Domótica con Arduino: climatizador automático

Una casa domotizada nos facilita la vida y nos aporta confort. Ahora podemos crear un sistema automatizado barato con Arduino, sin necesidad de un caro PLC y aparatos domóticos. El sistema se puede instalar en una vivienda o en un área de trabajo, para garantizar que siempre estemos a una temperatura agradable.

El experimento consiste en crear un sistema que mida la temperatura ambiental y pueda conectar una estufa o un sistema de refrigeración, según la temperatura detectada. Así mantendrá constantemente una temperatura idónea en invierno y en verano sin que tengamos que mover un dedo.

Materiales necesarios

• Placa Arduino UNO. (Disponible en nuestra tienda)
• Sensor de temperatura LM35. El LM35 puede operar con tensiones de entre 4 y 30v, así que funcionará a la perfección en nuestro Arduino (5v). Además puede medir temperaturas en un rango de entre 150ºC a -55ºC, más que suficiente para medir temperaturas ambientales normales.
• Estufa o calefactor eléctrico.
• Ventilador o sistema de refrigeración.
• 2 relés con sistema de control a 5v y salida para 220v (5v-220v).
• Cable unifilar para las conexiones a la placa de Arduino.
• Cable eléctrico de 4mm para las conexiones de 220v.
• Interruptor (220v).
• Fichas de conexión.
• 2 Enchufes hembra y uno macho (220v).

Procedimiento

Primero me gustaría explicar el funcionamiento del sensor que vamos a emplear en la práctica. El LM35 aporta tensiones de salida proporcionales a la temperatura detectada. 150ºC equivalen a 1.5v de salida y -55ºC a 0.55v. Así que podemos hacer una regla de tres simple para calcular las temperaturas detectadas en función de la tensión. La salida es lineal, así que cada grado centígrado equivale a 10mV de incremento en la salida (10mV/ºC). Para el cálculo podemos usar la siguiente fórmula:

ºC = (5 * analogRead(PIN_SENSOR) * 100) / 1024

Siendo analogRead(PIN_SENSOR) la tensión expresada en mV de la salida del sensor LM35 que obtenemos por el pin analógico de Arduino. Recuerda que las entradas analógicas de Arduino, a pesar de ser analógicas son tratadas por el microcontrolador como digitales, representándolas con valores de 10 bits.

Como podremos apreciar, si miramos el sensor de temperatura LM35 podemos ver tres patillas, una que debemos conectar a los +5v de Arduino, la central a la salida donde se recogerán los voltajes correspondientes a las temperaturas medidas y la derecha para tierra (GND).

Ahora que ya sabemos como trabaja el sensor, vamos a empezar con el montaje. Simplemente conectaremos el pin izquierdo al terminal de +5v de la placa Arduino, el central a la entrada analógica A4 (por ejemplo) y el derecho a tierra (GND).

Después vamos a colocar los relés correspondientes para la estufa y para el refrigerador. Los relés también disponen de distintos pines para el control. El relé actuará como un interruptor automático que enviará corriente al aparato en cuestión. Al disponer de dos circuitos no conectados, el relé puede ser controlado por tensiones de unos cuantos voltios (5v en nuestro caso) de corriente continua y actuar como switch para corrientes alternas de 220v, suficientes para alimentar aparatos domésticos. Al ser un relé normalmente abierto, solo cuando Arduino envie una tensión al relé, éste dejará paso a la corriente que alimentará el aparato eléctrico conectado a él.

El conexionado del relé será el siguiente. Por un lado deberemos conectar los bornes A y B a la placa Arduino. Uno al GND o tierra y el otro a una de las salidas digitales, por ejemplo la 3 para un relé y la 2 para el otro.

Por otro lado, tomando las precauciones oportunas, debemos conectar los cables a un enchufe macho para poderlo conectar a un enchufe cualquiera y obtener la energía necesaria.

Uno de los cables (fase o neutro) de los empleados para el enchufe macho anteriormente montado, lo cortaremos e interpondremos un interruptor para conectar y desconectar la tensión cuando queramos.

Luego los otros extremos los conectaremos a dos fichas de empalme, una para cada polo, y de cada terminal sacaremos dos nuevos cables. Es decir, para que haya dos nuevos cables de fase y dos nuevos cables neutros. Los dos nuevos fase o los neutros, vale cualquiera, los conectaremos al borne marcado como C en la imagen del relé.

Tras eso, seguiremos haciendo las conexiones oportunas con los cables salientes de los relés y montaremos dos enchufes hembra. Así dispondremos de dos enchufes para conectar el ventilador en uno y la estufa en el otro.

Ya tenemos listo el montaje eléctrico de nuestro experimento. Ahora toca programar el sketch, que será tan simple como el de la siguiente imagen:

Finalmente, podemos conectar el aparato de aire acondicionado/ventilador y la estufa/calefactor a los enchufes y probar que todo funcione correctamente. Podemos enfriar el sensor o calentarlo nosotros mismos para ver su funcionamiento y que los relés se activan correctamente. Gracias a la inclusión de la instrucción Serial.println en el código fuente, podemos visualizar los valores en grados Celcius en la pantalla de nuestro PC mientras tengamos Arduino conectado. Para que el circuito sea autónomo, deberemos conectar la placa Arduino a una fuente de alimentación adecuada o pilas de 5v.