CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

En el Capítulo II se hace una revisión documental, la cual va dirigida a la

identificación y selección de información que permita conceptuar el evento a

realizar, se plantean los antecedentes de la investigación ó estudios previos

y tesis de grado relacionadas con el tema a desarrollar, así como también las

bases teóricas utilizadas en el transcurso de la realización del proyecto y el

sistema de variables.

1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Toda investigación toma como referencia otros estudios, en este caso,

se considera el trabajo de Díaz, Hidalgo y Sandrea (2009), titulado “Sistema

automatizado para el monitoreo y control de los servicios de luz y agua

residencial”, en la Universidad Rafael Belloso Chacín. Dicha investigación

se sustentó con los autores Forouzan (2002), Stremgler G. (1993) y Tomasi

(1996), entre otros.

Se consideró la investigación de tipo aplicada, prospectiva de campo y

factible, utilizando como técnica de recolección de datos la observación

directa. Se basó en la metodología del libro “ROBÓTICA PRÁCTICA”,

elaborado por José Angulo (1986), la cual consta de 9 fases: Definición

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de las Especificaciones, Esquema General del Hardware, Ordinograma

General, Adaptación entre el hardware y software, Integración del hardware

con el software, Ordinogramas Modulares y Codificación de Programas,

Implementación del hardware, Depuración del software, Integración del

hardware con el software, Construcción del prototipo Definitivo y Pruebas

Finales.

El sistema automatizado se basó en el monitoreo y control de carga

eléctrica y flujo de agua entrante a una residencia por medio de un

Controlador Lógico Programable (PLC) modelo SLC 500 Allen Bradley. Los

resultados obtenidos fueron totalmente satisfactorios, controlando distintas

áreas de la residencia, por orden de importancia, dependiendo del porcentaje

de entrada de estos servicios públicos al hogar.

Además de implementar elementos teóricos similares este antecedente se

relaciona con la presente investigación debido a que se hizo uso de las

tecnologías contemporáneas de microcontroladores para poder implementar

un sistema automatizado dentro del entorno residencial. Mientras que el

antecedente se enfocó en la satisfacción de las necesidades al público en

general en lo que a servicios de agua y luz se refiere, el actual proyecto se

centra en un público específico, el cual posee una discapacidad en particular,

en este caso la paraplejia, a través de un control remoto personalizado.

Como segundo antecedente, se comenta el trabajo presentado por

Espinel, Mavárez y Valbuena (2007) titulado “Control de dispositivos

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eléctricos residenciales a través de internet aplicando tecnología

domótica” realizado en la Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín.

Esta investigación tuvo como propósito diseñar un sistema para el control de

dispositivos eléctricos residenciales a través de internet aplicando

automatización.

Un sistema de control es un dispositivo o conjunto de dispositivos que

tiene la función de manejar, controlar, dirigir o regular el comportamiento de

otros dispositivos o sistemas. Ellos constan de una variable controlada y una

variable manipulada Ogata (1993). Un dispositivo eléctrico consiste en una

combinación de componentes electrónicos organizados en circuitos,

destinados a controlar y aprovechar las señales eléctricas.

Domótica proviene del latín domus (casa) y del término informática, siendo

el conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de la

vivienda. La Domótica integra todos los sistemas en materia de seguridad,

gestión de energía, comunicación y control de automatismos. Chaparro,

(2003).

En esta investigación se utiliza una serie de fases propuestas por Savant

para el diseño de dispositivos electrónicos con el fin de garantizar el

cumplimiento de los objetivos ya planteados. De acuerdo con el método de

estudio de la investigación es de tipo Descriptiva, en la misma se utilizó la

observación directa, así como la entrevista no estructurada y la observación

documental como técnicas de recolección de datos, todo esto aplicado en

personal capacitado que labore con este tipo de tecnología.

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La investigación tiene relación con el tema desarrollado debido a que se

empleó la tecnología automatizada para realizar ciertas actividades o

controlar algunos dispositivos en común. En la presente investigación, se

utiliza la tecnología automatizada para asistir a las personas parapléjicas y

hacerle de cierta manera más cómoda su vida diaria, brindándoles el confort

adecuado dentro de la vivienda y logrando independencia a la hora de

efectuar tareas cotidianas.

Por último, se refiere el trabajo desarrollado por Alarcón y Romero (2004)

titulado “Desarrollo de un controlador para la automatización del hogar

basado en protocolo X-10 e interconectado con el sistema VISIOM que

emplea la empresa Procedatos, S.A.” realizado en la Universidad Privada

Dr. Rafael Belloso Chacín, el cual tuvo como propósito general desarrollar un

controlador para la automatización del hogar basado en protocolo X-10 e

interconectado al sistema VISIOM que emplea la empresa PROCEDATOS,

S.A. Dicho sistema automatizado es un sistema de control y automatización,

circunscritos dentro del ámbito doméstico, y persigue mejorar la seguridad y

calidad de vida de los habitantes del inmueble.

Por otra parte, el protocolo X-10, puede definirse como un medio de

comunicación diseñado para enviar señales sobre el cableado de 120 VAC,

optimizando labores de medición. El marco teórico se sustentó en los

criterios de diversos autores como Angulo (1999), Smith y Corripio (1997). La

investigación se caracterizó por ser de tipo Descriptiva, Aplicada y

Documental.

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Se utilizó la metodología desarrollada por Angulo (1999), la cual consta de

nueve fases: Definición de las Especificaciones, Esquema General del

Hardware, Ordinograma General, Adaptación entre el hardware y software,

Integración del hardware con el software, Ordinogramas Modulares y

Codificación de Programas, Implementación del hardware, Depuración del

software, Integración del hardware con el software, construcción del prototipo

Definitivo y Pruebas Finales, más una fase adicional agregada por los

autores para poder cubrir los objetivos con base a la investigación realizada.

Se logró diseñar un controlador para la automatización del hogar, basado

en el protocolo X-10 e interconectado al sistema VISIOM, el cual utiliza un

microcontrolador PIC 16F877, un detector de cruces por cero, un detector de

portador de 120 kHz, y un generador de portadora igualmente de 120 kHz,

una interfaz del usuario con el controlador que consiste en cinco botones y

una pantalla LCD de 2x16. Finalmente se integró cada uno de los elementos

en el protoboard, donde se incluyeron instalaciones eléctricas con

dispositivos de 110 VAC, 60 Hz, asimismo, se pudo verificar el correcto

funcionamiento del controlador, alcanzando así los objetivos planteados.

Concluyen su investigación señalando que los resultados fueron

favorables puesto que se cumplieron con cada uno de los objetivos deseados

durante el desarrollo del controlador para la automatización del hogar,

contribuyendo de esta manera con el bienestar social del país y de futuras

investigaciones. Aún cuando esta investigación estudia específicamente solo

el uso de la automatización a través de un protocolo determinado, la

tecnología también es implementada dentro del área residencial. La

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tecnología de automatización para el hogar basado en protocolo X-10 e

interconectado con el sistema VISIOM usada en el trabajo citado, será

tomada como ejemplo al sistema automatizado que se propone, al mismo

tiempo que se emplearán fuentes teóricas similares.

2. BASES TEÓRICAS

Comprende un conjunto de conceptos y proposiciones que constituyen un

punto de vista o enfoque determinado, dirigido a explicar el fenómeno o

problema planteado. Esta sección se divide en función de los

tópicos que integran la temática tratada y de las variables que son

analizadas.

2.1. SISTEMA AUTOMATIZADO

Moreno (2001, p. 8) asegura que “Una forma clásica de abordar el estudio

de los Sistemas Automatizados es la división en Parte de Mando y Parte

Operativa.”

La parte operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina.

Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la

operación. Forman parte de ella los accionadores de las máquinas como son

motores de corriente continua, motores de corriente alterna, cilindros

neumáticos, accionadores hidráulicos, compresores, bombas, entre otros.

La parte de mando suele ser un autómata programable. En un sistema de

automatización el autómata se encuentra en el centro del sistema, siendo

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capaz de comunicarse con todos los constituyentes del sistema

automatizado.

