Prototipo de apagado y encendido
automático de alumbrado público para la ciudad de Pampas de la provincia de
Tayacaja de la región Huancavelica
Prototype of automatic switching off
and on of public lighting for the city of Pampas in the province of Tayacaja in
the Huancavelica region
Protótipo de acendimento e
desligamento automático da iluminação pública para a cidade de Pampas na
província de Tayacaja na região de Huancavelica
Gabriela
Dayana Bernardo Osores
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
71390520@unat.edu.pe
Josep Antony López Reyes
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
71272190@unat.edu.pe
Yeferson Meza Huamán Quispe
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
72253603@unat.edu.pe
Alexander Rojas Ordoñez
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
71979654@unat.edu.pe
Ronald Paucar Curasma
Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
rpaucarc@unat.edu.pe
RESUMEN
El presente artículo tiene como
finalidad el diseño e implementación de un prototipo de automatización para
sistemas de alumbrado público; asimismo, se construye una maqueta para probar
el funcionamiento del prototipo implementado, simulando la prestación de
servicio de alumbrado público de manera automática. En la implementación del
prototipo se utilizaron la placa Arduino, sensor LDR y diodos LED; la interfaz
gráfica de monitoreo se desarrolló en el lenguaje basado en bloques mBlock, por
su característica de lenguaje amigable para desarrollar interfaces de manera
sencillo, si necesidad de conocimiento avanzado de lenguajes de programación.
La metodología utilizada en el desarrollo del prototipo está basada en 4 fases:
comprensión del problema, plan de actividades, ejecución de actividades y
prueba o evaluación de la solución. Este trabajo se desarrolló en el curso de
Gestión de la Información con estudiantes de II ciclo de la carrera de
ingeniería industrial.
Palabras clave: Prototipo,
automatización, alumbrado público, sensor LDR, arduino, mBlock.
ABSTRACT
The purpose of
this article is the design and implementation of an automation prototype for
public lighting systems; Likewise, a model is built to test the functioning of
the implemented prototype, simulating the provision of public lighting service
automatically. In the prototype implementation, the Arduino board, LDR sensor
and LED diodes were used; The monitoring graphical interface was developed in
the block-based language mBlock, due to its friendly language characteristics
to develop interfaces in a simple way, without the need for advanced knowledge
of programming languages. The methodology used in the development of the
prototype is based on 4 phases: understanding the problem, plan of activities,
execution of activities and testing or evaluation of the solution. This work
was developed in the Information Management course with students of the II
cycle of the industrial engineering.
Keywords: Prototype, automation, street lighting, LDR sensor, arduino, mBlock.
RESUMO
O objetivo deste artigo é o
projeto e implementação de um protótipo de automação para sistemas de
iluminação pública; Da mesma forma, é construído um modelo para testar o
funcionamento do protótipo implementado, simulando a prestação do serviço de
iluminação pública de forma automática. Na implementação do protótipo foram
utilizados a placa Arduino, sensor LDR e diodos LED; A interface gráfica de
monitoramento foi desenvolvida na linguagem baseada em blocos mBlock, devido ao
seu recurso de linguagem amigável para desenvolver interfaces de forma simples,
sem a necessidade de conhecimentos avançados de linguagens de programação. A
metodologia utilizada no desenvolvimento do protótipo é baseada em 4 fases:
entendimento do problema, plano de atividades, execução das atividades e teste
ou avaliação da solução. Este trabalho foi desenvolvido no curso de Gestão da
Informação com alunos do segundo ciclo da carreira de engenharia industrial.
Palavras-chave: Protótipo,
automação, iluminação pública, sensor LDR, arduino, mBlock.
