UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DISEÑAR UN SISTEMA DE ALARMA INALÁMBRICO DE BAJO COSTO
PARA LA PROTECCIÓN DE VIVIENDAS TIPO, EN SECTORES
DE BAJO RECURSOS ECONÓMICOS DE LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL.
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTOR(ES):
KARINA DOLORES GAIBOR CARRILLO
FERNANDO ANTONIO LOOR MORÁN
TUTOR:
ING. JORGE ANTONIO MAGALLANES BORBOR, MSc.
GUAYAQUIL – ECUADOR 2018
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO “Diseñar un sistema de alarma inalámbrico de bajo costo para la protección de viviendas tipo, en sectores de bajo recursos económicos de la ciudad de Guayaquil.”
REVISOR: Ing. Juan Manuel Chaw Tutiven. MSc
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil
FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas
CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones FECHA DE PUBLICACIÓN: N° DE PAGS:
ÁREA TEMÁTICA: Tecnología de la Información y telecomunicaciones
PALABRAS CLAVES: Alarmas, Sensores, Cámaras, Arduino, Domótica. RESUMEN:
En este proyecto de tesis se desarrolló un Sistema de Alarma Inalámbrico de bajo costo para viviendas situadas en sectores de bajos recursos para la ciudad de Guayaquil con el único propósito de fortalecer la seguridad e integridad de sus usuarios. Llegando a la aceptación del producto por parte de la ciudadanía según la encuesta realizada en el sector de Bastión Popular Bloque 10-D, satisfacer las necesidades requeridas para estas zonas específicas de la ciudad siendo parte del bienestar económico y social de la población mediante el uso de nuestro Sistema. El sistema está conformado por una placa principal OpenSource denominada Arduino conectada con un conjunto de sensores como los sensores PIR y los switches magnéticos, complementado con un módulo denominado SIM900 que se intercomunica con la placa para enviar mensajes de texto a números celulares, en el caso llegue activarse la alarma, además de poseer cámaras IP que complementa el monitoreo del sistema. Se realizó también una simulación en una maqueta a escala, así comprobar y demostrar la correcta operabilidad e intercomunicación existente entre el hardware y software del Sistema.
N° DE REGISTRO: (en base de datos) N° DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL:(proyecto de titulación en la web)
ADJUNTO PDF: SI
NO
CONTACTO CON AUTOR \ES:
Teléfono: 0985433684 0986910910
E-mail: [email protected] [email protected]
CONTACTO DE
LA
INSTITUCIÓN:
Nombre: Ab. Juan Chávez A.
Teléfono:2307724
E-mail: [email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]
II
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de proyecto “DISEÑAR UN SISTEMA DE
ALARMA INALÁMBRICO DE BAJO COSTO PARA LA PROTECCIÓN DE
VIVIENDAS TIPO, EN SECTORES DE BAJO RECURSOS ECONÓMICOS DE
LA CIUDAD DE GUAYAQUIL” elaborado por la Srta. Karina Dolores Gaibor
Carrillo y el Sr. Fernando Antonio Loor Morán Alumnos no titulados de la
Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Facultad de
Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la
obtención del Título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones, me
permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y revisado, la Apruebo
en todas sus partes.
Atentamente
Ing. Jorge Antonio Magallanes Borbor MSc.
III
DEDICATORIA
Dedico este proyecto de tesis
primero a Dios, a mis padres quienes
son mi pilar fundamental en mi vida,
a mi hijo Diego Paul por ser mi motor
para luchar cada día y poder
superarme y a mis hermanos por su
amor y apoyo incondicional.
Atentamente,
Karina Dolores Gaibor Carrillo
IV
DEDICATORIA
Dedico este trabajo de tesis principalmente a
Dios por haberme entregado valor y vida
para seguir adelante, a mis padres quienes
son mi apoyo fundamental en mi vida, a mi
abuelo materno quien supo aconsejarme
para no salir de mi camino proyectándome
hacia un solo objetivo que con el esfuerzo
junto a la dedicación toda meta puede
conseguirse y a mis hermanas que han sido
mis amigas incondicionales.
Atentamente,
Fernando Antonio Loor Morán
V
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por darme la vida,
salud y permitirme seguir hacia
adelante, a mis padres que con su
esfuerzo y dedicación incondicional
me guiaron e inculcaron la
perseverancia para alcanzar los
objetivos que me propuse a toda mi
familia en general, a mis amigos por
su ayuda consejos que me han
brindado y a los docentes por
transmitirme sus enseñanzas a lo
largo de mi carrera.
Atentamente,
Karina Dolores Gaibor Carrillo
VI
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por darme vida y
fuerzas para cumplir mis metas, a
mis padres que siempre me apoyaron
a pesar de los obstáculos no
solamente en lo económico sino en la
motivación de tomar ejemplos de
vida, a mis amigos que siempre
estuvieron en las buenas y malas
demostrando verdadera amistad, a
toda mi familia que me acompañaron
siendo testigos de mi superación y a
mis maestros que me inculcaron
enseñanzas a través de toda mi vida
educacional.
Atentamente,
Fernando Antonio Loor Morán
VII
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc. Ing. Harry Luna Aveiga, M.Sc. DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR DE LA CARRERA DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y INGENIERÍA EN NETWORKING Y
FÍSICAS TELECOMUNICACIONES
Ing. Juan Chaw Tutiven, MSc. Ing. Francisco Álvarez Solís, MSc
PROFESOR REVISOR DEL PROFESOR REVISOR DEL ÁREA DEL TRIBUNAL ÁREA DEL TRIBUNAL
Ing. Jorge Magallanes Borbor, MSc
PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ab. Juan Chávez Atocha, Esp. SECRETARIO TITULAR
VIII
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este
Proyecto de Titulación, nos corresponden
exclusivamente; y el patrimonio intelectual
de la misma a la UNIVERSIDAD DE
GUAYAQUIL.”
AUTORES:
Karina Dolores Gaibor carrillo
Fernando Antonio Loor Morán
IX
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DISEÑAR UN SISTEMA DE ALARMA INALÁMBRICO DE BAJO COSTO
PARA LA PROTECCIÓN DE VIVIENDAS TIPO, EN SECTORES
DE BAJO RECURSOS ECONÓMICOS DE LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL.
proyecto de titulación que se presenta como requisito para optar por el título de
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTOR (ES):
KARINA DOLORES GAIBOR CARRILLO
C.l. 0202099206
FERNANDO ANTONIO LOOR MORÁN
C. l. 0930642517
TUTOR:
Ing. JORGE ANTONIO MALLAGANES BORBOR, MSc.
Cl.0916712888
Guayaquil, septiembre del 2018.
X
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo
Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de
Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los estudiantes,
KARINA DOLORES GAIBOR CARRILLO Y FERNANDO ANTONIO LOOR
MORÁN como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en Networking
y Telecomunicaciones cuyo tema es:
DISEÑAR UN SISTEMA DE ALARMA INALÁMBRICO DE BAJO COSTO
PARA LA PROTECCIÓN DE VIVIENDAS TIPO, EN SECTORES DE BAJO
RECURSOS ECONÓMICOS DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL.
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
KARINA DOLORES GAIBOR CARRILLO C.I. 0202099206
FERNANDO ANTONIO LOOR MORÁN C.I. 0930642517
TUTOR: ING. JOGE ANTONIO MAGALLANES BORBOR, MSc.
Guayaquil, septiembre del 2018.
XI
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital
1. Identificación del Proyecto de Titulación.
Nombre Alumna: KARINA DOLORES GAIBOR CARRILLO
Dirección: Acuarela del Rio MZ#1171, Sol#14
Teléfono: 0985433684 E-mail: [email protected]
Facultad: CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
Carrera: INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Título al que opta: INGENIERO EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
TTELECOMUNICACIONES
Profesor tutor: ING. JORGE ANTONIO MAGALLANES BORBOR, MSc
Nombre Alumno: FENANDO ANTONIO LOOR MORÁN
FRENANDO ANTONIO LOOR MORÁN
Dirección: Lotes c´Servicio Alegría MZ#1514, Sol#29
Teléfono: 0986910910 E-mail: [email protected]
Título del Proyecto de Titulación: DISEÑAR UN SISTEMA DE ALARMA
INALÁMBRICO DE BAJO COSTO PARA LA PROTECCIÓN DE VIVIENDAS
TIPO, EN SECTORES DE BAJO RECURSOS ECONÓMICOS DE LA CIUDAD
DE GUAYAQUIL.
Tema del Proyecto de Titulación.
Seguridad, Alarmas, Sensores, Cámaras, Arduino, Domótica.
XII
2.-Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de
Titulación
A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y
a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica
de este Proyecto de titulación.