El autómata elabora las acciones a realizar sobre el sistema en base al

programa que ha sido introducido en su memoria, a las señales de los

captadores, y de acuerdo a las órdenes que provengan del operador. Así

como también dialoga con el operario, recibiendo consignas y suministrando

información. Puede coordinarse con otros procesos comunicándose con los

demás autómatas de la línea o con un nivel superior.

No es posible automatizar todos los procesos, algunas razones o causas

pueden ser:

• El costo es muy alto para el desarrollo de las máquinas o los robots

necesarios para la automatización.

• No existen captadores fiables del proceso que se desea automatizar.

• Es menos costosa la realización del proceso por parte de un ser

humano.

Para que el proceso sea efectivo la información de los captadores debe

ser suficiente y fiable.

2.2. COMPONENTES PARA LA INSTALACIÓN DE UN SISTEMA

AUTOMATIZADO

Palomino (2009) en línea, asegura que, la instalación de un sistema

automatizado está compuesta por una serie de elementos, los cuales

detectan un cambio de estado en una variable física; estos dispositivos

llamados sensores transmiten la información al sistema de control mediante

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interfaces y acondicionadores de señal para adaptar las señales entre los

distintos componentes del hardware, utilizando una estructura de

comunicaciones para que interactúen con otros dispositivos llamados

actuadores, encargados de ejecutar, en consecuencia las acciones de

control en función de unas normas establecidas por el usuario. A

continuación se definirá cada uno de estos elementos:

2.2.1. SENSORES

Para realizar las mediciones de magnitudes mecánicas, térmicas,

eléctricas, físicas, químicas, entre otras, se emplean dispositivos

comúnmente llamados sensores y transductores. El sensor percibe los

cambios de la magnitud en cuestión, como temperatura, posición o

concentración química, mientras que el transductor convierte estas

mediciones en señales generalmente eléctricas para suministrar la

información a instrumentos de lectura y registro o para el control de las

magnitudes medidas. Estos dispositivos pueden estar ubicados en

posiciones alejadas del observador, así como en entornos inadecuados,

imperceptibles o impracticables para los seres humanos.

Los sensores son considerados elementos transductores de entrada en un

sistema automatizado porque permiten obtener información de los

parámetros que se desea monitorear y/o controlar en un recinto, llevando a

cabo la conversión de magnitudes para transmitirla a la unidad encargada del

procesamiento y control del estado de las variables a gestionar. En la gran

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mayoría de los casos se encuentran protegidos por un encapsulado el cual

logra reducir o evitar las interferencias externas distintas de la magnitud en

medición, permitiendo un correcto y confiable funcionamiento.

Dentro de las características que posee un sensor se pueden destacar:

• Conversión de una variable física en otra diferente más fácil de evaluar y

procesar.

• Aunque generalmente proporcionan señales eléctricas, en algunos casos

pueden generar otros tipos de señales.

• Pueden funcionar con contacto físico (sensores de toque) o sin contacto

físico (sensores ópticos).

Para evaluar y valorar la calidad de un sensor se debe tener en cuenta

una serie de conceptos y definiciones que lo caracteriza, dentro de los cuales

se encuentran:

• Amplitud: Es la diferencia entre los límites de la medición.

• Calibración: Es un patrón de la variable medida que se aplica mientras se

observa la señal de salida.

• Error: Es la diferencia entre el valor medido y el valor real.

• Error de linealidad: Es la máxima desviación de la función de transferencia

del sensor respecto a su recta de ajuste.

• Exactitud: Es la concordancia entre el valor medido y el valor real.

• Factor de escala: Es la relación entre la salida y la variable medida.

• Fiabilidad: Es la probabilidad de no generar error.

• Histéresis: Es una trayectoria o recorrido diferente de la medida cuando

aumenta o disminuye.

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• Offset: Es el valor de la salida del sensor cuando la magnitud de entrada

medida es cero.

• Precisión: Es la dispersión de los valores de salida. Se determina como el

cociente entre el máximo error de la señal de salida respecto del máximo

valor de salida y se expresa en porcentaje.

• Rango dinámico: Es la diferencia entre los valores máximo y mínimo que

pueden ser medidos por el sensor.

• Rango de error: Es una banda de desviaciones permisibles de la salida.

• Rango de temperatura de servicio: Es el rango de temperaturas de trabajo o

funcionamiento en el cual la señal de salida permanece dentro del error

especificado.

• Resolución: Es el menor cambio detectable en la magnitud medida que

puede causar un cambio en la magnitud de salida.

• Ruido: Es una perturbación aleatoria no deseada que modifica el valor

medido.

• Sensibilidad: Es la relación entre la variación de la salida y el cambio en la

variable medida. Se pueden distinguir 3 tipos de sensibilidad:

- Sensibilidad absoluta: Es el cociente entre la variación de la señal de salida

y el cambio correspondiente en la magnitud de entrada.

- Sensibilidad relativa: Es el cociente entre la variación de la señal de salida y

el cambio correspondiente en la magnitud de entrada normalizado por el

valor de la señal de salida cuando la magnitud medida es cero.

- Sensibilidad cruzada: Es el cambio de la señal de salida causada por otras

magnitudes medidas.

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2.2.1.1. TIPOS DE SENSORES

En la actualidad existe un gran número de sensores de distintos tipos y

con diversas funcionalidades, los cuales se pueden clasificar de acuerdo con

determinados criterios. A continuación se describe una clasificación citada en

el libro “Domótica e Inmótica: viviendas y edificios inteligentes”.

• Según el tipo de alimentación (Activos y pasivos): Los sensores activos

necesitan ser alimentados eléctricamente y ajustados a los niveles

apropiados de voltaje, corriente, etc. Son los más comunes en las

instalaciones con un sistema de gestión automatizado. Las sondas de

temperatura son ejemplos de sensores activos; su resistencia cambia con la

temperatura, haciendo variar la corriente que circula por ella y que es

suministrada por un generador correspondiente.

Los sensores pasivos no necesitan ser alimentados eléctricamente, por lo

tanto no suelen ser aplicados comúnmente en la industria o en el hogar.

Algunos ejemplos de sensores pasivos son los termómetros de mercurio y

los indicadores de presión.

• Según el tipo de señal implicada (Continuos y discretos): Haciendo

referencia a su nombre, los sensores continuos son aquellos que

proporcionan señales continuas y los discretos cuando las señales que

suministran son discretas.

Un sensor continuo tiene como salida una magnitud cuyo valor medido

varía de forma continua en el tiempo, pudiendo presentar infinitos valores

dentro de su rango. Estas magnitudes en la salida del sensor son llamadas

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señales analógicas. Algunos ejemplos de este tipo de sensores son los de

iluminación, humedad, presión, temperatura, magnitud y dirección del viento,

entre otros.

Los sensores discretos solo disponen de un número finito de posibles

salidas que corresponden a estados posibles limitados de la variable a medir.

La magnitud en la salida es llamada señal discreta, caracterizada por poseer

un número finito de valores dentro de su rango, pero poseen mayor interés

las que se aplican comúnmente en el campo de la automatización para el

hogar, resultando ser aquellas que presentan únicamente dos estados:

encendido y apagado, a estas se les denomina señales binarias.

En la mayoría de los casos, los sensores discretos son denominados

detectores, pues su funcionalidad es la detección de dos estados, por

ejemplo circuito abierto o cerrado y detección de la presencia o ausencia de

alguna condición física como iluminación, humo, agua, gas, incendio,

apertura de puertas o ventanas, rotura de cristales, proximidad (mediante

barreras ópticas), etc.

• Según el ámbito de aplicación: Gestión climática, gestión contra incendio,

gestión contra intrusión y/o robo, control de presencia e iluminación, entre

otros.

Uno de los criterios más comunes de clasificación es el correspondiente al

ámbito de utilización, permitiendo así una gestión y un control directo de

diferentes factores que influyen en las instalaciones hogareñas o industriales.