INTRODUCCIÓN
Los sistemas de control son
dispositivos que se utilizan para controlar la luminosidad de la lámpara, el
encendido y el apagado de la instalación. En la actualidad con la
implementación de nuevas tecnologías se han desarrollado una amplia variedad de
“focos inteligentes” que están disponibles comercialmente; muchos de ellos
comparten características comunes y utilizan tecnologías similares. Entre las
características principales que ofrecen estos dispositivos tenemos el control
de nivel, la detección de presencia para controlar el encendido y apagado, y la
posibilidad de programar horarios de funcionamiento. Sin embargo, el nivel de
automatización es bastante bajo en la mayoría de modelos o sistemas (Chacho et
al., 2013).
La automatización de un sistema
de control de iluminación, normalmente representa un ahorro de energía
eléctrica de hasta un 35% (López y Mideros, 2018); estas cifras incentivaron en
el desarrollo de proyectos avanzados para el control de iluminación, en su
mayoría en los grupos comerciales y público; en dichos grupos la iluminación es
cifran altos en el consumo eléctrico.
Los sistemas de control de
iluminación utilizan detectores de ocupación o temporizadores; así como
sensores para apagar las luces cuando no son necesarias (Yoshihisa, 2009). En
la mayoría de estas soluciones se utilizan dispositivos LDR (Light Dependant
Resistor). Este tipo de sensores pueden ser implementados en las paredes o
techos de acuerdo al contexto del proyecto (Barres, 2018).
Actualmente, en la ciudad de
Pampas de la provincia de Tayacaja de la región Huancavelica, existen
deficiencias con respecto al alumbrado público; donde, las lámparas de alta
intensidad no son regulables; esto genera la perdida de energía, por ejemplo,
las lámparas de alta intensidad.
El método utilizado para
desarrollar el proyecto está basado en investigación tecnológica (Nallaperumal,
2011) y la metodología de 4 fases (Polya, 1945); donde, se inicia con la
comprensión del problema, es decir, la identificación del problema,
seguidamente esta la elaboración de nuestro plan para solucionar el problema
planteado; seguidamente, la ejecución de nuestro plan, haciendo énfasis en el
manejo de la placa Arduino, sensores LDR y desarrollo de la interfaz de
monitoreo basado en programación en bloques mBlock (Makeblock, 2021); que
significa desarrollar las actividades planteados para cumplir nuestros
objetivos y por ultimo esta la revisión y verificación de la solución,
evaluación del funcionamiento del prototipo en una maqueta..
METODOLOGÍA
Para el desarrollo del prototipo
se siguió la metodología de Polya (1945) que consta de 4 procesos o fases:
comprensión del problema, plan de actividades, ejecución de actividades y
prueba o evaluación de la solución. A continuación, se describe cada proceso o
fase.
Comprensión del tema
En esta fase se ha plantado la
problemática, con respecto a las deficiencias del alumbrado público; donde, las
lámparas de alta intensidad no son regulables en la ciudad de Pampas; donde, se
ha consultado diversas fuentes bibliográficas, como tesis y artículos, de esa
manera comprender la problemática abordado sobre la deficiencia del alumbrado
público.
Figura 1: Diversas fuentes
bibliográficas consultadas.
Planeamiento de actividades
En esta fase, se han planificado
las siguientes actividades.
-
Diseñar el circuito compuesto por la placa Arduino, protoboard,
resistencias, cables para protoboard, diodos leds y sensor LDR.
-
Programar el Arduino para visualizar y representar el funcionamiento
del apagado y encendido automático alumbrado público.
-
Diseñar la interfaz gráfica de monitoreo del alumbrado público
usando el programa mBlock para mostrar el apagado y encendido automático.
-
Construir una maqueta que simule el entorno del apagado y
encendido automático del alumbrado público en la ciudad de Pampas-Tayacaja en
la que se presente el prototipo de alumbrado público.
-
Elaborar las especificaciones técnicas de los dispositivos
electrónicos y eléctricos para ser utilizados en la implementación del
prototipo.
Ejecución de las actividades
A.
Continuación, se describe las principales actividades.
A.
Descripción de los componentes eléctricos y electrónicos.