PUBLICACIÓN ELECTRÓNICA:
Inmediata X Después de 1 año
Karina Dolores Gaibor Carrillo.
Fernando Antonio Loor Morán.
3.-Forma de envío:
El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como
archivo .Doc. O .RTF y. Puf para PC. Las imágenes que la acompañen
pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVDROM CDROM X
XIII
ÍNDICE GENERAL
APROBACIÓN DEL TUTOR ............................................................................... II DEDICATORIA ................................................................................................... III DEDICATORIA ...................................................................................................IV AGRADECIMIENTO ........................................................................................... V AGRADECIMIENTO ...........................................................................................VI TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN .......................................................VII DECLARACIÓN EXPRESA .............................................................................VIII CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ................................................ X Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital ...........................................................................................................................XI Publicación electrónica: ..................................................................................XII Índice General .................................................................................................XIII ABREVIATURAS ............................................................................................ XVI SIMBOLOGÍA................................................................................................. XVII ÍNDICE DE CUADROS .................................................................................. XVIII ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................... XIX RESUMEN ....................................................................................................... XXI ABSTRACT .................................................................................................... XXII INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1 CAPÍTULO I ........................................................................................................ 3 Planteamiento del problema ............................................................................. 3 situación conflicto. nudos críticos ................................................................... 4 causas y consecuencias del problema ............................................................ 5 Delimitación del Problema ................................................................................ 5 Formulación del Problema ................................................................................ 6 Evaluación del Problema................................................................................... 7 Objetivos de la Investigación ............................................................................ 8
Objetivo General ........................................................................................... 8 Objetivos Específicos ................................................................................... 8
Alcance del Problema ........................................................................................ 9 Justificación e Importancia de la Investigación ............................................ 10 Metodología del Proyecto ............................................................................... 11 Metodología para el Desarrollo PPDIO ........................................................... 12 CAPITULO II ..................................................................................................... 14 MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 14 Antecedentes del Estudio ............................................................................... 14 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ........................................................................ 18
Seguridad .................................................................................................... 18 Gestión de Seguridad en el Hogar ............................................................. 18 Domótica ...................................................................................................... 19
Concepto de Domótica ........................................................................... 19 Estado Actual de la Domótica. ............................................................... 19 Beneficios de la Domótica ..................................................................... 22 Los Sistemas de Control Domóticos ..................................................... 22 Componentes de una Red Domótica ..................................................... 23 Componentes de la Domótica para la Seguridad ................................. 24 Sensores Específicos de la Domótica ................................................... 25
XIV
Cámaras .................................................................................................. 25 Sensores ................................................................................................. 27 Clasificación de los sensores ................................................................ 27 Servomotores ......................................................................................... 28
Arduino, Historia de un Proyecto de Instituto ........................................... 28 Qué es Arduino ........................................................................................... 29
Descripción del Hardware Arduino ....................................................... 29 Características de Arduino .................................................................... 30 Entradas y Salidas .................................................................................. 32 Pines Especiales de Entrada y Salida ................................................... 33 Alimentación de un Arduino .................................................................. 33 Software Arduino .................................................................................... 33 Esquema de comunicación Arduino ..................................................... 35 Interfaz de Transmisión de Datos .......................................................... 36 Entorno de programación simple y directo .......................................... 37 Software ampliable y de código abierto ................................................ 37
Componentes a utilizar para el desarrollo del Prototipo de Sistema de Seguridad .................................................................................................... 37
Plataforma Principal Arduino mega 2560.............................................. 37 FUNDAMENTACION LEGAL ....................................................................... 42
PREGUNTA CIENTÍFICA QUE CONTESTARSE ............................................. 47 Definiciones Conceptuales ............................................................................. 48 CAPÍTULO III .................................................................................................... 49 PROPUESTA TECNOLÓGICA ......................................................................... 49 ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD .......................................................................... 49
Factibilidad Operacional ............................................................................. 50 Factibilidad Técnica .................................................................................... 51
Características Técnicas de los Dispositivos que Conforman el sistema de Alarma Inalámbrica ............................................................. 51 Instalación del Software Arduino IDE ................................................... 53 Arduino IDE Software ............................................................................. 53 Instalación del IDE de Arduino .............................................................. 53 Protocolos y Estándares que utiliza el Sistema de Alarma ................. 59
Factibilidad Legal ........................................................................................ 61 Factibilidad Económica .............................................................................. 63 ETAPAS DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO ................................... 66
PREPARACIÓN ....................................................................................... 66 PLANIFICACIÓN...................................................................................... 66 DISEÑO .................................................................................................... 67
Proceso de Instalación y Montaje del Prototipo .............................. 68 Diagrama del Diseño del Prototipo ................................................... 68 Montaje de los componentes al prototipo ........................................ 69 Diseño Lógico del Sistema de Alarma .............................................. 77 Diseño de la Arquitectura de la Red del Sistema de Alarma................. 78
ENTREGABLES DEL PROYECTO .................................................................... 80 CRITERIOS DE VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA ......................................... 81
POBLACION Y MUESTRA ............................................................................ 81 Población: ................................................................................................. 81 Muestra: ................................................................................................... 81
TECNICA DEL MUESTREO ......................................................................... 82
XV
Tipos de Muestreo .................................................................................... 82 Tamaño de la muestra .............................................................................. 83
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. ..................................... 84 Técnica ..................................................................................................... 84 Encuestas ................................................................................................. 84
Procesamiento y Análisis. .................................................................................. 84 CAPITULO IV .................................................................................................... 98 CRITERIOS DE ACEPTACION DEL PRODUCTO O SERVICIO ....................... 98 Conclusiones ................................................................................................... 101 Recomendaciones ........................................................................................... 102 Bibliografía ....................................................................................................... 103
ANEXO 1. CRONOGRAMA DE TRABAJO: ............................................... 108 ANEXO 2. ENCUESTAS ............................................................................ 111
Evidencias de las Encuestas: ................................................................. 114 ANEXO 3. COSTO DEL PROYECTO ......................................................... 116 ANEXO 4: MANUAL DE USUARIO ............................................................. 118 ANEXO 5: DISEÑO ESQUEMÁTICO DEL ARDUINO MEGA 2560 ............. 126 ANEXO 6: CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN DEL SISTEMA ........................ 127 ANEXO 7: PLANO DE UNA VIVIENDA TIPO, EN QUE SE BASÓ EL DISEÑO DEL PROTOTIPO ....................................................................................... 132
XVI
ABREVIATURAS
Siglas Significado
s.f. sin fecha de publicación
UPC Unidad de Policía Comunitaria
INEC Instituto Nacional de Estadística y Censo
IEEE 802.11 Instituto De Ingenieros Eléctricos y Electrónicos
CCTV Circuito Cerrado De Televisión
TCP/IP Protocolo De Comunicación de Transferencia
/ Protocolo De Internet
CSMA/CA Acceso Múltiple Por Detección De Portadora
Con Evasión de Colisiones
PPDIOO Preparación, Planificación, Diseño,
Implementación, Operar, Optimización
