Casa Domotica. Progetto realizzato dalla 5 F (Elettronica)

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1 Casa Domotica Progetto realizzato dalla 5 F (Elettronica) A.s. 2009/2010

2 Introduzione alla Domotica La Domotica o Automazione Domestica è in termini generali l applicazione di soluzioni tecnologiche all ambiente domestico al fine di realizzare soluzioni integrate che aumentino la sicurezza, migliorino il comfort, semplifichino le attività quotidiane, diano maggior controllo dell abitazione. In pratica, la domotica consiste nel realizzare l impianto elettrico di casa in modo leggermente diverso e innovativo, introducendo un elemento intelligente. Attraverso questa intelligenza la nostra abitazione diventa finalmente in grado di comunicare dandoci quindi la possibilità di interagire in modo attivo e bidirezionale. La totale integrazione tra le diverse funzioni presenti (illuminazione, controllo temperatura, automazioni, antintrusione, etc.) permette inoltre la creazione degli scenari, ovvero un insieme azioni che si vuole far eseguire contemporaneamente, attivabili semplicemente premendo un pulsante. Le comunicazioni con l abitazione avvengono in modo semplice e intuitivo attraverso l uso di monitor sensibili al tocco (Touch Screen), da un qualsiasi computer già presente in casa e persino dallo stesso televisore. Anche quando si è fuori casa, è possibile assicurarsi che sia tutto sotto controllo e al sicuro, interrogando la propria abitazione sullo stato di tutti gli elementi che la compongono o richiedendo a distanza un azione. Applicazioni di un sistema domotico Le potenzialità della domotica sono teoricamente illimitate. Anche perché in un sistema domotica aperto e flessibile possono essere integrati sempre nuovi dispositivi. Le applicazioni sono quindi molteplici ed espandibili, ne elenchiamo le principali: supervisione generale dell edificio e dello stato dei suoi componenti controllo dell illuminazione (acceso/spento o regolabile in intensità) controllo degli automatismi (tapparelle, scuri, tende, velux, basculanti, carrai, etc.) sistema anti blackout controllo di prese comandate e disgiuntori (possibilità di alimentare a comando prese di corrente con scopi sia di controllo che di risparmio energetico e di sicurezza) controllo della climatizzazione (riscaldamento, rinfrescamento, deumidificazione) controllo dei consumi (monitoraggio e controllo del consumo di energia elettrica) sicurezza personale: antifurto, telesoccorso sicurezza ambientale: antincendio, antifumo, rilevazione delle fughe del gas, antiallagamento controllo dell irrigazione controllo di saune, piscine ed altri accessori videosorveglianza interna ed esterna video citofonia audio diffusione e integrazione con sistemi audio/video gestione di scenari e timer integrazione wireless (controllo tramite dispositivi senza fili quali telecomandi, computer palmari, ) telecontrollo (controllo del sistema da remoto, tramite internet o telefonino) 2

3 L idea del progetto Dopo la visita didattica all azienda Leonardi Impianti che si occupa di installazioni di domotica, abbiamo pensato di realizzare un progetto che si avvicinasse a questa tecnologia. La domotica studia le applicazioni che permettono di vivere più tranquilli con una maggiore sicurezza e un risparmio energetico notevole: per noi è stato un dato determinante per la decisione dello sviluppo del progetto, inoltre la domotica risponde alle nostre esigenze di vita e le influenza in modo positivo. Una volta stabilito il progetto, abbiamo pensato alla forma da dare alla nostra casa. Abbiamo deciso di realizzare un unico ambiente giorno, dove saranno collocati la maggior parte degli automatismi, più una stanza da letto e un bagno. 3

4 La costruzione della casa Dopo esserci procurati il materiale necessario (legno, colla, chiodi,ecc.) in officina meccanica abbiamo costruito i muri della casa. Abbiamo deciso di realizzare un doppio pavimento, utilizzando una lastra di plexiglass, per poter visualizzare il sistema di riscaldamento e tutti i vari collegamenti. Abbiamo attrezzato l esterno della casa con il giardino. 4

5 Elenco materiali n.1 interruttore magnetotermico differenziale n.2 interruttori magnetotermici n.1 trasformatore 230Vca 12/24Vca n.1 alimentatore 24Vcc/10 n.1 PLC n.2 motoriduttori cc 24Vcc n.1 sensore di temperatura Pt100 n.1 regolatore di temperatura n.1 interruttore crepuscolare 5

6 n. 3 lampade 24V n.1 sensore di prossimità ad ultrasuoni n.1 segnalatore acustico 24Vcc n.1 rilevatore di fumo n.1 pannello solare 6V In questa foto si possono vedere la casa e il quadro elettrico. 6

7 La parte elettronica 1. Controllo dell illuminazione L interuttore crepuscolare è un dispositivo che permette l accensione automatica di una o più luci quando fa buio. La soglia d accensione può essere variata per mezzo di un trimmer. Agendo su questo trimmer è possibile anticipare o ritardare l accensione rispetto al livello di luce presente in quel momento. Nel nostro caso, quando il relè scambia può fare accendere le luci e aprire o chiudere le finestre. 7

8 2. Controllo della temperatura I termoregolatori sono dispositivi elettronici utilizzati per il controllo della temperatura. Ogni termoregolatore permette all'utilizzatore di impostare il valore di temperatura desiderato (SET POINT) e agisce in modo tale da mantenere costante quel valore. Il controllo è ottenuto comandando l'azionamento degli elementi riscaldanti o raffreddanti e misurando, tramite un sensore, la temperatura ottenuta. La regolazione sfrutta il principio della retroazione: il valore di temperatura rilevato dal sensore (nel nostro caso una Pt100) viene confrontato con il valore scelto dall'utilizzatore; sulla base del risultato di questo confronto il termoregolatore inserisce o disinserisce gli elementi che generano o assorbono il calore (nel nostro caso delle resistenze ceramiche), rilevando, sempre tramite il sensore, gli effetti di questa sua azione. Il processo descritto avviene con continuità. 8