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Algunos de los ejemplos que se pueden tener para esta clasificación son

mencionados a continuación:

-Gestión climática: Sensores de temperatura (resistivos, semiconductores,

termopares, etc.), termostatos, sondas de temperatura para inmersión, para

conductos, para tuberías, sensores de humedad, sensores de presión, etc.

-Gestión contra incendio: Sensores iónicos, termovelocimétricos, sensores

ópticos, infrarrojos, de barrera óptica, sensores ópticos de humo, de

dilatación etc.

-Gestión contra intrusión y/o robo: Sensores de presencia por infrarrojos,

por microondas o por ultrasonidos, sensores de aperturas de puertas o

ventanas, sensores de rotura de cristales, sensores microfónicos, sensores

de alfombra pisada, etc.

- Control de presencia: Lector de teclado, lector de tarjetas, identificadores

corporales (biométricos).

- Control de iluminación: Sensor de luminosidad.

- Otros sistemas: Sensores de lluvia, de viento, de CO2, de gas, de

inundación, de consumo eléctrico, de consumo de agua, de nivel de

depósitos, etc.

• Descripción de algunos tipos de sensores: Existe una gran variedad de

sensores que se utilizan en la automatización para la detección de una

variable física y posibilitar un control automatizado de las tareas habituales,

del confort y de la seguridad. Dependiendo del tipo de incidencia que se

produzca en el entorno que se desee detectar para llevar a cabo tareas de

automatismos se pueden tener los siguientes tipos de sensores:

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- Sensores de luminosidad: Los sensores de luminosidad o lumínicos son

dispositivos electrónicos capaces de determinar el nivel de una fuente de luz

(natural o artificial), permitiendo un control automático de tareas dentro de un

ambiente automatizado. Estos tipos de sensores se pueden diferenciar

mediante la señal que suministran en sensores de luminosidad y detectores

de fuentes de luz.

Los sensores de luminosidad propiamente dichos proporcionan una salida

analógica que sirve para ajustar los niveles de iluminación en función de la

intensidad de luz existente. Son llamados también reguladores o “dimmers”

automáticos para luminosidad.

Los detectores de luz solo son sensibles a un cambio considerable en una

fuente de iluminación, convirtiendo la variable física en una señal de dos

estados o digital, de modo que solo se utiliza para realizar acciones de

encendido o apagado. Cuando la variable física de detección corresponde a

la luz del día o intensidad lumínica solar se denominan Sondas

Crepusculares.

Los sensores se componen de una célula fotoeléctrica y cierta circuitería

electrónica, por ejemplo, una fotorresistencia o un fotodiodo en configuración

de divisor de voltaje con un amplificador operacional con los cuales sea

posible ajustar un umbral de conmutación mediante un potenciómetro de

modo que pueda proporcionar una señal binaria que permita activar un

elemento actuador como un relé, un contactor o un motor pequeño.

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Actualmente se pueden encontrar en el mercado una variedad de

elementos que incorporan distintas clases de sensores y sondas, los cuales

son empleados tanto en espacios interiores para el control de la luminosidad

(salones, habitaciones, restaurantes, etc.) y también en exteriores (jardines,

terrazas, fincas, calles, etc.) para el caso de las crepusculares.

- Sensores de presencia o intrusión: Estos sensores son capaces de

detectar la entrada o salida de elementos (por lo general personas) dentro

del lugar en el cual se requiere una vigilancia permanente. Se pueden

clasificar en volumétricos, perimetrales y lineales.

o Sensores volumétricos: Son sensores de tipo digital y la activación del

mismo se produce cuando detectan un cambio de temperatura o de

movimiento. Se usan comúnmente para la detección de intrusiones no

deseadas dentro de un espacio. Generalmente éstos se ubican en una

esquina y en la parte superior dentro de un recinto cerrado, asegurando una

orientación que logre la máxima cobertura posible y alejándolos de fuentes

de calor externas.

Los sensores de presencia están diferenciados de los sensores de

movimiento por su sensibilidad. Los primeros son capaces de captar

pequeños movimientos como el de una mano dentro de un espacio reducido,

mientras que los otros detectan movimientos grandes como el

desplazamiento de una persona, animal u objeto en un espacio más amplio.

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o Sensores perimetrales. Son los encargados de realizar la vigilancia en

el perímetro de una instalación. Actúan como barreras situadas alrededor del

lugar a inspeccionar y se produce la activación cuando algo o alguien la

sobrepasa.

La ventaja más relevante es la capacidad de detectar al intruso antes que

ingrese a la vivienda o edificio debido a la ubicación de estos elementos

sensores en exteriores, sin embargo tienen que soportar las condiciones

atmosféricas a las que están expuestos en algunos casos y posiblemente no

puedan responder de manera eficaz ante una eventualidad. Por este motivo

existe una gran variedad de este tipo de sensores y es indispensable tener

en cuenta los requerimientos y características antes de realizar diseños

preliminares a una instalación.

Dentro de estos sensores se pueden encontrar algunas clases que se

emplean para la detección de vibraciones, rotura de cristales, alfombra

pisada y apertura de puertas o ventanas, entre otros.

o Sensores lineales. Funcionan mediante el bloqueo de una barrera

invisible cuando algo o alguien se interpone en ella.

Esta barrera se conforma mediante un elemento emisor de infrarrojos o

microondas y otro receptor del mismo tipo, el cual recibe constantemente la

señal del primero (en condiciones normales) y se interrumpe

momentáneamente mientras haya algún cuerpo en su campo de actuación.

- Sensores de temperatura: La temperatura es una de las variables más

delicadas, pues casi todos los fenómenos físicos se ven afectados por ésta y

es utilizada para inferir otras variables en un proceso. Por lo tanto, se hace

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necesario tener un correcto control de temperatura acorde con las exigencias

de seguridad, confort y energía de un ambiente automatizado, para el cual se

recurre a una amplia gama de sensores, cada uno de los cuales debe

responder a las características específicas del recinto a controlar.

Existen algunos tipos de estos sensores, por ejemplo, los termostatos y

las sondas de temperatura los cuales pueden tener diferencias en su

aplicación y funcionamiento. Los termostatos son sensores de tipo digital

porque envían una señal que posibilita la conexión o desconexión de algún

elemento según un umbral de temperatura previamente establecido. Los hay

de diversas clases, pero en este tipo de sisma automatizado, se usan por lo

general los más sencillos que consisten en dos placas metálicas, cada una

con diferentes coeficientes de dila tación con la temperatura.

Cuando aumenta la temperatura se dilatan las placas y se acercan o se

separan, accionando o interrumpiendo un circuito eléctrico que conforman

con la salida, sirviendo de esta manera como un sensor controlador con un

control de lazo cerrado de tipo “ON-OFF”.

Los termostatos de ambiente se suelen instalar a 1,5 metros del suelo y

en el centro de una pared que se encuentre enfrentada a una fuente de calor,

ubicándolos en un lugar accesible y alejado de fenómenos externos que

puedan causar desviaciones en la medida de la temperatura, por ejemplo la

incidencia directa del sol, las corrientes de aire o los electrodomésticos y

equipos cercanos susceptibles de producir cierto grado de calor.

Por otra parte, las sondas de temperatura son sensores analógicos que

por lo general varían un parámetro en función de la temperatura. Estos

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consisten en semiconductores o resistencias con coeficientes de temperatura

grandes, tanto negativos como positivos. Para la instalación de las sondas de

temperatura se deben tener en cuenta las mismas consideraciones que las

referentes a los termostatos.

Si se emplean en grandes espacios que posean inercias térmicas

importantes se requerirá que los controladores de temperatura posean

algoritmos con lazos cerrados de control más complejos como los PI o PID.

Generalmente las sondas térmicas se utilizan para regular la temperatura en

espacios interiores como salas de museos, habitaciones en hoteles y

hospitales, auditorios, entre otros, además de posibilitar las mediciones

térmicas en tuberías y suelos. También se emplean para funcionar como un

control automático de la temperatura dentro de una vivienda u oficina en

función del calor del sol incidente sobre ella, logrando así un ambiente

óptimo y confortable para los residentes del lugar.