CCD Dispositivo de Carga Acoplada
NTSC Comisión Nacional de Sistemas de Televisión
GPRS Servicio General de Paquetes vía Radio
LAN Red de Área Local
ARCOTEL Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones
IDE Entorno de Desarrollo Integrado
LED Diodo De Emisión De Luz
XVII
SIMBOLOGÍA
N° Número
n tamaño de la muestra
% Porcentaje
E Error de Estimación
M Tamaño de la Población
Q Probabilidad de Fracaso
^ Potencia
XVIII
ÍNDICE DE CUADROS
Tabla # 1: Causas y Consecuencias de la Inseguridad Domiciliaria .............. 5 Tabla # 2: Delimitación del Problema ............................................................... 5 Tabla # 3: Sistemas de Control Domótico ...................................................... 23 Tabla # 4: Sensores Específicos de la Domótica........................................... 25 Tabla # 5:Tipo de Sensores ............................................................................. 27 Tabla # 6: Características del Arduino ........................................................... 30 Tabla # 7: Pines Arduino Uno ......................................................................... 33 Tabla # 8: Componentes del Sistema de Alarma Inalámbrico ...................... 39 Tabla # 9: Características del Sistema de Alarma ......................................... 51 Tabla # 10:Tios de Señales Seriales de Comunicación I2C .......................... 60 Tabla # 11: Costo General de un Sistema de Alarma ........................................ 63 Tabla # 12: Bienes Básicos en una Vivienda Modesta .................................. 64 Tabla # 13:Comparación del Sistema Propuesto Referente a los Sistemas Comerciales ..................................................................................................... 65 Tabla # 14:Viviendas Vulnerables ................................................................... 85 Tabla # 15: Facilidad para Robar .................................................................... 86 Tabla # 16: Sistema de Seguridad .................................................................. 87 Tabla # 17: Alerta de Delincuentes ................................................................. 88 Tabla # 18: Sistema de Alarma ....................................................................... 91 Tabla # 19: Protección de la Vivienda ............................................................ 92 Tabla # 20: Detección de Delincuentes .......................................................... 94 Tabla # 21:Rango de Costo del sistema ......................................................... 95 Tabla # 22:Adquisición del sistema de Alarma .............................................. 97 Tabla # 23:Evaluación para la Calidad del Producto ................................... 100 Tabla # 24:Presupuesto del Sistema de Alarma Inalámbrica...................... 116
XIX
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico # 1: Índice de Inseguridad a Nivel Local y Nacional.......................... 6 Gráfico # 2: La Torre Biónica ......................................................................... 20 Gráfico # 3: Casa Inteligente .......................................................................... 21 Gráfico # 4: Catedral de Múnich .................................................................... 21 Gráfico # 5:Placa Arduino .............................................................................. 31 Gráfico # 6: Software de Arduino .................................................................. 34 Gráfico # 7: Comunicación hacia la Placa Arduino ...................................... 35 Gráfico # 8: Características Arduino MEGA 2560 ......................................... 38 Gráfico # 9: IDE de Arduino ........................................................................... 53 Gráfico # 10: IDE Arduino............................................................................... 54 Gráfico # 11:Descarga del IDE de Arduino.................................................... 54 Gráfico # 12: Aceptación de términos de instalación del IDE Arduino ....... 55 Gráfico # 13: Opciones de instalación de Arduino ....................................... 55 Gráfico # 14: Destino del IDE Arduino........................................................... 56 Gráfico # 15:Proceso de Instalación del IDE Arduino .................................. 56 Gráfico # 16:Archivos de Instalación Arduino .............................................. 57 Gráfico # 17: Instalación Completa ............................................................... 57 Gráfico # 18: Pantalla de Inicio del IDE ......................................................... 58 Gráfico # 19: Pantalla de programación de Arduino .................................... 58 Gráfico # 20: Arquitectura del Protocolo TCP/IP .......................................... 59 Gráfico # 21:Diseño Básico de un Sistema de Alarma ................................ 68 Gráfico # 22: Diseño Final del Sistema de Alarma del Prototipo ................. 69 Gráfico # 23:Protoboard y Módulo Display LCD ........................................... 70 Gráfico # 24:Modulo Sensor de Movimiento y Modulo Buzzer .................... 70 Gráfico # 25:Resistencias y Leds .................................................................. 71 Gráfico # 26:Servomotor y Módulo Relé ....................................................... 71 Gráfico # 27:Potenciómetro y Teclado Matricial ........................................... 71 Gráfico # 28:Módulo I2C Y Módulo Shield SIM900 ....................................... 72 Gráfico # 29: Cables para Protoboard y Sensores Magnéticos ................... 72 Gráfico # 30: Cámara IP y DS1307 ................................................................. 73 Gráfico # 31: Montaje del módulo GSM en el Arduino Mega 2560............... 73 Gráfico # 32: Montaje del módulo l2C-LCD -DS1307 .................................... 74 Gráfico # 33: Montaje de sensor de movimiento, buzzer, módulo relé ....... 74 Gráfico # 34: Prototipo terminado ................................................................. 75 Gráfico # 35:Maqueta del Sistema de Alarma: .............................................. 75 Gráfico # 36:Maqueta del Sistema de Alarma ............................................... 76 Gráfico # 37:Diseño Lógico del Sistema de Alarma Inalámbrico ................ 77 Gráfico # 38:Diseño de la Red del Sistema de Alarma Inalámbrico ............ 78 Gráfico # 39:Significado de los Dispositivos del Sistema de Alarma Inalámbrico ...................................................................................................... 79 Gráfico # 40:Resolución del Tamaño de la Muestra ..................................... 83 Gráfico # 41: Viviendas Vulnerables ............................................................. 85 Gráfico # 42: Facilidad para Robar ................................................................ 86 Gráfico # 43: Sistema de Seguridad .............................................................. 87 Gráfico # 44:Alerta de Delincuentes .............................................................. 88 Gráfico # 45: Motivos para Comprar una Alarma ......................................... 89 Gráfico # 46:Motivos para Comprar una Alarma .......................................... 90 Gráfico # 47: Sistema de Alarma ................................................................... 91
XX
Gráfico # 48: Protección de la Vivienda ........................................................ 93 Gráfico # 49:Deteccion de Delincuentes ....................................................... 94 Gráfico # 50:Rango de Costo del Sistema de Alarma .................................. 96 Gráfico # 51: Adquisición del Sistema de Alarma ........................................ 97 Gráfico # 52: Aceptación y Aprobación del Producto .................................. 98 Gráfico # 53: Cronograma de Actividades del Proyecto ............................ 108 Gráfico # 54:Cronograma de Actividades del Proyecto ............................. 109 Gráfico # 55: Cronograma de Actividades del Proyecto ............................ 110 Gráfico # 56: Mapa de la Ubicación de Bastión Popular; asentamiento Urbano Marginal de la Ciudad de Guayaquil ............................................... 114 Gráfico # 57: vista panorámica de bastión popular .................................... 114 Gráfico # 58:Realización de la encuesta a los Moradores de cada Vivienda del Sector ....................................................................................................... 115 Gráfico # 59:Tipos de Vivienda para el diseño de la Alarma Inalámbrico. 115 Gráfico # 60: Elementos de la cámara IP .................................................... 118 Gráfico # 61: Componentes de la Cámara IP .............................................. 119 Gráfico # 62: Aplicación Yoosee.................................................................. 119 Gráfico # 63: Registro e Inicio de la Cámara............................................... 120 Gráfico # 64: Inicio de la Aplicación ............................................................ 121 Gráfico # 65: Proceso de Conexión ............................................................. 122 Gráfico # 66: Conexión Mediante WI-FI ....................................................... 123 Gráfico # 67: Conexión Mediante WI-FI ....................................................... 123 Gráfico # 68: Conexión Mediante WI-FI ....................................................... 124 Gráfico # 69:Visualización de la Cámara ..................................................... 124 Gráfico # 70: Visualización de la Cámara .................................................... 125 Gráfico # 71:Diseño Referencial del Arduino Mega 2560 ........................... 126 Gráfico # 72: Planos de una Vivienda Tipo, de Sectores Urbano-Marginal de la Ciudad de Guayaquil ................................................................................. 132
XXI
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CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DISEÑAR UN SISTEMA DE ALARMA INALÁMBRICO DE BAJO COSTO
PARA LA PROTECCIÓN DE VIVIENDAS TIPO, EN SECTORES
DE BAJO RECURSOS ECONÓMICOS DE LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL.
Autor\es: Karina Dolores Gaibor Carrillo
Fernando Antonio Loor Morán
Tutor: Jorge Antonio Magallanes Borbor, MSc.
RESUMEN
En este proyecto de tesis se desarrolló un Sistema de Alarma Inalámbrico de
bajo costo para viviendas situadas en sectores de bajos recursos para la ciudad
de Guayaquil con el único propósito de fortalecer la seguridad e integridad de
sus usuarios. Llegando a la aceptación del producto por parte de la ciudadanía
según la encuesta realizada en el sector de Bastión Popular Bloque 10-D,
satisfacer las necesidades requeridas para estas zonas específicas de la ciudad
siendo parte del bienestar económico y social de la población mediante el uso de
nuestro Sistema.
El sistema está conformado por una placa principal OpenSource denominada
Arduino conectada con un conjunto de sensores como los sensores PIR y los
switches magnéticos, complementado con un módulo denominado SIM900 que
se intercomunica con la placa para enviar mensajes de texto a números
celulares, en el caso llegue activarse la alarma, además de poseer cámaras IP
que complementa el monitoreo del sistema. Se realizó también una simulación
en una maqueta a escala, así comprobar y demostrar la correcta operabilidad e
intercomunicación existente entre el hardware y software del Sistema.
Palabras Claves: Alarmas, Sensores, Cámaras, Arduino, Domótica
XXII
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FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DESIGN A LOW-COST WIRELESS ALARM SYSTEM FOR THE
PROTECTION OF TYPE HOUSES, IN SECTORS
OF LOW ECONOMIC RESOURCES OF THE
CITY OF GUAYAQUIL
Authors: Karina Dolores Gaibor Carrillo
Fernando Antonio Loor Morán
Tutor: Ing. Jorge Antonio Magallanes Borbor, MSc.
ABSTRACT
In this thesis project, a low-cost Wireless Alarm System was developed for
homes located in low-income sectors for the city of Guayaquil with the sole
purpose of strengthening the security and integrity of its users. Arriving to the
acceptance of the product by the citizenship according to the survey carried out
in the sector of Popular Bastion Block 10-D, to satisfy the needs required for
these specific zones of the city being part of the economic and social welfare of
the population through the use of our System.