En el desarrollo del prototipo se
han utilizado los siguientes componentes electrónicos.
Tabla 1
Materiales
utilizados.
|
Dispositivo
|
Cantidad
|
Característica
|
|
Placa Arduino
|
1
|
Placa Arduino Modelo UNO
|
|
Sensor LDR
|
1
|
Resistencia dependiente
de la luz
|
|
Diodos Led
|
12
|
Blanco
|
|
Resistencia
|
12
|
300 ohmios ½ watts
|
|
Protoboard
|
1
|
5mm
|
|
Cables
|
14
|
Cables de protoboard
(macho y hembra)
|
-
Placa Arduino. Es una plataforma electrónica de código abierto
basada en hardware y software fáciles de usar (Pedrera, 2017). Está destinado a
estudiantes, profesionales o aficionados, que realicen proyectos interactivos,
basados en la placa Arduino (Arduino, 2021)
Figura 2:
Placa Arduino uno.
-
Diodo LED. El diodo emisor de luz o LED (light-emitting diode) es
una fuente de luz que emite fotones cuando se recibe una corriente eléctrica de
muy baja intensidad.
Figura
3: Diodos LED.
-
Sensor LDR. Los sensores fotométricos, LDR miden la luz visible
como se ve por el ojo humano. Un LDR es básicamente un resistor; la resistencia
interna aumenta o disminuye dependiendo del nivel de intensidad luminosa que
incide en la superficie Sensor LDR (Méndez y Stevan, 2013). El valor de
resistencia es bajo cuando hay luz incidiendo en él (normalmente 50 Ohmios) y
muy alto cuando está a oscuras (normalmente 1M Ohmios o más). Estos
dispositivos son muy usados para proyectos de control automático de iluminación.
Figura
4: Sensor LDR.
B.
Diseño del circuito compuesto por la placa Arduino, sensor
LDR, resistencias y diodos LED.
En la Figura
5 se muestra el conexionado del Arduino, con los dispositivos electrónicos
(sensor LDR, resistencias y diodos led). El sensor detecta del nivel de intensidad luminosa que
incide en la superficie sensor LDR; el sensor se conecta al pin A0 (analógico)
de la placa Arduino. Los diodos LED son utilizado para visualizar como un
indicador de la detección de la luz por el sensor LDR.
Figura 5: Diseño
del circuito con LDR.
C.
Programación del Arduino y sensor LDR.
En la
siguiente figura, se muestra la programación en bloques para la lectura del sensor
LDR por parte de la placa Arduino.
Figura 6: Programación placa Arduino y sensor
LDR.
Pruebas y
evaluación de la solución
En esta fase
se evalúa el funcionamiento del prototipo implementado, una vez integrado el
circuito con la placa Arduino, sensor LDR, diodos LED y la interfaz gráfica de
monitoreo del alumbrado público. Se detallan en la sección de resultados.
RESULTADOS
Interfaz gráfica de monitoreo
Para el desarrollo de la interfaz
gráfica de monitoreo se utilizó el mBlock, por su facilidad de programación e
intuitivo en el uso de los comandos de programación (bloques). En la Figura 7
se muestra la captura de la interfaz que representa el día (incide luz en el
sensor LDR). Por lo tanto, el usuario a través de esta interfaz de monitoreo
sabrá que el alumbrado público está apagado.
Figura 7: Interfaz gráfica
(día).
En la Figura 8 se muestra la
captura de la interfaz que representa la noche (no incide luz en el sensor
LDR). Por lo tanto, el usuario a través de esta interfaz de monitoreo sabrá que
el alumbrado público está prendido.
Figura 8: Interfaz gráfica
(noche).
Circuito implementado
En la Figura 9 se muestra la foto
del circuito implementado, que consta de la placa Arduino, sensor LDR,
resistencia y diodo LED. La placa Arduino, en microcontrolador que lee los
valores de la resistividad del sensor LDR (mayor resistencia en la oscuridad y
menor resistencia en el día); cuando no existe luz en el ambiente el diodo LED
enciende, representando el alumbrado público.