- Detectores de incendio: Estos sensores detectan partículas en el aire,

calor o humo, posibilitando la activación de señales sonoras y luminosas.

Existen 3 clases diferentes de sensores destinados a la detección de

incendio de acuerdo con la propiedad física que emplean: Ópticos, iónicos y

termovelocímetros (flujo de calor).

- Ópticos: Su configuración es de tipo barrera óptica, consistiendo en un

diodo emisor de luz y un fototransistor receptor que detecta constantemente

el haz luminoso. Cuando se interpone humo visible dentro de la barrera

óptica se produce dispersión del haz, provocando una disminución en la

intensidad recibida. Presentan baja sensibilidad, pues solo se encargan de

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detectar el humo visible, por tanto no es recomendable su instalación en

ambientes que habitualmente contengan humo (cocinas, garajes, etc.).

- Iónicos: Poseen varias cámaras independientes. Una de ellas es cerrada e

ionizada por una fuente radioactiva muy débil, la cual no presenta riesgos

para la salud y la otra es abierta para que pueda circular el aire del entorno.

En la combustión generada dentro de la cámara abierta se produce la

ionización del aire, detectándose la diferencia entre el nivel de ionización de

las cámaras. Debido a la alta sensibilidad que pueden tener estos sensores,

resultan adecuados para la instalación automatizada en viviendas y edificios

pero no se aconseja en lugares con humo frecuente. La instalación se debe

realizar en locales con alturas menores de 12 metros, cubriendo un área

máxima de 50m2

- Termovelocimétricos: Se componen de puentes equilibrados de

resistencias, algunas de ellas se exponen hacia el exterior para la detección

de variación de temperatura. En ciertos casos se reemplazan las resistencias

por sustancias líquidas o gaseosas.

Estos sensores responden cuando hay un sobrepaso de temperatura

establecida dentro de un rango específico y son insensibles a humo, por lo

que se posibilita su instalación en ambientes como garajes y cocinas.

Pueden ubicarse en locales con altura inferior a 7 metros y tienen cobertura

máxima de 25m².

- Interruptores de lluvia: Están formados por un circuito que detecta agua

mediante placas metálicas separadas por un material que puede cambiar la

resistividad con la presencia de agua, generando una señal hacia la unidad

principal de control.

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Aunque son de tipo digital, también se encuentran analógicos como los

sensores de pluviosidad, los cuales tienen una rendija que regula la entrada

del agua dependiendo de la cantidad de lluvia en la zona de ubicación y se

ajustan para permitir una acción controlada de forma gradual.

La instalación de sensores de lluvia se realiza en exteriores de manera

que pueda recibir una cantidad similar de lluvia para lograr un control

automático de tareas en ambientes cerrados como el riego de plantas y

jardines en viveros o en interiores de una vivienda, posibilitando un ahorro

considerable de agua y energía.

• Otros tipos de sensores. En un sistema automatizado se pueden tener una

cantidad determinada de sensores dependiendo del número de entradas y la

capacidad de procesamiento de información que posea la unidad de control.

Ésta última tiene que ser capaz de recibir las señales emitidas por los

diversos tipos de sensores empleados para distintos objetivos en lugares

determinados.

Los sensores empleados con mayor frecuencia en ambientes de hogar o

industria son los detallados en los párrafos anteriores pero en algunas

ocasiones se requiere la medición y control de alguna variable física o

química en particular como el nivel de PH, radiación, humedad relativa del

aire, presión atmosférica, movimientos telúricos, entre otros.

Por lo general, el control de estas variables se realiza en ambientes

industriales o en situaciones donde se requieran unas condiciones

específicas para llevar a cabo algún proceso en particular. Comercialmente

se pueden encontrar algunos sensores destinados a proporcionar

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información sobre parámetros ambientales (pequeñas estaciones

meteorológicas) pero no se suele realizar ningún control sobre ellos ni se

integran dentro de un sistema automatizado.

2.2.2. ACONDICIONADORES DE SEÑAL

Las señales que entrega un sensor no siempre son compatibles con los

tipos de señales que deben ingresar al sistema receptor, por lo tanto se hace

necesario, en la mayoría de los casos, que las señales de los sensores sean

acondicionadas y/o adaptadas al controlador. Esta conversión es realizada

mediante los acondicionadores de señal. Actualmente existen varios

estándares para el acondicionamiento de señales, algunos son de voltaje o

tensión (0V – 5V, 0V – 100V) y otros son de corriente (0mA – 20mA, 4mA –

20mA).

En el mercado de equipos electrónicos para el hogar y la industria se

pueden encontrar diversos tipos de acondicionadores de señal, entre ellos se

distinguen los acondicionadores para señales discretas, para sensores

resistivos, amplificadores, atenuadores pasivos para señales continuas, filtros

de señal, convertidores de voltaje a frecuencia (V/F) y de frecuencia a voltaje

(F/V), análogos/digitales y digitales/análogos.

Los fabricantes pueden incluir estos dispositivos en sus catálogos,

permitiendo obtener información clara acerca de los equipos que adaptan las

señales provenientes de los diferentes sensores al formato de las señales

propias del sistema, bien sea empleando protocolos estándares o

propietarios.

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2.2.3. TRANSMISORES

Al igual que los sensores, los transmisores son elementos de entrada en

un sistema automatizado pero con la gran diferencia de tener una interfaz de

usuario, permitiendo el ingreso de órdenes directas individuales o

secuenciales. Los transmisores basan su funcionamiento en la recopilación

de información, representada en las órdenes y comandos que el usuario del

sistema ejecuta para la realización de una acción determinada, para luego

ser enviada hacia el elemento controlador y posteriormente ser ejecutada la

tarea de control.

Los tipos básicos de transmisores que se pueden instalar en un sistema

automatizado son: mandos a distancia, interfaz telefónico, teclados,

pulsadores e interruptores.

• Mandos a distancia: Estos elementos son los más comunes para la

interacción con el sistema automatizado, pues facilita la ejecución de

acciones de forma remota dentro de una vivienda o edificio. Están

constituidos por un elemento emisor y otro receptor. El elemento emisor

puede ser un mando con botones de membrana o una pantalla inalámbrica

sensible al tacto (“Wireless TouchScreen”); es quien recoge la información,

adapta las señales a un formato de emisión, bien sea empleando infrarrojos

o radiofrecuencia, para luego enviarlas hacia el receptor.

Estos tipos de mandos no son recomendables para emplearlos en

aplicaciones de seguridad dado que estos dispositivos pueden ser

manipulables desde el exterior.

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• Interfaces telefónicos: Estos dispositivos son herramientas útiles e

importantes dentro de un sistema automatizado. Se componen de una

interfaz con la línea Red Telefónica Pública Básica Conmutada (RTPBC),

una electrónica de control y el respectivo interfaz con el sistema automático

(por ejemplo, “Gateways” entre redes de telecomunicaciones). Dependiendo

del flujo de información que gestionan, los interfaces telefónicos pueden ser

de dos tipos: Unidireccionales y bidireccionales.

Los unidireccionales reciben la información únicamente desde el exterior

hacia el sistema y generalmente de ubican en la caja de los totalizadores de

la vivienda. Pueden ser monocanal o multicanal. Incorporan relés para el

accionamiento de elementos electrónicos y mecánicos.

Los bidireccionales permiten un flujo de datos en ambos sentidos

interiorexterior. Estos interfaces están basados en tecnologías de

comunicaciones empleando microprocesadores para la síntesis de voz

(desde el interior) y decodificación de tonos multifrecuencia (desde el

exterior). Estos sistemas permiten la gestión de aplicaciones y el

mantenimiento de dispositivos a través de redes globales como Internet.

• Pulsadores e interruptores: Son elementos electromecánicos considerados

entradas del sistema automatizado que posibilitan la conexión o desconexión

de uno o más circuitos eléctricos.