The system consists of an OpenSource main board called Arduino connected to
a set of sensors such as PIR sensors and magnetic switches, complemented by
a module called SIM900 that interconnects with the board to send text messages
to cell phone numbers, in the case the alarm is activated, in addition to having IP
cameras that complements the monitoring of the system. A simulation was also
carried out in a scale model, thus checking and demonstrating the correct
operability and intercommunication existing between the hardware and software
of the System.
Key Words: Alarms, Sensors, Cameras, Arduino, Domotics.
1
INTRODUCCIÓN
Según Augusto Russell Pope creador de la primera alarma electromagnética, el
21 de junio de 1853, este dispositivo se utilizó de manera efectiva ante la
presencia de ladrones en las viviendas. Ya conectada en puertas y ventanas
producía una vibración con sus respectivas conexiones, esta alarma no se podía
desconectar fácilmente por lo que el circuito siempre estaba en constante
funcionamiento. En el año 1857 se creó la técnica de alarmas electromagnéticas
con una estación central para control de los sistemas de alarmas.
La seguridad de las viviendas es necesaria e importante para la ciudadanía por
tal motivo existen sistemas de seguridad electrónica para vigilancia que forman
parte esencial en el hogar; algunas personas no cuentan con las herramientas ni
con los recursos necesarios para prevenir o alertar el incidente, es decir el robo
de sus pertenecías por delincuentes; es por este motivo que se plantea diseñar
un sistema de alarma para la seguridad de la casa. En el presente proyecto se
desarrolla un sistema de alarma inalámbrico de bajo costo para la protección de
viviendas tipo, de sectores de bajo recursos económicos de la Ciudad de
Guayaquil, en la maqueta de una casa tipo se ha instalado el prototipo para
demostrar su funcionamiento, donde el objetivo principal es monitorear un área a
través de un microcontrolador con sus componentes. Las señales de
comunicación y los datos captados por los componentes llegan al procesador
principal (que es el Arduino), una vez que la recibe se activa la alarma y se
enviarán unos mensajes de texto al usuario, con el fin de tener control y
seguridad de sus viviendas.
En el capítulo 1, se analiza el problema de la inseguridad y de las zonas que
pueden ser las más afectadas por la delincuencia, describiendo las causas y
consecuencias de la inseguridad. Se delimita el problema se hace un análisis de
la problemática, se plantean los objetivos de la investigación para tener una
completa y clara información para el desarrollo del proyecto.
En el capítulo 2, se describe el marco teórico en el que se basa el diseño y la
tecnología a implementar en el prototipo; conceptos detallados de los
2
dispositivos a utilizar en el sistema, así como también se menciona los
fundamentos y funcionamiento del módulo principal Arduino.
En el capítulo 3, se realiza los análisis de factibilidades propias del proyecto,
investigación necesaria para la aceptación del sistema, código fuente del
módulo, diseño y construcción del prototipo y realización de pruebas para su
correcto funcionamiento y operación.
En el capítulo 4, se dan a conocer los criterios de aceptación del proyecto
conclusiones y sus respectivas recomendaciones.
3
CAPÍTULO I
El Problema
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Ubicación de Problema en un Contexto
En la actualidad una de las problemáticas del diario vivir de la ciudadanía en
general, es el tema de la inseguridad que afecta considerablemente al desarrollo
social y económico de la ciudadanía, la tranquilidad y la seguridad, lo que
desmejora la calidad de vida de las personas.
Los sectores más afectados por este tipo de problema son las zonas de bajos
recursos económicos debido a la poca seguridad domiciliaria y que las viviendas
se encuentren muy unidas lo provoca que los delincuentes se aprovechen para
cometer sus actos delictivos, por este motivo, es necesario tomar medidas para
la protección de esta zona vulnerable.
Otro inconveniente que enfrentan estas zonas es que contratar personal de
seguridad privado o un sistema de seguridad electrónico es muy costoso para
una familia de escasos recursos económicos, razón por la cual es necesario
encontrar una solución económica que esté al alcance de este sector poblacional
y que cumpla con los objetivos de proteger sus bienes en el momento que ellos
no estén en el hogar.
En Guayaquil ocurren cerca de 183 robos a viviendas cada mes, equivalente a
un promedio de 6 robos diarios, según fuente brindada por la Fiscalía General
del Estado. Los mayores niveles delictivos a domicilios ocurren en zonas
periféricas como Flor de Bastión, Pascuales, Nueva Prosperina, Guasmo,
Suburbio o Isla Trinitaria, que representan al 21% de estos delitos, según datos
proporcionados por el analista en seguridad Bernardo Ovalle, quien argumenta
que en estas zonas la mayoría de los robos a domicilio no se denuncian en
4
fiscalía por temor a represalias, pérdidas de tiempo o miedo que estos delitos
queden en la impunidad. (Telégrafo D. , 2015)
Debido a la inseguridad que se menciona en el párrafo anterior, las viviendas
situadas en estas zonas de Guayaquil, están expuestas diariamente a la
delincuencia. Es por esto que se desea realizar el diseño de un sistema de
alarma inalámbrico de bajo costo para las viviendas en los sectores de bajos
recursos económicos, garantizando la seguridad y privacidad del hogar.
Actualmente existen sistemas de bajo costo para monitorear las viviendas que
utilizan redes de sensores inalámbricos cumpliendo la función de ser sistemas
de alarma. El sistema de alarma permite monitorear y controlar el acceso de
personas no autorizadas mediante cámaras IP que tienen sensores de
movimiento para emitir una alerta al usuario final que recibirá un mensaje de
texto para que el residente decida qué medidas de control debe tomar para
proteger su hogar.
SITUACIÓN CONFLICTO. NUDOS CRÍTICOS
En este trabajo de titulación se ha tomado como objeto de estudio las zonas de
bajos recursos de la ciudad de Guayaquil, estas presentan problemas en sus
estructuras que las hacen vulnerables a la delincuencia.
En este tipo de zonas, Guayaquil cuenta con dos tipos de vivienda, el primer tipo
de viviendas contienen estructuras sin acabar, es decir viviendas no construidas
en su totalidad y que presentan falencias en su parte externa haciéndolas
vulnerables para que los delincuentes ingresen con facilidad. El segundo tipo de
vivienda se denomina de construcción mixta, es decir son construcciones de
cemento y otro tipo de material como madera o caña.
5
CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA
Tabla # 1: Causas y Consecuencias de la Inseguridad Domiciliaria
CAUSAS CONSECUENCIAS
1
Ausencia de sistemas
preventivos contra la
vulnerabilidad de los
domicilios
Robos a domicilios
2 Aumento de la pobreza Déficit en la capacidad de adquirir
bienes
3
Falta de comunicación entre
los moradores y la policía del
sector en la protección de las
viviendas
Aumento en el riesgo de sufrir un
atraco en las viviendas
4
Desconocimiento por parte de
las personas sobre sistemas
de seguridad
Aumento de la inseguridad de los
domicilios
5
Falta de recursos económicos
para adquirir sistemas de
seguridad
No hay sistemas de alarmas
instalados en los sectores urbanos
marginales
6 Falta de valores morales y
éticos
Aumento del irrespeto por la
propiedad ajena
Fuente: Datos de la Investigación Elaborado por: Karina Gaibor Carrillo y Fernando Loor Morán.
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
Tabla # 2: Delimitación del Problema
Zona Delimitaciones del problema
1 CAMPO
Ciencias Básicas, Bio-
conocimiento y Desarrollo
Industrial
2 ÁREA Tecnología de la Información y
Telecomunicaciones
3 ASPECTO Redes de Comunicaciones
4 TEMA Sistemas de Seguridad
Electrónica.
Fuente: Investigación del proyecto Elaborado por: Karina Gaibor Carrillo y Fernando Loor Morán
6
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
En general, los sistemas de seguridad para las viviendas no han podido ser
adoptados por la ciudadanía, principalmente por el costo de estos para su
implementación y mantenimiento.
Según datos del (Instituto Nacional de Estadística y censo, 2016) o INEC en su
informe anual, indica que en la pregunta ¿Qué tan inseguro se siente usted en
su barrio?, la provincia del Guayas en su ciudad Guayaquil, presenta que un
54,7% de la población se siente insegura, es decir más de la mitad de la
población; llevándolo a un grado más general, el INEC indica que el 50,2% de
todo el país considera que el barrio en donde viven es inseguro.
Gráfico # 1: Índice de Inseguridad a Nivel Local y Nacional
Fuente: (Instituto Nacional de Estadística y censo, 2016)
Elaborado por: Instituto Nacional de Estadística y Censo (INEC)
7
Debido a los problemas que causa la inseguridad y el robo de viviendas,
¿Podría un sistema de seguridad inalámbrico de bajo costo, diseñado para
viviendas tipo, de sectores de bajos recursos económicos, mejorar la
calidad de vida de la población y disminuir el índice de robo a las
viviendas?