9 3. Sicurezza personale: sistema antifurto I sensori di prossimità ad ultrasuoni funzionano sul principio del Sonar: emettono impulsi sonori ultrasonici, e rilevano un eventuale eco di ritorno generata dalla presenza di un oggetto all'interno della portata nominale. Una certa attenzione va posta nella dimensione e nell orientamento della superficie dell oggetto che si rivolge al sensore, infatti una superficie troppo piccola o orientata malamente può non assicurare la generazione di un eco rilevabile. Nel nostro caso il sensore di prossimità è posizionato davanti al portone di ingresso: quando varia la distanza tra l elemento sensibile e la porta scatta la sirena. 9

10 4. Sicurezza ambientale: sistema antifumo I rivelatori di fumo funzionano secondo il principio della diffusione della luce causata dalle particelle di fumo presenti nell'aria. Il rivelatore ha la funzione del controllo automatico di guadagno; un microcontrollore calcola la compensazione della lettura per mantenere una sensibilità costante nel tempo, correggendo l'eventuale aumento di livello causato dal depositarsi della polvere all'interno della cella di analisi. I rivelatori di fumo devono essere installati in luoghi dove non siano presenti correnti d'aria che potrebbero deviare il flusso delle particelle prodotte dalla combustione e in luoghi dove le normali attività svolte non producano incendi di materiali gassosi. Rilevatore di fumo 10

11 5. Risparmio energetico: pannello solare per il riscaldamento dell acqua E possibile trasformare la luce solare in energia elettrica, grazie a una tecnologia che risale anni 50, nata per usi spaziali, quando fu necessario ottenere una fonte energetica affidabile e inesauribile per satelliti, sonde e astronavi spaziali. Negli ultimi anni la tecnologia è progredita, portando i rendimenti dei pannelli a livelli interessanti per usi domestici o industriali, con costi che iniziano a essere accettabili per un impiego più ampiamente diffuso. I pannelli impiegano l energia del sole in due modi possibili: 1. con un autoproduzione a esclusivo uso dell edificio, non connesso a una rete di distribuzione elettrica. 2. con un integrazione-scambio con la rete nazionale, nel caso di costruzioni ad essa allacciate. Nel primo caso, l energia elettrica generata dal sole viene accumulata in batterie che permettono all edificio l autonomia energetica nell arco delle ventiquattr ore. Questo genere di impianti può avere estensione e dimensioni diverse, secondo le destinazioni d uso. Sono comunque sistemi idonei a fornire un quantitativo essenziale di energia. Il caso degli impianti connessi alla rete, dove l energia prodotta viene scambiata nell arco della giornata, rende il bilancio finale ancora più positivo per l utente. La tendenza attuale è quella di realizzare estensivamente questo tipo di sistemi, per integrare la richiesta di energia elettrica prodotta da centrali termiche, idroelettriche o nucleari, con energia pulita locale. Un impianto fotovoltaico è un insieme di diversi componenti, ciascuno con una funzione specifica. I pannelli fotovoltaici sono pannelli di dimensioni variabili, secondo il modello, e sono composti da più celle fotovoltaiche riunite all interno di una piccola struttura rettangolare di vetro e metallo. L impianto è composto anche dai sistemi di connessione e da un inverter, che permette di passare dal basso voltaggio in corrente continua, generato dalle celle, ai normali 220V in corrente alternata della rete. I contatori sono utili per misurare la differenza tra l energia assorbita dalla rete e quella autoprodotta con i pannelli. Nel caso di impianti isolati, sarà necessario un gruppo di accumulo: una serie di batterie, simili a quelle di un camion. Nella nostra casa abbiamo simulato il riscaldamento dell acqua sanitaria per mezzo di un pannello solare. 11

12 Il quadro elettrico La nostra casa intelligente è controllata tramite opportune interfacce utente (pulsanti) che realizzano il contatto (invio di comandi e ricezione informazioni) con il sistema intelligente di controllo, basato sull'unità computerizzata centrale (PLC). Il sistema di controllo centralizzato provvede a svolgere i comandi impartiti dall'utente (ad esempio accensione luce oppure apertura finestra), a monitorare continuamente i parametri ambientali (come presenza di estranei), a gestire in maniera autonoma alcune regolazioni (ad esempio temperatura). 12

13 Nelle immagini seguenti sono raffigurati i principali collegamenti che abbiamo effettuato all interno del quadro elettrico. Abbiamo provveduto a mettere in sicurezza il nostro progetto con l interruttore magnetotermico differenziale e i magnetotermici per il trasformatore e l alimentatore. Collegamenti tra i pulsanti e i motori per l apertura e la chiusura delle finestre. Collegamenti tra il regolatore (a cui arrivano i cavi provenienti dal sensore di temperatura) e le resistenze ceramiche. 13

14 Collegamenti per i pulsanti. Collegamenti per altri attuatori. Collegamenti per l alimentazione e l azione dell interruttore crepuscolare Collegamenti per l alimentazione e l azione del sensore di posizione. 14

15 Foto del gruppo Questi siamo noi: (da sinistra) Biagio Collura, Andrea Rivi, Davide Laiso, Alessandro Debbia, Jesse Morgan Gyamfi, Antonio Carnevale, Andrea Francesconi. 15