Los pulsadores se pueden diferenciar de los interruptores por su

configuración mecánica y modo de operación. Los pulsadores tienen solo

una posición de equilibrio. Se accionan solo cuando cambia de estado,

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regresando a su posición original cuando cesa el accionamiento. De acuerdo

con lo anterior se pueden encontrar pulsadores normalmente abiertos o

cerrados.

Los interruptores o suiches tienen dos posiciones de equilibrio: en circuito

abierto o circuito cerrado. A diferencia de los pulsadores, los interruptores

poseen retención, así que pasan de una posición a otra cuando se accionan

y permanece en la última posición hasta que cesa el accionamiento.

• Teclados: Son dispositivos de entrada porque recopilan información y los

ingresan al mismo. Se componen por un teclado alfanumérico y algunos de

ellos están dotados de códigos de seguridad que permiten comprobación de

acceso y/o monitoreo de parámetros para la información del estado del

sistema.

Actualmente existen teclados de membrana (generalmente forman una

matriz 3x4 ó 4x4), mecánicos (una línea por tecla y un cable común en

topología de bus, no son muy usados) y de pantalla táctil (interfaz de usuario

para el manejo, configuración y programación del sistema automatizado).

2.2.4. ACTUADORES

Los actuadores son dispositivos electromecánicos considerados como

salidas en un sistema automatizado porque actúan sobre el medio exterior y

afectan físicamente a la vivienda o al edificio. Ejecutan las órdenes obtenidas

mediante las entradas al sistema, convirtiendo una magnitud eléctrica en otra

de otro tipo (mecánica, térmica, óptica, etc.). Se puede decir que realizan, de

alguna manera, un proceso inverso al de los sensores.

37

Estos elementos pueden mantener niveles de salida continuos o discretos,

dependiendo de la señal que lo gobierna. Si la actuación es de tipo

“encendido/apagado” entonces es porque lo rige una señal digital, pero si la

actuación es variable es porque la señal percibida es analógica.

Los actuadores se pueden clasificar en tres tipos diferenciados según su

constitución: electromecánicos (motores, electroválvulas, relés, contactores,

cerraduras digitales), acústicos (sirenas, bocinas, altavoces) y luminosos

(paneles, monitores, lámparas).

A continuación se describen los elementos que pueden considerarse como

actuadores empleados en las instalaciones automatizadas:

• Motores: Son máquinas que convierten la energía eléctrica en mecánica

para generar movimiento. Los tipos más comunes empleados en sistemas

automatizados son los de corriente directa, los de corriente alterna y los paso

a paso.

- Motores de DC: En los motores de corriente continua o directa, la

variación del voltaje controla la velocidad del mismo. Son precisos y su

accionamiento es rápido, pero tienen poca potencia.

- Motores de AC: Los motores de corriente alterna varían la velocidad en

función de la frecuencia del voltaje de entrada. Tienen la gran ventaja de no

necesitar fuentes de alimentación adicionales a la propia de la red eléctrica,

por eso resultan útiles en al ámbito de la automatización.

38

- Motores paso a paso: Los motores paso a paso son elementos de muy

alta precisión, por tanto se emplean como posicionadores, en algunos casos

se emplean en conjunto con servoválvulas que giran a un ángulo

determinado a cada secuencia de impulsos.

En la automatización, los motores se utilizan fundamentalmente para el

control de toldos, cortinas y persianas. Se emplean los motores asíncronos

monofásicos que se ubican en el interior del eje de los elementos a controlar.

“Suelen tener un sistema reductor de velocidad que proporciona unas

velocidades de giro entre 8 y 55 r.p.m. y dos finales de carrera para la

desconexión automática del motor; un final de carrera se ajusta para el

máximo desplazamiento superior y el otro para el máximo desplazamiento

inferior.”

• Sirenas: Son elementos de alerta que se emplean en los sistemas de

seguridad para anunciar una alarma en alguna situación que represente un

peligro para las personas o para el entorno habitable. La instalación de las

sirenas se puede realizar en exteriores e interiores, dependiendo del tipo de

alerta que se requiera en el lugar.

Para ambientes en exteriores se disponen de protecciones a la intemperie

como carcasas metálicas o plásticas. La potencia de sonido es elevada

(105dB a 115dB) y se alimentan de corriente directa. En algunos casos se

acompañan de un elemento luminoso con una lámpara o un flash

estroboscópico. Como elementos de seguridad se utilizan baterías y

contactos especiales para evitar la manipulación y el sabotaje.

39

Cuando se requiere una instalación en interiores se suelen utilizar

protecciones contra los efectos físicos básicos como la temperatura y la

humedad, pero no se hace necesario el empleo de carcasas especiales

antivandálicas. La potencia audible es menor (85dB a 100dB) y funcionan

también en corriente directa.

• Electroválvulas: Son elementos conformados por válvulas en las cuales se

controla la apertura mediante una señal eléctrica externa. Se emplean para

realizar el control de caudales de líquidos o gases, siendo dispositivos

fundamentales para la optimización y ahorro considerable de agua y gas.

También suelen emplearse en los ductos de los sistemas de aire

acondicionado.

Las electroválvulas se componen por dos piezas: el cuerpo (parte que se

ajusta a la tubería) y el cabezal (se encarga de mover el dispositivo para la

apertura o el cierre). En la automatización se emplean con frecuencia las

válvulas de control (también llamados servoválvulas) y de corte (control de

tipo activado/desactivado).

- Válvulas de control. Son válvulas de paso variable o proporcional,

utilizadas en circuitos de calefacción por radiación de agua caliente. Tiene un

tiempo de respuesta amplio (de 10 segundos hasta 3 minutos) ya que son

accionados por un motor de AC.

- Válvulas de corte. Son válvulas utilizadas para realizar un control de paso

o interrupción de un servicio (agua o gas). Actúan mediante un electroimán

que desplaza una pieza móvil, permitiendo el cierre o el paso del fluido.

Posee un tiempo de respuesta menor que las de control y su accionamiento

puede llevarse por medio de corriente alterna o directa.

40

• Reguladores o “Dimmers”: Permiten regular la potencia que llega a una

carga mediante dispositivos semiconductores de estado sólido como los

diacs y los triacs.

Son utilizados en la automatización para realizar un control de iluminación

en bombillos, lámparas y otros elementos emisores de luz. Para ello se debe

tener especial cuidado en las especificaciones dadas por los fabricantes,

pues se necesita conocer no solo la carga máxima a la cual se conecta el

actuador sino su tipo (resistiva, inductiva, bombillo incandescente, lámpara

halógena o fluorescente, etc.) para la regulación de algún parámetro

(corriente o voltaje).

• Relés: Son los elementos más empleados en la automatización, ya que

permiten conmutar circuitos de alta potencia empleando señales de baja

potencia. Los relés se constituyen por una bobina (parte fija) y unos

contactos normalmente cerrados, normalmente abiertos y un contacto común

(parte móvil) que cortocircuita con los anteriores para llevar a cabo una tarea.

Cuando se hace pasar corriente directa a través de una bobina solenoide

hace que se magnetice el núcleo de hierro y atrae la armadura (parte móvil),

permitiendo la apertura de unos contactos y el cierre de otros.

“En la conmutación o cierre se generan picos de tensión que producen

interferencias. Para reducir estos transitorios se suelen acoplar en paralelo

con el terminal de la bobina unos diodos de desacoplo de DC o una

resistencia en serie con un condensador (filtro RC) en AC.”

41

En la automatización se pueden emplear desde simples relés de

diferentes tipos hasta módulos especiales para la conmutación de diversas

cargas, por tanto se hace necesario tener un cuidado en la utilización de los

mismos, considerando los datos de funcionamiento como el número de

circuitos que puedan accionar simultáneamente, rango de valores y

nominales de voltajes y corrientes en contactos y bobinas, tipo de carga que

conmutan, clasificación y función dentro de un circuito (instantáneos,

temporizados, de mando, de protección, etc.), entre otros muchos

parámetros y estándares que faciliten los fabricantes. Generalmente se

ubican en tableros eléctricos (si se encuentran sueltos) o en cajas de

registros (si se posicionan junto con algún circuito).