De lo expuesto anteriormente, viendo las falencias de las viviendas de las zonas
urbano-marginales, el presente proyecto se enmarcará en el uso de tecnología
inalámbrica para proponer una solución al problema de la vulnerabilidad de los
domicilios.
EVALUACIÓN DEL PROBLEMA
Los aspectos generales de evaluación son:
Delimitado: El proyecto está enfocado en la aplicación de un sistema de
seguridad para las viviendas tipo de la zona urbano marginal de la ciudad de
Guayaquil, como solución a un problema de vulnerabilidad.
Evidente: El problema es notable ya que las estadísticas son alarmantes en
referencia al crecimiento de la delincuencia. Las estrategias de mitigación no son
efectivas, ya que la seguridad no está determinada solo por el número de
policías en una ciudad, sino que involucra una serie de factores adicionales tales
como la tecnología aplicada a evitar el delito.
Concreto: El desarrollo de nuestro prototipo fortalecerá la seguridad de las
viviendas, por tanto, se considera que la creación del mismo, disminuirá los
índices de robo a los domicilios de zonas urbano-marginales.
Relevante: Esta tecnología aplicada a la seguridad, permite el control del hogar
de una manera más flexible mejorando las actividades cotidianas, ayudando a la
población a bajar la inseguridad en el robo de viviendas cuando estén sus
propietarios o inquilinos, fuera de ellas.
Factible: El desarrollo de nuestro proyecto tendrá un costo accesible para
usuarios de todos los recursos económicos desde el más bajo hasta el más alto,
8
ya que contará con tecnologías de hardware y software OpenSource. Las
herramientas tecnológicas que se emplearán incluyen cámaras IP y sensores de
movimientos.
Identificación del producto esperado.
El producto es un sistema de alarma inalámbrico para detectar la violación de la
seguridad en los domicilios de sectores de bajos recursos de la ciudad de
Guayaquil.
Variables.
La variable independiente es el sistema de alarma inalámbrico de bajo costo.
La variable dependiente es el aumento en la protección de viviendas, en
sectores de bajo recursos económicos de la ciudad de Guayaquil.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
Objetivo General
Diseñar un sistema de alarma inalámbrico de bajo costo para la protección de
viviendas tipo, en sectores de bajo recursos económicos en la ciudad de
Guayaquil.
Objetivos Específicos
1. Diagnosticar la situación actual de la inseguridad domiciliaria para obtener la
información necesaria que permita desarrollar el sistema de protección de
las viviendas.
2. Establecer los criterios pertinentes para proteger una vivienda tipo, en
sectores de bajo recursos económicos.
3. Proponer un sistema de protección modular para detectar la intrusión a las
viviendas, mediante un prototipo de sistema de alarma que detecta la
presencia de personas no autorizadas.
9
ALCANCE DEL PROBLEMA
El proyecto tiene como objetivo proporcionar seguridad a las casas de personas
de bajos recursos, por lo tanto, este sistema de alarma, con tecnología
inalámbrica, permitirá complementar el servicio policial las 24 horas y siete días
a la semana a través de la auto vigilancia y protección remota.
Para medir el desempeño de la red, se requiere estimar el flujo de tráfico de
video que transportará la infraestructura inalámbrica, hasta llegar a los
dispositivos que integraran el hardware que componen la solución; como el
router o los sensores y los módulos de Arduino.
El sistema detectará la presencia de intrusos mediante las cámaras IP, las
cuales tienen sensores que detectan el movimiento en el día y de noche, con
capacidad de distinguir entre una persona y un pequeño animal. La información
se grabará en el servidor y enviará una señal a un celular para que el dueño
llame a la unidad de policía comunitaria (UPC), una vez que se ha verificado el
suceso.
La red entregará un video de lo ocurrido, con la ubicación del lugar, la fecha y
hora, ya que contará con cámaras IP en el exterior e interior de la vivienda,
según las necesidades y presupuesto del propietario; y en segundo lugar enviará
un mensaje de texto por la red celular y/o un mensaje vía internet.
El sistema no enviará señales a la policía nacional, solo al propietario quien
deberá tomar medidas pertinentes al respecto, implementar mensajería a la
policía podría causar muchos problemas ya que pueden activarse por error del
usuario o por familiares no conscientes que existe un sistema de alarma, dando
señales falsas lo cual es penado por la ley.
Se utilizará la metodología PPDIOO que consiste Preparación, Planificación,
Diseño, Instalación, Operación y Optimización, pero se llegará hasta la etapa de
Diseño porque nuestro proyecto consiste solo en el diseño de un sistema de
alarma y la creación de un prototipo para su verificación operacional pero no se
instalará en ninguna vivienda.
10
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA
INVESTIGACIÓN
La aparición de la domótica, es decir casas que cuenten con sistemas
automatizados como sensores de movimientos, sensores de temperatura y humo
y sistemas de seguridad, ofrecen una solución integral ante las situaciones de
robos o incendio debido a que las personas podrán controlar y proteger su
respectivo hogar. La tecnología actual permite diseñar sistemas más baratos,
escalables, robustos y flexibles.
Este proyecto, de protección a las viviendas en sectores de bajo recurso
económico, proporcionará a sus habitantes una mayor tranquilidad en cuanto a
su seguridad personal y se ha diseñado como una alternativa a los sistemas de
seguridad y vigilancia electrónica que están disponibles en el mercado local.
La recolección de datos de la situación actual de las zonas urbano marginales
así como de los elementos técnicos proporcionará información para diseñar el
sistema de alarma inalámbrica de bajo costo, entendiendo que este sistema se
debe complementar con el apoyo de la comunidad y la policía comunitaria, ya
que no es un elemento preventivo sino disuasivo.
El desarrollo de este producto con las características señaladas tendrá un
impacto social en los sectores urbano marginales de la Ciudad de Guayaquil,
debido a que será un instrumento de tecnología y de apoyo, cuya finalidad será
potencializar la seguridad y la paz de la ciudad con su implementación.
11
METODOLOGÍA DEL PROYECTO
Para el desarrollo de la presente investigación, se escogió una metodología
mixta cuali-cuantitativa, debido a que se analizará la necesidad y el problema del
objeto del estudio por medio de la recolección de datos de la población
investigada. Los datos obtenidos en la investigación serán de apoyo para la
realización del prototipo ya que todas las muestras obtenidas en las diferentes
zonas de la ciudad nos ayudarán a enfocarnos en la realidad de la población y
así contribuir con la solución diseñando un sistema que ayude a contrarrestar los
delitos por robos a domicilios.
Modalidades de la investigación
El tipo de investigación usada para este proyecto es del tipo bibliográfico y
descriptivo debido a que, para desarrollar el prototipo, se usó una investigación
bibliográfica usando como fuentes primarias libros, tesis, artículos científicos,
conceptualizaciones y diversos criterios de los autores antes mencionados.
La investigación es también de tipo descriptivo, porque permitió profundizar en la
situación o el estado que se encuentra la población de las zonas urbanas de
Guayaquil, donde uno de los factores principales que afecta a esta población es
el robo y obtener los datos pertinentes del nivel en que se encuentra, con la
información obtenida.
El desarrollo del diseño del prototipo del sistema de alarma está enfocado en los
residentes de las zonas periféricas de la ciudad de Guayaquil, por lo que los
dispositivos de domótica que lo conforman, son del tipo OpenSource, como lo es
Arduino que es de tipo escalable y no requiere la compra de licencia. Se
procederá a recopilar información de las zonas antes mencionadas de la ciudad,
para comprobar que tan importante y factible es la adquisición de un sistema de
alarma económico que esté al alcance de los habitantes y que le brinde una
mayor confiabilidad en su seguridad y obtengan un buen vivir.
12
Técnica de investigación
Para poder interactuar directamente con el objeto de estudio, sin interferir en los
mismos, se utilizó la técnica de la observación, ascendentemente se seleccionó
trabajar con encuestas y entrevistas a las personas del sector, con preguntas
cerradas de escala nominal y abiertas, para poder describir la situación actual de
la zona y de conocimiento tecnológico de la población encuestada.
Instrumentos de recolección de datos
Dentro del tiempo permitido en que se llevó a cabo la recolección de datos, se
pudo observar que muchas de las casas del sector quedan vacías durante el día,
debido a que los niños salen a la escuela, el padre trabaja, y la madre en
muchos casos también, en otros es ama de casa, pero durante el día se ve en la
necesidad de salir de la misma por algún motivo, es allí donde los delincuentes
aprovechan la ausencia de los miembros familiares para cometer sus delitos.
