicionado en sus habitaciones. Permite llevar un control mas riguroso y eficiente del sistema de enfriamiento de cada habitación y llevar un control de tiempo de uso de cada equipo con el opcional PC.
El equipo se instala en la conserjería del hotel donde el empleado puede controlar la habilitación de los equipos de aire así como ver el estado de las ventanas (si están abiertas o cerradas) y la posición de las llaves de encendido (Encendido/Apagado). En la habitación el huésped tiene un panel con un indicador difuso y una llave de mando. El indicador se enciende sólo cuando el equipo de aire se encuentra habilitado, la llave le permite encender o apagar el equipo de aire.
La idea es mantener un censado continuo de las ventanas a fin de detectar su apertura. De producirse dicho evento el microcontrolador desconecta el equipo de frío para evitar un consumo innecesario y un funcionamiento forzado del mismo.
Gracias al sistema de habilitación remota el conserje puede impedir que el huésped utilice el equipo de aire (en caso de no haber pagado por el servicio extra o por ser invierno, por ejemplo).
El módulo funciona de forma autónoma sin la necesidad de una computadora conectada. En caso de disponerla se puede acceder al monitoreo visual del estado, por medio de indicadores color y señales sonoras. El programa permite, además, llevar el control de horas de uso del equipo y de esta forma poder llevar a cabo un control mas riguroso y exacto del rendimiento de los equipos. En la PC no es necesario disponer de ninguna placa extra, el sistema ingresa por uno de los conectores de comunicaciones serie (COM).
El corazón de este sistema es un microcontrolador PIC16F84 el cual lleva a cabo todas las tareas del sistema. Dividimos el circuito en varios bloques pequeños para poder hacer mas simple su entendimiento.
La fuente de alimentación es del tipo lineal, con un transformador que reduce los 220V de la linea a tan sólo 9V. El puente de diodos se encarga de rectificar la corriente alterna entregada por el transformador y el capacitor electrolítico efectúa el filtrado lograndose así una tensión continua cercana a los 12V. El diodo LED verde indica el correcto funcionamiento de la fuente. El regulador de tensión 7805 se encarga de entregar los 5V necesarios para el microcontrolador. El capacitor cerámico de 100nF elimina el rizado producido por el regulador.

El circuito integrado MAX232 se encarga de convertir los niveles de tensión CMOS del microcontrolador (0V y 5V) en niveles RS232C compatibles (-10V y +10V) necesarios para poder comunicarse con la computadora. Si bien utilizamos la comunicación sólo en un sentido (hacia la PC) el terminal de recepción de datos debe ser conectado para lograr un mejor rendimiento en este bloque. Los cinco capacitores electrolíticos acoplados a este integrado forman un doblador y un inversor de tensión logrando así las tensiones requeridas por el RS232. El microcontrolador PIC16F84 sólo requiere de un cristal y sus dos capacitores de desacople para funcionar. Al tener un cristal de 4MHz obtenemos una velocidad eficaz de funcionamiento de 1MHz. Haciendo una simple cuenta (1 seg / 1MHz) deducimos que el tiempo que tarda en ejecutarse una instrucción en este micro será de tan sólo un microsegundo. El capacitor de 100nF en el pin de alimentación ayuda a eliminar interferencias propias del circuito electrónico. Los terminales de la derecha (flechas) van a los siguientes bloques del circuito.

El módulo de salida es el encargado de hacer funcionar el acondicionador de aire partiendo de un simple 1 digital (5V). Un transistor NPN en configuración emisor común satura al recibir los 5V del micro entrando en conducción. El relé está conectado permanentemente al positivo de 12V mientras que la masa es conmutada por el transistor. El diodo se encarga de evitar que la tensión inversa producida por la bobina del relé al desconectarse arruine el transistor. La resistencia en la base limita la corriente para evitar daños al transistor. El LED verde se enciende indicando que el aire está funcionando.
El circuito de comando es el interruptor en la habitación que le permite al huésped encender o apagar el equipo (siempre que se encuentre habilitado por el conserje). El interruptor pone a masa el terminal de entrada del micro indicándole a éste último que debe encender el equipo de aire. El LED amarillo es un indicador ubicado en la consola de mando del conserje y, al mismo tiempo, actúa como Pull-Up para el micro cuando la llave se encuentra abierta. La resistencia de 470 ohms se encarga de limitar la corriente para evitar que el LED se queme.
La llave de habilitación es la que le permite al conserje permitir o no el uso del aire acondicionado. Cerrando la llave el pin de entrada del micro queda a masa indicando así a este último que el sistema se encuentra habilitado. Al abrir esta llave la resistencia de 1K pone a 5V el pin del micro (en alto) indicándole que debe impedir el uso del sistema. Si bien esta llave no tiene indicador de estado las salidas marcadas como LED1 y LED2 en el diagrama principal van a los LED's indicadores en las habitaciones.


Por último, el detector de ventana abierta no es mas que un interruptor microswitch de lengüeta que, al abrirse la ventana, pone a masa el pin del micro. Un LED rojo indica en la consola del conserje este evento al mismo tiempo que actúa como pull-up.
Los indicadores de color verde muestran si los aires están o no habilitados para funcionar. Los de color rojo indican el estado de las ventanas, estos se encienden indicando la apertura de las mismas. Los indicadores amarillos reflejan el estado de las llaves de mando en la habitación, encendiéndose cuando las llaves se cierran. Por último, los indicadores azules muestran el estado de funcionamiento de los aires. Debajo se puede ver el tiempo de uso (acumulativo) de cada equipo. Se puede volver a cero cualquiera de los contadores haciendo click doble del mouse sobre ellos. El casillero resaltado en la imagen nos permite seleccionar el puerto de comunicaciones por el cual ingresan los datos desde el módulo.
El dato recibido desde el micro está formado por un único byte que contiene:
En el programa tres componentes se encargar de realizar todo el trabajo. Por un lado el MSComm1 se encarga de recibir los datos desde el módulo a 1200bps por el puerto COM seleccionado en el casillero. El Timer1 se encarga de revisar cada 100ms si hay datos en el buffer de recepción y lo decodifica siguiendo la tabla recién comentada. El Timer2 se encarga de actualizar casa 1 segundo el tiempo de uso de los equipos de aire. Los indicadores son simples imágenes BMP que se cargan en cuadros de imagen.
En el interior del microcontrolador un programa se encarga de hacer que todo funcione correctamente. Ni bien arranca el micro inicializa los pines de E/S y coloca los estados iniciales en los registros que correspondan. Luego queda funcionando en el ciclo principal de trabajo donde lleva a cabo las siguientes tareas:

1.-Ve si las llaves están en posición DESHABILITA. De ser así apaga el aire y el LED indicador de habilitado.
2.-Ve si las llaves están en posición HABILITA. De ser así enciende el LED indicador de habilitado y luego chequea el estado de las ventanas. Si está abierta la ventana evita seguir. Si la ventana está cerrada comprueba el estado de la llave de mando y de estar activada enciende el aire.
3.-Genera un byte (buffer) con el estado de las llaves y salidas. Si este es igual al transmitido antes no lo envía.
4.-Cada un segundo aproximadamente envia un byte de reporte de estado aún sin cambios en las llaves o salidas.
Si bien este micro no tiene USART (puerto serie) interno por medio de una simple rutina de desplazamiento y demoras logramos emularlo a la perfección y hacer que la PC reciba información desde el PIC.