• Contactores: Físicamente y funcionalmente son elementos similares a los

relés pero pueden manejar cargas de mayor potencia (lavadoras, lavavajillas,

motobombas, etc.), son más robustos y generalmente se instalan en carriles

o tableros de distribución.

Poseen una bobina y unos contactos de platinas de cobre con un ancho y

disposición en función con la corriente que circula por ellos. También pueden

accionar varios circuitos simultáneamente con una misma señal de control,

teniendo la posibilidad de forzar la activación o desactivación (marcha/paro)

desde un circuito externo.

• Resistencias eléctricas: Son empleadas para los sistemas de secado y

calefacción, elevando la temperatura del medio donde se encuentra

instalado. Su funcionamiento se basa en la circulación de una corriente

eléctrica a través de un conductor, provocando el calentamiento del mismo.

42

2.2.5. UNIDADES DE CONTROL

Se puede decir que la unidad de control es el elemento principal donde se

encuentra la mayor parte de la “inteligencia” de un sistema automatizado. Se

encarga de recibir las señales provenientes de los sensores, analizarlas,

procesarlas y transmitirlas hacia los actuadores para que realicen la función

de control determinada. Allí es donde se encuentran los algoritmos y

comandos escritos en algún lenguaje de programación para que pueda

interoperar con el hardware del sistema, llevando a cabo la regulación de las

órdenes en función de las necesidades del usuario.

De acuerdo con la configuración y arquitectura de la red en donde se

encuentra la unidad de control, es posible lograr la identificación del

elemento principal del sistema, siendo el dispositivo central en sistemas

centralizados o puede estar repartida en distintos artefactos electrónicos una

vez realizada la programación en sistemas donde se utilice un computador o

un microprocesador como unidad principal de procesamiento.

Incluso puede existir la posibilidad de utilizar centrales telefónicas como

unidades de control aunque la interacción entre el usuario y el sistema

automatizado puede verse muy limitada.

2.2.6. PASARELAS RESIDENCIALES

Comercialmente, las pasarelas de comunicación residenciales son

elementos que están revolucionando el mercado de equipos para

instalaciones automatizadas, logrando que la mayoría de los dispositivos

43

empleados en sistemas inteligentes posean una interfaz o compatibilidad que

permita la interconexión con estos equipos, e integren diferentes tecnologías

y conectividades en el hogar digital. El objetivo fundamental de las pasarelas

residenciales es facilitar el acceso remoto desde cualquier parte del mundo

hacia el interior de la vivienda mediante la conexión de toda la instalación

para la automatización con la red global Internet.

Para lograr esta función se recurre a conceptos avanzados en

programación de software y diseño de redes, llevando a cabo la integración

de dispositivos electrónicos para tener una gestión y control de datos, de

seguridad, multimedia y la misma red de automatización desde cualquier

plataforma con acceso a Internet, basado en el uso de los diferentes

protocolos y tecnologías empleadas en la interconexión de dispositivos, en

automatización y en redes de área local (LAN).

2.3. MICROCONTROLADOR

Angulo (2003, p. 1), asegura que el microcontrolador es un circuito

integrado programable que contiene todos los componentes de un

computador. Este se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea

determinada y debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio

dispositivo al que gobierna. Esta última característica es la que le confiere la

denominación de “controlador incrustado”.

El microcontrolador es un computador dedicado, en su memoria sólo

reside un programa destinado a controlar una aplicación específica; sus

44

líneas de entrada/salida soportan el conexionado de los sensores y

actuadores del dispositivo a controlar y todos los recursos complementarios

disponibles tienen como única finalidad atender sus requerimientos.

En resumen, el microcontrolador es un computador completo, aunque de

limitadas prestaciones, que esta contenido en el chip de un circuito integrado

y que se destina a gobernar una sola tarea.

La industria informática acapara gran parte de los microcontroladores que

se fabrican. Casi todos los periféricos del computador son regulados por el

programa de un microcontrolador. Los electrodomésticos de línea blanca y

de línea marrón incorporan numerosos microcontroladores. Igualmente, los

sistemas de supervisión, vigilancia y alarma en los edificios utilizan estos

chips para optimizar el rendimiento de ascensores, calefacción, aire

acondicionado, alarmas de incendio, robo, etc.

El autor además plantea las diferencias entre microprocesadores y

microcontroladores, la arquitectura interna de los mismos, su programación,

los instrumentos necesarios para trabajar con ellos, así como también su

implementación en una tarjeta de prototipos. Las cuales se detallaran a

continuación:

2.3.1. DIFERENCIAS ENTRE MICROPROCESADOR Y MICROCONTROLADOR

El microprocesador es un circuito integrado que contiene la unidad central

de proceso (UCP), también llamada procesador de un computador. Está

formada por la Unidad de Control que interpreta las instrucciones, y el

45

Camino de Datos que las ejecuta. Se dice que un microprocesador es un

sistema abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la

aplicación a la que se destine.

En cambio, el microcontrolador contiene de fábrica todas las partes del

computador en su interior y solo salen al exterior las líneas que gobiernan los

periféricos. Se dice que es un sistema cerrado ya que tiene prestaciones

limitadas que no se pueden modificar. Es por esto que un aspecto muy

destacado del diseño de un sistema es la selección del microcontrolador a

utilizar.

2.3.2. ARQUITECTURA INTERNA

Un microcontrolador posee todos los componentes de un computador,

pero con unas características fijas que no pueden alterarse. A continuación,

se definirán cada una de las partes principales de un microcontrolador.

2.3.2.1. PROCESADOR

La necesidad de conseguir elevados rendimientos en el procesamiento de

las instrucciones ha desembocado en el empleo generalizado de

procesadores de arquitectura Harvard, en la cual la memoria de instrucciones

y la memoria de datos son independientes, disponiendo cada una de su

propio sistema de buses para el acceso. Esta dualidad, además de propiciar

el paralelismo, permite la adecuación del tamaño de las palabras y los buses

a los requerimientos específicos de las instrucciones y los datos.

46

El procesador de los microcontroladores modernos responde a la

arquitectura RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido), que

se identifica por poseer un repertorio de instrucciones máquina pequeño y

simple, de modo que la mayor parte de las instrucciones se ejecuta en un

ciclo de instrucción.

Otra aportación frecuente que aumenta el rendimiento del computador es

el fomento del paralelismo implícito, que consiste en la segmentación del

procesador, descomponiéndolo en etapas para poder procesar una

instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar varias a la vez.

2.3.2.2. MEMORIA DE PROGRAMA

El microcontrolador está diseñado para que en su memoria de programa se

almacenen todas las instrucciones del programa de control. No hay

posibilidad de utilizar memorias externas de ampliación. Como el programa a

ejecutar siempre es el mismo, debe estar grabado de forma permanente. Los

tipos de memoria adecuados para soportar esta función admiten cinco

versiones diferentes: ROM con máscara, EPROM, OTP (Programable una

vez), EEPROM y FLASH.

2.3.2.3. MEMORIA DE DATOS

Los datos que manejan los programas varían continuamente, y eso exige

que la memoria que les contiene debe ser de lectura y escritura, por lo que la

memoria RAM estática (SRAM) es la más adecuada, aunque sea volátil. Hay

47

microcontroladores que disponen como memoria de datos una de lectura y

escritura no volátil, del tipo EEPROM. De esta forma, un corte en el

suministro de la alimentación no ocasiona la pérdida de la información, que

esta disponible al reiniciarse el programa.

2.3.2.4. LINEA DE E/S PARA LOS CONTROLADORES DE PERIFÉRICOS

A excepción de dos terminales destinados a recibir la alimentación, otras

dos para el cristal de cuarzo, que regula la frecuencia de trabajo, y una mas

para provocar el Reset, las restantes terminales de un microcontrolador

sirven para soportar su comunicación con los periféricos externos que

controla. Estas líneas de E/S que se adaptan con los periféricos manejan

información en paralelo y se agrupan en conjuntos de ocho que reciben el

nombre de Puertas.