Eventualmente durante la noche, los atracadores aprovechan las faltas de
luminarias y de seguridad en las casas para poder robar los bienes de las
personas.
Para la toma de datos se optó por dividir en secciones la encuesta, para que la
población tenga una mejor comprensión de esta:
• Primera sección: información entrevistador y entrevistado
• Segunda sección: objetivo de la entrevista
• Tercera sección: preguntas y respuestas.
METODOLOGÍA PARA EL DESARROLLO PPDIO
Se utilizará la metodología PPDIOO que consiste Preparación, Planificación,
Diseño, Instalación, Operación y Optimización, pero se llegará hasta la etapa de
Diseño porque nuestro proyecto consiste solo en el diseño de un sistema de
alarma y la creación de un prototipo para su verificación operacional pero no se
instalará en ninguna vivienda:
1. La fase de PREPARACIÓN permitirá recoger la información indispensable
para la red e identificar las tecnologías apropiadas para determinar los
dispositivos inalámbricos que formaran la infraestructura de la red y que
13
constituirán el hardware y software, igualmente los datos relevantes a las
condiciones de vulnerabilidad de una vivienda del sector urbano marginal.
2. La PLANIFICACIÓN nos permitirá constituir un cronograma y una tabla de
ordenamiento de tareas que se deben realizar tomando como referencia las
necesidades del proyecto de la red de sensores que deberán proteger la
vivienda.
3. La fase de DISEÑO nos permite deducir que una topología en estrella es más
apropiada para una vivienda debido a las divisiones que podrían existir y por los
posibles aumentos de habitaciones o pisos.
Todas las divisiones y áreas de las viviendas tendrán instalados varios sensores
que grabarán los movimientos de las personas no autorizadas según el
presupuesto del usuario. La red debe cubrir dos partes principales, el exterior de
la casa y su interior y con Switch destinados a la escalabilidad del sistema en un
futuro.
La topología en estrella tiene muchas ventajas como ser escalable y permite
realizar enlaces en tiempo real con protocolos como TCP/IP de internet y
conectarse a otras redes de seguridad.
14
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO
La inseguridad tanto personal como material, se han vuelto una problemática a
nivel mundial dentro de todos los niveles socioeconómicos, por tanto, muchas
personas se han involucrado en brindar una mayor tranquilidad a los propietarios
de cada hogar promoviendo ayudas de seguridad implementando sistemas de
vigilancia, monitoreo y sensores. Este tipo de sistemas han pasado de ser
medios físicos tales como las rejas, cerraduras y ventanas protegidas a ser
sistemas con software para complementar a los sistemas físicos.
Al hablar de sistemas de seguridad tanto físicos como digitales, se puede
mencionar las primeras creaciones como las alarmas con sonido, estas son
sensores que responden a un área acústica, por tanto, no sirven en las áreas
abiertas o exteriores. Al verificar que con el tiempo fueron violadas por
delincuentes, se decidió incorporarles un microcontrolador o microprocesador,
que permitía comunicar mediante un llamador automático al teléfono
convencional o celular en caso de detectar algún individuo. A pesar de ser una
buena alternativa, en su tiempo, su falencia radicaba en que no se garantizaba la
recepción de la señal al servidor o estación de base. Mientras muchos hogares,
empresas e instituciones utilizaban este sistema, aparecieron los sistemas de
sensores ultrasónicos, los cuales se emplearon en las ventanas de muchos
hogares. La utilidad de estos radicaba que detectaban la variación del sonido, es
decir si rompían la ventana, se emitía la alerta. (Davila, Paz, González, & García,
2015)
Todos los tipos de seguridad antes mencionado manejan una circuitería
compleja como los circuitos cerrados de televisión o CCTV, estos son sistemas
de seguridad que implican la utilización de varias cámaras de vigilancia situadas
en puntos estratégicos de un sitio conectados a un sistema de vigilancia
15
similares a un televisor. Este tipo de sistemas son muy efectivos, pero estos
sistemas de vigilancia incluyen una inversión bastante grande.
A lo largo del tiempo, también se han creado otros tipos de seguridad, estos
también necesitan de una gran inversión como son las cerraduras electrónicas
compuestas por cerraduras que utilizan llaves o un teclado digital para introducir
una clave y proceder a abrir el sitio. Pero este tipo de sistemas también ha
presentado fallas en su utilización como ser aplicadas a una puerta, si se quiere
aplicar a todas las puertas del hogar, se tendría que contar con una red de
sensores de forma cableada.
Es en ese momento donde ingresa el avance de la tecnología inalámbrica
pudiendo así comunicar todo el sistema sin la necesidad de cables, permitiendo
que estas sean certeras, eficientes y flexibles al momento de proteger el bien
inmueble.
Para el desarrollo del presente proyecto de titulación, se han analizado varios
trabajos de pregrado y posgrado en cuanto a su propuesta referente al mismo
tema y su posterior puesta en marcha y como estos han contribuido a la
comunidad en la implementación de sistemas de seguridad; por lo que han sido
tomadas en consideración para complementar la creación de nuevas teorías,
siendo sustento de teorías ya creadas y la aplicación de instrumentos
tecnológicos al alcance de todos.
A continuación, se describe a cada autor con su respectivo tema y su propuesta:
La Máster María Fernanda Tamayo de la ciudad de Quito, con su investigación
“Estudio y Diseño de Domótica para el Conjunto Villa Navarra” (Tamayo, 2016),
menciona que dentro de este conjunto de viviendas se implementó un sistema
de seguridad y además un sistema de automatización para encendido de luces,
sensores de movimientos, interruptores y cámaras IP. Ella indica que dentro de
esa zona las personas respondieron afirmativamente hacia una inclinación de la
domótica y más aún manejada con tecnologías de banda ancha haciendo un
fácil acceso a este tipo de productos o servicios. Instaló puntos estratégicos con
los sensores del sistema para que no pierdan la comunicación entre sí; también
indica que todos los dispositivos consumen poca energía, por tanto, se puede
16
decir que consumen aproximadamente una sexta parte de un radio reloj o 1.3
vatios.
(Antonio, 2013), boliviano con su tema “Sistemas de seguridad domiciliaria
basada en tecnología Arduino y aplicación móvil”, ofrece un sin número de
teorías, él se refiere a la domótica o casa inteligente a aquel hogar automatizado
con beneficios de ahorros de energía y económicos los cuales fortalecen la
seguridad del hogar por medio de la conexión Bluetooth. Cuando implementó
este sistema, escribió un registro poniendo a disposición los resultados del
mismo.
Durante los días de prueba, en este caso 24 días, presentó 5 correcciones de
código en el módulo de Bluetooth y en el esquema de donde se había
implementado los sensores. Por lo tanto, en su bitácora de pruebas menciona
que, en los primeros días, la tarjeta Arduino se alimentaba vía USB, pero no
estaba dando los voltajes necesarios, por lo tanto, cambió la fuente de
alimentación USB por una fuente de alimentación externa de 9 voltios. En los
días posteriores se logró estabilizar los puntos de los sensores junto al código de
configuración alcanzando su funcionamiento más óptimo.
La autora colombiana Diana Alexandra Montoya con su tema “Diseño De Un
Sistema De Alarma Inalámbrica Para Pequeñas Empresas Y Hogares En Pereira
Y Dosquebradas” (Montoya, 2015), implementó en un hogar y en una empresa,
un sistema de alarma y video vigilancia inalámbrica a través de las redes IP para
darle seguridad a los bienes valiosos que había en su interior. Su sistema se
compuso de varios sensores conectados a una placa Arduino encargada de
recibir, procesar y retroalimentar la información enviada al módulo Xbee
utilizando una placa adicional también de bajo costo llamada RaspBerryPi,
sirviendo como comunicador entre la casa, la aplicación del Smartphone y el
usuario.
Montoya a través de una encuesta realizada a la comunidad es decir a 50
hogares de la ciudad Dosquebradas, indagó que, para el desarrollo y posterior
implementación del sistema, debía saber qué tipo de seguridad las personas
consideraban más importantes. Las personas encuestadas dijeron lo siguiente:
17
el 59% de ellos prefieren un sistema antirrobo, el 51% indica que prefiere una
seguridad para incendios y un 24% para gases.
