Domótica Aplicada con Arduino y sus diferentes módulos

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DOMÓTICA APLICADA CON ARDUINO Y SUS
DIFERENTES MODULOS
Juan Carlos Guamán Luna -jguamanl@est.ups.edu.ec.
Juan José Cevallos González - jcevallosg@est.ups.edu.ec
Resumen La domótica tiene un sin mero de aplicaciones
a través de la utilización de shield de la plataforma Arduino los
mismos que por su diversidad, bajo costo, fácil manejo e
implementación se convierte en la opción más viable para la
implementación de la misma dando una mejor calidad de vida
sobre todo a las personas con capacidades especiales que con
una simple aplicación podrán tener acceso a todas las áreas y
control efectivo de su hogar.
Abstract Home automation has a number of applications
through the use of shield for the Arduino platform the same as
for its diversity, low cost, easy operation and implementation
becomes the most viable option for the implementation of the
same by giving a better quality life especially for people with
special needs with a simple application that will have access to
all areas and effective control of your home.
Index TermsArduino, domótica, shield, Bluetooth, radio
frecuencia, modulo de voz, ethernet .
I. INTRODUCCIÓN
“LA DOMÓTICA ES EL CONJUNTO DE TECNOLOGÍAS
APLICADAS AL CONTROL Y LA AUTOMATIZACIÓN
INTELIGENTE DE LA VIVIENDA, QUE PERMITE UNA GESTIÓN
EFICIENTE DEL USO DE LA ENERGÍA, QUE APORTA
SEGURIDAD Y CONFORT, ADEMÁS DE COMUNICACIÓN ENTRE
EL USUARIO Y EL SISTEMA. [1].
II. MARCO TEÓRICO
II-A Domótica
Los sistemas domóticos están en la capacidad de
almacenar información proveniente de distintos tipos de
sensores o entradas, procesándola, de tal forma que
distintos actuadores o salidas desarrollen diferentes
actividades para las que fueron creadas. Estos tipos de
sistemas por su versatilidad pueden ser compatibles con
diferentes tecnologías pudiendo acceder a redes exteriores
de comunicación, información y alertas interactuando
incluso con fuerzas de seguridad tanto privadas como
públicas, llevando a otro nivelo dichos sistemas [1].
La domótica está diseñada de tal forma que permite dar
respuesta a los nuevos requerimientos que plantean las
nuevas sociedades, que cada vez están más automatizadas y
las nuevas tendencias de nuestra forma de vida, facilitando
el diseño de casas y hogares más humanos, más personales,
polifuncionales y flexibles generando una mejor calidad de
vida e independencia a un a personas con capacidades
especiales, a pesar de que la domótica se dirigió hacia
hogares pudientes con el avance de la tecnología y el
abaratamiento de los distintos dispositivos está más bien se
ha convertido en una herramienta eficaz y se puede decir
que hasta más humana cuando de personas con capacidades
especiales se refiere, dándoles mayor independencia,
privacidad y les permite desarrollar actividades que
anteriormente necesitaban de otra personas.
En la actualidad ofrece más funcionalidades por menos
dinero, más variedad de producto, que gracias a la
evolución tecnológica, son más fáciles de usar y de instalar.
En definitiva, la oferta es mejor y de mayor calidad, y su
utilización es ahora más intuitiva y perfectamente
manejable por cualquier usuario, siendo una de esa
tecnología la que abarca Arduino con sus shield, los que
tenemos la oportunidad de citar sus características básicas
de funcionamiento.
II-B Arduino mega.
Arduino es una plataforma OpenSource es decir una
plataforma abierta o basada en una placa de
microcontrolador y un entorno de desarrollo diseñado para
realizar y utilizar en diferentes ámbitos[2].
Este Arduino cuenta con 54 pines digitales ya sean
entrada o salidas, 16 entradas analógicas, 4UARTs que son
de puertos serie, un oscilador de cristal de 16 MHz, un
botón de reinicio y además una conexión USB.
El Arduino Mega tiene 16 entradas analógicas, cada uno
de los cuales proporcionan 10 bits de resolución (es decir,
1024 valores diferentes). Por defecto se miden desde el
tierra a 5 voltios [3].
Su alimentación se basa ya sea en conectarlo mediante el
USB a la computadora, conectando un adaptador de CA o
una batería de CC. La fuente de alimentación se selecciona
automáticamente.
Figura 1. Arduino MEGA.[2]
Especificaciones:
Microcontrolador ATmega1280
Voltaje de funcionamiento 5v.
Voltaje de entrada (recomendado) 7-12V
Voltaje de entrada (límites) 6-20V
Digital pines I / O 54 (de los cuales 15 proporcionan salida
PWM)
Entrada analógica pines: 16
Corriente DC por E / S Pin 40 mA
Corriente DC de 3.3V Pin 50 mA
Memoria Flash de 128 KB de los cuales 4 KB utilizado por
el gestor de arranque
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Velocidad del reloj 16 MHz
El Arduino puede funcionar con un suministro de energía
de 6 a 20 volts, pero existe una referencia de alimentación
que está entre los 7 a 12 voltios donde el Arduino
funcionaria de forma correcta ya que si se alimenta con un
voltaje menor a 7 voltios el pin de 5V puede suministrar
menos de 5V lo cual ya sería un problema y se haría un
sistema inestable, además si vamos por el lado contrario si
se alimenta más de los 12 v esto podría causar problemas
como sobrecalentar o dañar la placa. Por lo tanto el rango
recomendado es de 7 a 12 voltios [3].