2.3.2.5. RECURSOS AUXILIARES

Según las aplicaciones a las que orienta el fabricante cada modelo de

microcontrolador, se incorpora una diversidad de complementos que

refuerzan la potencia y flexibilidad del dispositivo. Entre algunos de ellos se

encuentran:

• Circuito de Reloj, encargado de generar los impulsos que sincronizan el

funcionamiento de todo el sistema.

• Temporizadores, orientados a controlar tiempos.

• Perro Guardián (Watchdog), destinado a provocar una reinicialización

cuando el programa queda bloqueado.

48

• Conversores AD y DA, para poder recibir y enviar señales analógicas.

• Comparadores Analógicos, para verificar el valor de una señal analógica.

• Sistema de protección ante fallos de la alimentación.

• Estado de Reposo, en el que el sistema queda “congelado” y el consumo

de energía se reduce al mínimo.

2.3.3. PROGRAMACIÓN DE MICROCONTROLADORES

La utilización de los lenguajes mas cercanos a la máquina (de bajo nivel)

representan un considerable ahorro de código en la confección de los

programas, lo que es muy importante dada la estricta limitación de la

capacidad de la memoria de instrucciones. Los programas bien realizados en

lenguaje Ensamblador optimizan el tamaño de la memoria que ocupan y su

ejecución es muy rápida. Además, se emplean también lenguajes de alto

nivel como el C y el BASIC, ya que existen varias empresas que

comercializan versiones de compiladores e intérpretes para

microcontroladores.

2.3.4. INSTRUMENTAL DE TRABAJO

Siempre que se diseña con circuitos integrados programables se precisan

herramientas para la puesta a punto del hardware y software. Con respecto

al software además de los compiladores o interpretes usados, debería

disponerse también de un simulador de software, que consiste en programas

que simulen la ejecución de instrucciones representando el comportamiento

interno del procesador y el estado de las líneas de entrada y salida.

49

Respecto a las herramientas de hardware, una indispensable es el

grabador, encargado de escribir el programa en la memoria del

microcontrolador. En proyectos industriales, una herramienta muy potente es

el emulador en circuito, que consiste en un complejo dispositivo físico que,

controlado por un programa desde una PC, dispone de una “cabeza” con las

mismas terminales del microcontrolador que se trata de emular. Esta cabeza

se conecta en el zócalo donde irá el microcontrolador y se mostrará toda la

información pertinente a este en la computadora.

Finalmente, están los sistemas de desarrollo, que son equipos que

mediante una combinación de hardware y software consiguen realizar la

mayoría de las fases que exige un diseño basado en microcontroladores.

Como la mayoría de las herramientas, también esta se gobierna por un

programa desde un computador personal. Mantiene una buena comunicación

y gestión de la edición de programas y su compilación o ensamblado.

2.3.5. TARJETAS DE PROTOTIPOS

Consiste en una placa de circuito impreso donde viene montado el zócalo

del microcontrolador, la circuitería auxiliar y la estabilización de la

alimentación. Además, dispone de una zona agujereada para soportar y

conectar los periféricos específicos de la aplicación. Insertando el

microcontrolador con el programa grabado en su zócalo queda completado el

prototipo definitivo.

50

2.4. PARAPLEJIA

La Universidad de Nueva York (2011, NYU Langone Medical) en línea;

define la Paraplejia como “Debilidad o parálisis de ambas piernas y, en

ocasiones, de una parte del tronco; a menudo va acompañada de pérdida de

sensibilidad y del control urinario.

Una paraplejía es el resultado de una lesión de los nervios que irrigan el

cerebro o la médula espinal. Su causa suele ser un accidente de carretera o

deportivo, una caída o las heridas por arma de fuego. Resultan afectados

dos veces más los hombres que las mujeres, y su incidencia es máxima

entre los 19 y los 35 años de edad.”

2.4.1. CAUSAS

La cuadriplejía y la paraplejía son principalmente causadas por lesiones en

la médula espinal. Pero, ambas pueden ser causadas por enfermedades del

sistema nervioso, como por ejemplo:

• Esclerosis múltiple

• Esclerosis lateral amiotrófica (Enfermedad de Lou Gehrig)

La mayoría de las lesiones de la médula espinal son causadas por

accidentes (por ejemplo, choques automovilísticos, caídas, lesiones al

practicar deportes). El hecho de que se trate de paraplejía o cuadriplejía

depende de lo siguiente:

• Sitio, a lo largo de la médula, en el que se presenta la lesión.

• Paraplejía: daño debajo del cuello .

51

• Cuadriplejía: daño en la médula espinal en la base del cráneo o cuello .

Cabe destacar otras posibles causas o factores de riesgo que conlleven a

presentar este tipo de enfermedad como lo son:

• Actividades laborales o deportivas que aumentan sus posibilidades de

padecer una lesión a la médula: deportes de alto riesgo, como fútbol, rugby,

lucha, gimnasia, saltos al agua, surf, hockey sobre hielo, esquí de

competición, etc.

• Historial familiar de algunas enfermedades nerviosas hereditarias.

2.4.2. SÍNTOMAS

La parálisis debido a las lesiones de la médula espinal puede ser total o

parcial. Esto depende del grado de daño que padeció la médula espinal.

Además de la parálisis de brazos y piernas, es posible que padezca:

• Incontinencia (vejiga o intestinos)

• Disfunción sexual ( sexo masculino o femenino )

• Dificultad para respirar

• Dificultad para sentarse derecho, que depende del nivel de daño

La inactividad debido a la paraplejía y a la cuadriplejía puede causar

problemas adicionales, como:

• Llagas por permanecer en la cama

• Miembros espásticos

• Neumonía

• Infección de las vías urinarias

52

• Debilitación de los huesos

• Dolor crónico

Los pacientes con paraplejía y cuadriplejía también pueden

sentirse deprimidos debido a:

• Aislamiento social

• Ausencia de apoyo emocional

• Aumento de la dependencia hacia los demás

2.4.3. DIAGNÓSTICO

El diagnóstico implica el hallazgo del área de daño en el cerebro y la

médula espinal y del nivel de la lesión. Para hacerlo, los médicos

probablemente realizan los siguientes exámenes:

• Tomografía computarizada: Un tipo de radiografía que utiliza una

computadora para registrar imágenes de las estructuras internas del cerebro

y de la médula espinal.

• Imagen de resonancia magnética: Un examen que utiliza ondas

magnéticas para tomar imágenes de estructuras internas del cerebro y

columna vertebral.

• Estudio de conducción nerviosa: Examen que mide la velocidad y el

grado de actividad eléctrica en un nervio para determinar si funciona con

normalidad, con frecuencia utilizado cuando la causa de la lesión no se debe

a un traumatismo.

53

• Mielografía (se utiliza de manera poco frecuente): Un examen que

implica la inyección de un medio de contraste especial en el canal de la

médula, utiliza radiografías o tomografías computarizadas para identificar las

áreas dañadas de la médula.

• Potenciales evocados somatosensoriales (SSEP): Un examen para

evaluar la conducción de los nervios en la médula espinal, se utiliza de

manera infrecuente.

• Punción lumbar : un procedimiento para recolectar líquido

cefalorraquídeo que se realiza si se sospecha de una enfermedad

neurológica.

2.4.4. TRATAMIENTO

El tratamiento inmediato de las lesiones de la columna vertebral incluye

reforzar la columna vertebral para evitar que se mueva y lesione

posteriormente la médula ósea. Los esteroides y otros medicamentos

pueden utilizarse para aliviar el daño causado a los nervios y al tejido

adyacente.

La recuperación y rehabilitación usualmente se inician en el ámbito

hospitalario de cuidado intensivo. Según la causa y el nivel de la afección, la

recuperación implica:

• Medicamentos

• Cirugía

• Fisioterapia intensiva

• Asesoramiento profesional

54

2.4.5. PREVENCIÓN

La NYU comenta una serie de medidas que son recomendadas por

expertos en seguridad para reducir su probabilidad de contraer una lesión en

la columna vertebral:

• Manejar con seguridad. Los accidentes en vehículos motorizados

son la causa principal de lesiones en la columna vertebral. Usar el cinturón

de seguridad cada vez que se maneje un vehículo y asegurarse de que los

niños usen su cinturón de seguridad o se sienten en la silla de seguridad

para niños. No manejar si se consumió licor o drogas.