También se ha tomado el estudio de los mexicanos (Davila, Paz, González, &
García, 2015) con su tema “Casa Inteligente y Segura”, este tema es una
colección de reportes técnicos de investigación de la Universidad Autónoma de
Ciudad Juárez. Los autores pusieron en marcha un sistema de seguridad para
hogares integrando el uso de software y hardware libre, en su caso utilizaron
Arduino el cual consiste en una interfaz fácil de manejar diseñada para
adaptarse a las necesidades bajo la licencia Open-Source con el tipo de
lenguaje Processing. Este consiste en una red de sensores de movimiento
comunicadas inalámbricamente con la placa Arduino mediante el uso de circuitos
de comunicación RF donde muestra una interfaz gráfica de la recreación virtual
del interior de una casa activando las alarmas si los sensores detectan algún
movimiento en tiempo real. Ellos redactan que esta elección se la realizó
mediante una encuesta realizada a la comunidad donde obtuvieron como
conclusión manejar un sistema en relación al costo-beneficio para los usuarios.
Dejando abierto un camino para expandir este tipo de propuesta y mejorarla.
(David, 2014) en su trabajo de pregrado, “Diseño E Implementación De Un
Sistema De Seguridad Para el Hogar Con Interfaz Android” incorporó en los
hogares de la ciudad de Donostia – España, un sistema completo para el hogar
es decir una integración de detector de intrusos, detección de humo y gases
tóxicos bajo una interfaz en Android, la cual se puede acceder desde un
Smartphone con dicho sistema. Se menciona que una de las utilidades de este
tipo de seguridad, es el usuario desde su celular puede activar o desactivar la
alarma, también puede activar la simulación de presencia y por último el botón
de pánico, debido a que al usuario se le generará una alerta en la aplicación.
Otra de las funciones que tiene el sistema que puede producir una llamada a un
número de teléfono especificado por el usuario. El autor concluye que la
implementación de este ha sido satisfactoria debido a que ha sido de gran ayuda
para el sector de su ciudad en cuanto al manejo de sensores en tiempo real.
18
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Para la sustentación del marco teórico, se ha realizado una recopilación de
información referente a los avances en domótica y sistemas de seguridad, por lo
que se comenzará con los fundamentos teóricos generales pertinentes al
problema central y se concluirá con temas particulares.
Seguridad
En temas de seguridad intervienen las personas, las propiedades que poseen,
existe un nivel de preocupación que las adquisiciones que se han hecho puedan
ser robadas, por lo tanto, las persona optan por los diferentes medios que
existen para obtener seguridad para su familia, su persona y sus pertenencias.
Con el tiempo ha adquirido mayor importancia la protección parcial del hogar ya
sea por medios tradicionales como puertas con chapas seguras, ventanas con
botones de seguridad y los medios de alta seguridad como son las cámaras de
video vigilancia que en tiempos atrás, por sus costos solo las adquirían las
grandes entidades como bancos y centros comerciales.
Ante el crecimiento de urbanizaciones, negocios y apartamentos, las empresas
que ofrecen servicio de seguridad también han ido en aumento; tanto es la
demanda de casas, que los servicios públicos de policía ya no son suficientes
para garantizar la seguridad de los diferentes hogares, por lo que es necesario
buscar medidas complementarias como puede ser instalar sofisticados sistemas
de seguridad o contratar un buen seguro que cubra los daños en caso de sufrir
algún percance, ya que se está expuesto a ellos. (Antonio, 2013)
Gestión de Seguridad en el Hogar
Para que una correcta gestión de seguridad se lleve a cabo hay que considerar 3
aspectos básicos de la seguridad:
• La prevención que se da antes que se produzca el ataque para evitarlo.
• La alarma en el momento del ataque.
• La reacción una vez que se ha producido el ataque para considerar sus
efectos.
19
Los sistemas de automatización para la seguridad de los hogares suelen
combinar varias funciones además del anti-robo, suelen tener otras para detectar
humo, gas, fuego, temperatura, iluminación, comunicaciones o lo que se vienen
a denominar alarmas médicas para la atención a distancia de personas enfermas
o ancianas que monitorizan algunos de sus parámetros biométricos o permiten el
aviso en caso de accidente, como puede ser una caída. (Manuel, 2015)
Domótica
Concepto de Domótica
La palabra domótica viene del latín Domus que significa casa o domicilio y del
griego aútóμatoç que significa automático, es un conjunto de tecnologías
aplicadas a la automatización y control inteligente de una vivienda en la cual
permite una gestión eficiente permitiendo aportar seguridad al hogar.
(Domínguez & Saéz, 2012)
La domótica es considerada la solución del futuro dentro del entorno tecnológico
inteligente aplicada en hogares que facilita y beneficia a sus habitantes,
ampliando la comunicación, y automatizando procesos domésticos entre el
exterior y los residentes que conforman el hogar.
En Madrid, España, la empresa de energía explica que:
“La domótica se aplica a la ciencia y a los elementos desarrollados que
proporcionan algún nivel de automatización o automatismo dentro de la
casa pudiendo ser desde un simple temporizador para encender o apagar
una luz o un aparato a una hora determinada, hasta los más complejos
sistemas capaces de interactuar con cualquier elemento eléctrico de la
casa”, (Dirección General de Industria, 2007)
Estado Actual de la Domótica.
Al hablar de domótica, es referirse a un Hogar inteligente que se asocia con la
tecnología y automatización de los procesos, ya sea el ahorro energético, el
confort, la seguridad y el control remoto de las instalaciones domésticas;
incrementando la producción y el desarrollo económico para el mercado.
20
En la actualidad se ha impulsado la utilización de los sistemas domóticos en el
sector inmobiliario dándole al cliente un valor agregado como parte de la
solución de los problemas de seguridad en el hogar.
Para un mejor entendimiento de la situación actual de la domótica, se han
revisado artículos, proyectos y caso de implementación de proyectos de
domótica de las potencias mundiales como lo son Japón, España y Alemania:
Un primer ejemplo se encuentra en Japón, La torre biónica en Hong Kong, es un
proyecto de los arquitectos españoles Eloy Celaya, Javier Gómez Pioz y María
Rosa Cervera. Será una torre-ciudad vertical, con 1.228 m de altura e inspirada
en el tronco de los árboles, la cual tendrá a su vez, una estructura de anillos y
raíces. Cien mil personas podrán habitar en esta edificación que contará con
oficinas, guarderías, colegios, etc. y un puente que la enlazará con la ciudad.
Gráfico # 2: La Torre Biónica
Fuente: www.grandesconstrucciones.hol.es
Elaborado por: Karina Gaibor Carrillo y Fernando Loor Morán.
Un segundo ejemplo está En Madrid, donde la empresa Española Home Sistems
ha automatizado hasta el año 2016, 450 viviendas, cuya solución domótica cubre
la gestión de seguridad, control, detección de fuga de gas o agua e iluminación,
utilizando el sistema X10.
Otro ejemplo, también en España, La casa inteligente en San Fernando es una
casa que fue transformada en un hogar inteligente, al estar habitada por una
persona discapacitada. Es una instalación de control electrónico integral de
energía limpia, mediante placas fotovoltaicas que funcionan como control de
encendido y apagado; control de electrodomésticos desde un punto central;
21
gestiona el control de persianas, toldos y puertas individualmente, con un
temporizador o control de alarmas técnicas. Estos controles se pueden realizar
por voz y se indican mediante un sonido o luz de confirmación.
Gráfico # 3: Casa Inteligente
Fuente: www.grandesconstrucciones.hol.es
Elaborado por: Karina Gaibor Carrillo y Fernando Loor Morán.
También, la catedral de Múnich en Alemania ha sido modernizada por los
miembros de LONMARK. Se pueden monitorear todos los componentes como el
control de luz, el sistema de alarma, la vigilancia por cámara y el control de las
lámparas desde un punto central. Esta integración de componentes fue lograda
con monitores de contacto de 19” instalados en la sacristía. (Quintana, Pereira, &
Vega, 2015)
Gráfico # 4: Catedral de Múnich
Fuente: www.guiadealemania.com
Elaborado por: Karina Gaibor Carrillo y Fernando Loor Morán.
22
Beneficios de la Domótica
• AHORRO ENERGÉTICO
Al hablar de ahorro energético en la domótica optimizando los recursos al
momento de implementar los diferentes servicios que se emplean en el
sistema domóticos. Como ejemplo en el ahorro energético es aplicar
reglas en las que se pueda prender o apagar las luces o aparatos
eléctricos a horas determinadas, controlando de manera inteligente el
consumo.
• SEGURIDAD:
En cuanto a la seguridad es uno de los principales beneficios que esta
tecnología trae consigo para la sociedad debido a sus principales
funciones como: detección de intrusos, problemas y fugas de los servicios
básicos, protegiendo los bienes materiales y la vida de las personas.
• CONFORT:
Implica incrementar la simplificación de algunas tareas en el hogar que
se crea conveniente para el usuario y que a su vez brinde seguridad a
sus habitantes. Un ejemplo más característico es el control de
dispositivos por medio de un teléfono móvil o a través de cualquier
dispositivo con internet.