Figura 9: Circuito
implementado
Prototipo integrado (maqueta)
En la Figura 10, se muestra la
maqueta construida para mostrar el apagado y encendido automático del alumbrado
público de acuerdo a las medidas y posición de los diodos LED, que hacen de
alumbrado público. En la maqueta está integrado la circuitería de sensor y la
interfaz gráfica de monitoreo de apagado y encendido automático del alumbrado
público (diodos LED); donde, se observa su funcionamiento en laboratorio y a
futuro aplicarlo en el distrito de Pampas de la provincia de Tayacaja, y así
mostrar el funcionamiento y beneficios de los sensores de luz.
Figura 10: Prototipo
integrado en la maqueta
DISCUSIÓN
Una iluminación adecuada y con
alumbrados automáticos influye en el bienestar de la población; además se
previene accidentes. Por lo tanto, con el prototipo implementado se ha
demostrado el funcionamiento y la automatización del alumbrado público mediante
el uso de sensores LDR; donde, se puede aplicar en los alumbrados públicos del
distrito de Pampas - Tayacaja.
Es importante destacar, el uso
del sensor LDR para automatizar los alumbrados público; donde, una vez
implementado esta solución, las luces se encenderán y apagarán automáticamente
en las calles del distrito de Pampas y mediante la interfaz el usuario
monitoreará el encendido y apagado de las luces por la noche y por el día,
respectivamente.
CONCLUSIONES
Se debe resaltar el uso del
mBlock que permitió desarrollar la interfaz gráfica de monitoreo; por lo tanto,
el software mBlock se puede utilizar para dar solución a problemas recurrentes
en la ciudad de Pampas-Tayacaja. Este prototipo desarrollado, se puede utilizar
para mejorar el problema de la deficiencia del alumbrado automático mediante el
sensor LDR. Además, se puede implementar en los domicilios, que generaría
ahorros en el consumo de energía eléctrica beneficiando a los ciudadanos de la
provincia de Tayacaja.
Es importante resaltar la placa
Arduino y los sensores, que son dispositivos electrónicos muy intuitivas para
desarrollar proyectos aplicados a nuestro contexto; además interactúa con el
software mBlock; de esta manera generando perspectivas tecnológicas en los
estudiantes desde los primeros años de estudio.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Mendes,
J., J.,A., Stevan, S., L. (2013). LDR e sensores de luz ambiente: funcionamento
e aplicações. SEA 2013
[2]
Arduino (2021) “What Is Arduino?” Arduino.
Retrieved December 5, 2021 (https://www.arduino.cc/).
[3] Barres,
A. (2018). Diseño e implementación de un sistema de control de iluminación
basado en Arduino. http://hdl.handle.net/10251/106851
[4] Chacho,
J. M., Sotomayor, P. E., & Delgado Quiñonez, N. D. (2013). Diseño e
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controlado vía wireless e instalado en la Casa de Don Bosco de Guayaquil
(Bachelor's thesis).
[5] López,
D., & Mideros, D. (2018). Diseño de un sistema inteligente y compacto de
iluminación. Enfoque UTE, 9(1), 226-235.
[6] Makeblock. (2021). mBlock - One-Stop Coding Platform for Teaching
and Learning. MBlock. https://mblock.makeblock.com/en-us/
[7] Nallaperumal, K. (2011). Engineering Research Methodology. Irtces.Org,
23.
[8] Pedrera,
A. C. (2017). Arduino para Principiantes: 2ª Edición. IT Campus Academy.
[9]
Polya, G. (1945). How to Solve It. 2da ed. New
York: Princeton University Press, Doubleday Anchor Books
[10] Yoshihisa, T. (2009). Energy saving liehting efficiency
technologies. Quarterly Review, 59-71.