• Tener cuidado con las armas de fuego. Mantener armas y municiones en

un lugar seguro y bajo llave. Almacenarlos en lugares separados y

bloqueados.

• Tomar medidas para evitar caídas. Usar un taburete o escalera de

tijera para alcanzar lugares altos, instalar pasamanos a lo largo

de las escaleras, colocar tapetes anti resbalantes en su baño, regadera y

debajo de las alfombras, para protección de los niños, usar puertas de

seguridad para bloquear escaleras, instalar dispositivos de protección en las

ventanas.

• Siempre usar equipos de seguridad al practicar deportes. Evitar

movimientos de cabeza, como por ejemplo:

• Clavados en aguas poco profundas

• Lanzamiento de un jugador sobre otro en fútbol

55

• Deslizamiento de cabeza en béisbol

• Patinaje de cabeza en las tablas de hockey sobre hielo

• Usar un observador en gimnasia. No saltar desde lugares muy altos.

2.5. MINUSVALÍA

Según la Enciclopedia Larousse de la Enfermería Volumen 7 (1994,

p. 1567) la minusvalía es el grado en que una incapacidad física o mental

(pérdida o alteración permanente de una facultad) impide desempeñar

actividades cotidianas como caminar o vestirse. El tratamiento de una

minusvalía y las medidas a tomar implican la evaluación del grado de

incapacitación, la provisión de instrumentos de ayuda y, en casos graves, el

ingreso en una institución.

2.6. DISCAPACIDAD

El Programa Nacional de Atención en Salud para las personas con

discapacidad (2013, PASDIS) en línea; asegura que “El término

Discapacidad se define como los aspectos negativos de la interacción entre

un individuo con una condición de salud dada y los factores contextuales

(Ambientales y personales). Es un término genérico, que incluye deficiencias

en las funciones y estructuras corporales, limitaciones en la actividad y

restricciones en la participación. Al igual que el funcionamiento, se entiende

como una interacción dinámica entre la condición de salud y los factores

contextuales.”

56

2.7. DEFICIENCIA

La Universidad Politécnica de Catalunya (2013), en línea; afirma que, la

deficiencia “Es toda pérdida o anomalía de una estructura, o función

psicológica, fisiológica o anatómica. Al mismo tiempo, desde el punto de vista

de la salud, una deficiencia es toda pérdida o anormalidad de un órgano o de

la función propia de éste.”

2.8. SISTEMA NERVIOSO

De acuerdo a la Enciclopedia Larousse de la Enfermería Volumen 9

(1994, p. 2120) el sistema nervioso es el “Conjunto de órganos encargados

de detectar e interpretar las modificaciones en las condiciones interiores y

exteriores del organismo, y responde frente a las mismas. Toda la actividad

del sistema nervioso está basada en señales que discurren a través de las

neuronas interconectadas.

Los trastornos del sistema nervioso pueden deberse a lesiones o

disfunciones en sus componentes, también pueden obedecer a una

alteración de las funciones de análisis, de la memoria, o inclusive de las

funciones motoras.”

2.8.1. SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

El sistema nervioso central está formado por el Encéfalo y la Médula

Espinal y está protegido por el cráneo y la columna vertebral. El sistema

57

nervioso central recibe información de los órganos receptores de los

sentidos, y envía señales a los músculos y a las glándulas a través del

sistema nervioso.

2.8.2. SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO

Este sistema incluye a todos los nervios que conectan el cerebro y la

médula espinal con el resto del cuerpo. De todos ellos, 31 pares (los nervios

espinales) están unidos a la médula espinal y 12 pares (nervios craneales)

están unidos al cerebro.

2.9. MÉDULA ESPINAL

En la enciclopedia Larousse de la Enfermería Volumen 6 (1994, p. 1523)

se alega que la medula espinal es un “Cilindro de parénquima neural de una

longitud aproximada de 46 cm y el grosor de un dedo que recorre el canal

central de la columna vertebral. Constituye una extensión hacia abajo del

encéfalo.

La médula espinal puede lesionarse por un traumatismo de la columna

vertebral. Cuando se secciona un haz ascendente o descendente, queda

interrumpida la comunicación entre el cerebro y las zonas del cuerpo

inervadas por la parte de la médula espinal que queda por debajo de

la lesión. Así pues, pueden producirse distintos tipos de parálisis y/o pérdida

58

de la sensibilidad, que habitualmente son irreversibles debido a la

incapacidad para regenerarse de las neuronas y fibras nerviosas de la

médula espinal. No obstante, suelen conservarse los reflejos dependientes

de esta.”

3. SISTEMA DE VARIABLES:

A continuación se presenta la estructura del sistema de variables:

3.1. DEFINICIÓN NOMINAL

Las variables de estudio en esta investigación son sistema automatizado y

asistencia a personas paraplé jicas las cuales se desarrollan en la definición

conceptual.

3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL

En años recientes, los sistemas automatizados han asumido un papel

cada vez más importante en el desarrollo y avance de la civilización moderna

y la tecnología. Prácticamente, cada aspecto de las actividades de nuestra

vida diaria está afectado por algún tipo de sistema. Los sistemas

automatizados se encuentran en gran cantidad en todos los sectores de la

industria, tales como control de calidad de los productos manufacturados,

líneas de ensamble automático, control de máquinas-herramienta, tecnología

espacial y sistemas de armas, control por computadora, sistemas de

59

transporte, sistemas de potencia, robótica y muchos otros. Aun el control de

inventarios y los sistemas económicos y sociales se pueden visualizar a

través de la teoría de control automático. (Kuo 1994, p. 2).

Se entiende por asistencia al conjunto de exámenes, investigaciones,

tratamientos, prescripciones, intervenciones médico quirúrgicas y otras

actividades que correspondan a los programas de prestaciones del Instituto,

los cuales deben poner a la disposición del individuo y en consecuencia de la

colectividad, los recursos de las ciencias médicas y otras ciencias afines que

sean necesarios para promover, conservar, mejorar o restaurar el estado de

salud, prevenir específicamente las enfermedades, y mantener y restablecer

la capacidad de trabajo de la población. Acuerdo N° 466 del Artículo 1 de La

Junta Directiva del Instituto Guatemalteco de Seguridad Social (IGSS), en

línea.

Paraplejia, “término que se refiere al déficit o pérdida de función motora

y/o sensitiva en los segmentos torácicos, lumbares o sacros de la médula

espinal (pero no cervicales), secundarios al daño de los elementos neurales

del canal raquídeo. En la paraplejia, la función de los brazos está

preservada, pero dependiendo del nivel de lesión, el tronco, piernas y

órganos pélvicos estarán implicados. El término también se refiere a

las lesiones de cola de caballo y cono medular, pero no a lesiones de plexo

lumbosacro o de nervios periféricos fuera del canal neural” (La American

Spinal Injury Association (ASIA), en línea, 1992).

60

3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL

Un sistema automatizado permite al usuario, en este caso personas con

paraplejia una mayor comodidad a la hora de realizar sus actividades

rudimentarias con la utilización de ciertos avances tecnológicos, haciendo de

esta manera que su vida sea más cómoda, realizando todas estas

actividades de manera automática y efectiva brindándole en todo momento

seguridad y confort.

La asistencia a personas parapléjicas no es fácil ni sencilla puesto que se

requiere de un gran esfuerzo y ganas para hacerlo, al utilizar las tecnologías

que se tienen actualmente se ha vuelto de cierta manera mucho más sencillo

este trabajo, prestándole una mejor ayuda al parapléjico y mayor confort

logrando de esta forma obtención de resultados positivos al momento de la

realización de ciertas actividades y objetivos.