• ACCESIBILIDAD:
La domótica es accesible para todos los usuarios incluso usuarios que
presenten capacidades diferentes o limitaciones, facilitando las
condiciones de vida y permitiendo que las personas tengan autonomía.
• FÁCIL INSTALACIÓN:
El sistema de domótica es de fácil instalación y permite acoplarse a
cualquier vivienda.
Los Sistemas de Control Domóticos
Son aquellos sistemas capaces de recoger información proveniente de unas
entradas (sensores o mandos), procesarlas y emitir órdenes a unos actuadores o
salidas, con el objeto de conseguir confort, gestión de la energía o la protección
de personal animal o bienes. Según sea la configuración empleada en los
sistemas de control, para implantar sus funciones se puede diferenciar entre
23
sistemas centralizados, sistemas descentralizados, sistemas distribuidos y
sistema hibrido/mixto. (Werner, 2010)
Tabla # 3: Sistemas de Control Domótico
SISTEMAS
CENTRALIZADOS
Son aquellos sistemas en los que los
elementos para controlar y supervisar
(sensores, luces, válvulas, etc.) están
conectados en un único punto, generalmente
a la unidad de control central, que contiene la
inteligencia de todo el sistema.
SISTEMAS
DESCENTRALIZADOS
En este tipo de sistemas existen diferentes
elementos de control, cada uno de los cuales
posee la capacidad de tratar la información
que recibe y actuar en consecuencia de
forma autónoma.
SISTEMAS DISTRIBUIDO Disponen de varios controladores próximos a
los que deben controlar, y entre ellos están
unidos por algún medio físico de transmisión
(por ejemplo, BUS).
SISTEMAS HIBRIDA/
MIXTA
En este tipo de sistemas mixtos las interfaces
pueden tener una doble funcionabilidad tanto
los sensores y actuadores pueden también
ser controladores y procesar la información
según el programa, o la configuración
Fuente: Datos de la Investigación
Elaborado por: Karina Gaibor Carrillo, Fernando Loor Moran
Componentes de una Red Domótica
Todo sistema domótico tiene componentes básicos como:
• Sensores: Son los elementos encargados de recoger la información que
necesita el sistema. La información puede ser lectura la de temperatura
de un termostato hasta un pulsador para encender o apagar una luz.
• Actuadores: Son los que realizan una modificación en su estado para
realizar una acción. Los actuadores funcionan gracias a la información
que les proporcionan los sensores.
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• Bus: Es la vía de comunicación que transfiere la información entre
diversos dispositivos por un cableado propio, por la red de otros sistemas
(red eléctrica, red telefónica, red de datos) o de forma inalámbrica.
• Interface: Las interfaces permiten a los usuarios programar a través
(pantallas, móvil, Internet, conectores y comandos de voz en binario) y
definir los parámetros de la instalación, además de recibir la información
de los dispositivos en un formato fácil de comprender e interpretar.
• Unidad de proceso o control: Es la parte más importante del sistema
domótico, dado que es el dispositivo encargado de gestionar la
información que recibe del sensor o detector y enviar los datos
necesarios hacia el dispositivo de salida. (ATAHUALPA, 2014)
Componentes de la Domótica para la Seguridad
Según (J.M, 2015) en el Libro “Domótica para Ingenieros” menciona que entre
los componentes básicos para la utilización de la domótica en la seguridad de un
edificio o casa se tienen los siguientes elementos
• Pasarela residencial. Es el dispositivo que interconecta los distintos
dispositivos destinados a la automatización del edificio
• Sistema de control centralizado. Es el dispositivo encargado de
controlar los dispositivos destinados a la automatización del edificio,
según los parámetros de actuación establecidos por los usuarios.
• Sensores. Son los dispositivos encargados de recoger la información de
los diferentes parámetros a controlar (la temperatura del ambiente,
existencia de un escape de agua o gas, presencia de un intruso, etc.) y
enviársela al sistema de control centralizado para que ejecute
automáticamente las tareas programadas.
• Los actuadores. Son dispositivos utilizados por el sistema de control
centralizado para modificar el estado de ciertos equipos o instalaciones
(el aumento o disminución de la calefacción o el aire acondicionado, el
envío de una alarma a una central de seguridad, etc.)
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Sensores Específicos de la Domótica
Entre los tipos de sensores que tiene un sistema domótico encontramos los
siguientes:
Tabla # 4: Sensores Específicos de la Domótica
TIPO DE
SENSOR
DESCRIPCION IMAGEN
Sensor de
presencia
Permite activar o desactivar
automáticamente el
mecanismo eléctrico cuando
se detecta la presencia de
un objeto dentro de un área
determinada
Sensor de
contacto
magnético
perimetral
Utilizado para el control de
cierre o apertura de puertas
y ventanas.
Sensor de humo Al detectar presencia de
humo, este dispositivo envía
una señal al servidor donde
está conectado.
Sensor de
inundación
Tiene la capacidad de
detectar fugas de agua,
debido a que mide el nivel
del agua mediante la
activación de electroválvulas
de paso.
Fuente: www.serconint.com blog: sensores para domótica Elaborado por: Karina Gaibor Carrillo, Fernando Loor Moran
Cámaras
Es un componente que forma parte de un sistema de seguridad, cuya función
principal es la de capturar imágenes o videos de un lugar determinado. Las
señales capturadas son enviadas hacia un dispositivo, el cual es el encargado
de convertir esas señales en digitales, para así poder administrar un destino
específico en un dispositivo de almacenamiento o a un visualizador de imágenes
y videos como por ejemplo un monitor. (Tamayo, 2016)
http://www.serconint.com/
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Básicamente existen 2 tipos de cámaras:
CAMARAS ANALOGICAS: En la actualidad este tipo de cámaras siguen siendo
las más usadas por ser más económicas. Las cámaras análogas son las
encargadas de capturar la imagen y convertirlas en señales analógicas a través
del método de transformación CCD es decir está limitado a resoluciones que
equivale a, 720x480 píxeles (NTSC) o 720x576 píxeles. (Pecoraio, 2015)
CAMARAS IP: Las cámaras IP son componentes que digitaliza y procesa
imágenes de forma análogas y transmite los videos a través del protocolo de
comunicación TCP/IP. Para que pueda operar se necesita configurar su
dirección IP. Se pueden conectar alámbrica e inalámbricamente, necesitan
mantenimiento y realizar la respectiva configuración como cualquier otro
dispositivo de red.
Por su modelo las cámaras, se clasifican en los siguientes tipos:
• TIPO DOMO: Las cámaras de tipo domo son fabricadas con blindaje para
evitar ser destruidas en situaciones de vandalismo. Existen domos que
giran desde los 180 a 360 grados. Al momento de la instalación el técnico
debe tomar precauciones para evitar daños al equipo.
• TIPO BALA O TUBULAR: Las cámaras de tipo bala son fabricadas para
monitorear objetos con buena visualización en un contraste más oscuro
ya que su ángulo permite la fijación en distintos lados como lo requiera el
usuario.
• TIPO PTZ: son utilizadas principalmente en lugares metropolitanas
permitiendo una mejor definición de visualización en todos los ángulos
posibles y la gran calidad de zoom puede acercar el monitoreo para
capturar mejor.
• TIPO OJO DE PEZ: La visualización completa de 360° en ojo de
pez, muestra una sola imagen en 360° de todo el espacio vigilado.
En la visión panorámica, muestra dos imágenes del espacio vigilado en
un ángulo de 180°, ojo de pez + PTZ, esta configuración muestra 4
imágenes simultaneas, una muestra el espacio completo en 360° y las 3
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muestran imágenes en diferentes panoramas como si se manejara 3
cámaras diferentes (Flores Rogel, 2016)
Sensores
Los sensores son dispositivos encargados de recoger información de los
diferentes parámetros que intervienen en un sistema de control centralizado;
existen diversos tipos de sensores, tales como: gas, temperatura, agua,
humedad, luz, movimiento, rotura, presencia de intrusos, etc., pudiéndolos
distribuir en el área que se decida automatizar. (Corona, Abarca, & Mares, 2014)
Clasificación de los sensores
Como se mencionó en el párrafo anterior, los sensores sirven para poder
automatizar un área determinada, en este caso para la seguridad de una
vivienda, de estos se pueden clasificar en:
Tabla # 5:Tipo de Sensores
SENSORES
Infrarrojos son sistemas activos, que emiten radiación no visible y que
basan su efectividad en la creación de una barrera invisible
que al ser rota activa la alarma
Ultrasonidos Los sensores de ultrasonidos permiten detectar movimiento,
basándose en el efecto Doppler, el mismo que utiliza el radar
de vigilancia en la carretera, que hace que varíe la
frecuencia de la onda al rebotar en el objeto en movimiento
Microondas Los sensores de microondas son detectores de movimiento
volumétricos que se basan en la emisión de ondas
electromagnética