La fuente de alimentación regulada utiliza para alimentar el
microcontrolador y otros componentes de la placa. Esto
puede venir de VIN a través de un regulador de a bordo, o
ser suministrada por USB u otra fuente de 5V regulada. [4]
Pin: 3V3. Un suministro de 3,3 voltios generado por el chip
FTDI de a bordo. Empate Corriente máxima es de 50 mA.
[9]
Pin: GND. Pines de tierra. [4]
Memoria del Arduino.
Este arduino tiene una capacidad de memoria de 128 KB
de los cuales 4KB se utilizan para el arranque, 8KB son de
la SRAM y 4KB de una EEPROM lo que significa que
puede ser leído y escrita con la biblioteca EEPROM.
II C. Comunicación:
El Arduino es capaz de comunicarse con el ordenador,
otro arduino y también con otros microcontroladores.
Ofrece una comunicación serie, uno de ellos una
comunicación de USB y de drivers FTDI el cual viene
incluido en el arduino, también ofrece un puerto com
virtual para el ordenador. El software de arduino incluye un
monitor serie el cual permite ya sea enviar o recibir dato del
Arduino[4].
Los leds RX y TX son leds que parpadean mientras se
está transmitiendo información al Arduino a través de un
chip y la conexión USB.
II D. Programación del arduino.
El Arduino mega se puede programar con el software de
arduino el cual se descarga de la plataforma arduino [4].
El Arduino viene precargado un gestor de arranque lo
cual no se necesita una programación externa.
Figura 2. Plataforma de Arduino.
II-D EasyVR 3- Módulo multi-propósito de reconocimiento
de voz
El EasyVR shield es el módulo que sirve para
reconocimiento de voz y es compatible con cualquier placa
Arduino a la fecha existen tre modelos iniciando desde el
UNO terminando R3 Shield, funcionan a niveles de 3.3V
o 5V, utilizando el pasador de instrucción IOREF para
seleccionar el voltaje de funcionamiento EasyVR. [5]
También es compatible con la placa Arduino anteriores
que no cuentan con el pasador de instrucción IOREF, que
están utilizando los niveles de 5 V de E / S por defecto. [5]
La tarjeta viene con encabezados apilables Arduino
separadas para la interfaz Shield. El módulo EasyVR 3
también se proporciona por separado. [6]
Compatible con placas Arduino que tienen la interfaz 1.0
Shield (UNO R3) y tableros existentes, incluyendo, pero no
limitado a :
Arduino Duemilanove
Arduino Uno
Mega Arduino
Arduino Leonardo
Arduino Due
Soporta conexión directa al PC en los consejos
principales con un USB / chip de serie independiente y un
modo especial por software "puente " en las juntas con un
solo interfaz USB nativo, para facilitar el acceso por el
Comandante
Permite a los diferentes modos de conexión en serie y
también parpadeará actualizaciones del módulo EasyVR
incorporado (a través del modo de puente). Soporta la
reasignación de los pines de serie utilizados por el Escudo
(en modo SW). [5]
Proporciona una salida de audio de 3,5 mm adecuado para
auriculares o como una salida de línea. [6]
Figura 3. EasyVR3. [6]
Este módulo permite comando por voz pudiendo ser
utilizado en un sin número de aplicaciones, en la actualidad
se puede por su tamaño y versatilidad aplicar incluso en
sillas de ruedas como fue el proyecto que se generó
permitiendo a las personas cuadripléjicas su movilidad e
independencia además de control independiente de luces,
puertas etc. Siendo el límite nuestra imaginación [5].
II-E. Los módulos de RF
Este módulo de radiofrecuencia de 433MHz es un
transmisor de datos en UHF para montaje en circuito
impreso (PCB). Cuando trabaja con el receptor de 433MHz
que lo complementa, conformando un sistema TX/RX,
permite la implementación de enlaces de datos de
radiofrecuencia de forma muy simple, alcanzando
distancias de hasta 80 metros dentro de edificaciones o 350
metros en campo abierto cuando opera con la fuente de
12V. [7]
Especificaciones técnicas:
Señal de radiofrecuencia: Modulación ASK (Modulación
por Desplazamiento de Amplitud)
Fuente de alimentación: 12V (también disponible en
versiones de 3V y 5V)
Consumo de corriente: <16 mA
Potencia de transmisión: 13 dBm
Desviación de frecuencia: +- 75kHz
Características
Alcance útil hasta 350 metros (12V), 230 metros (5V), 160
metros (3V)
Disponible en frecuencias de 433.92 MHz (433MHz) y
315.0 MHz
Velocidades de transmisión hasta 20kbps [8]
Disponible para operar a 315 MHz y 433.92 MHz
(433MHz), este sistema TX/RX de radiofrecuencia
minimiza la radiación espuria y susceptibilidad. El
transmisor es compatible con aplicaciones inalámbricas de
enlaces de datos uno-a-uno o de varios nodos: apertura de
puertas de garaje / compuertas, monitoreo remoto de
procesos industriales, seguridad de edificios, Punto
Electrónico de Ventas (EPOS) y seguimiento del
inventario, interruptor remoto, lámpara de control remoto,
sistema inalámbrico TX/RX de llamadas, etc. [7]
Figura 4. Modulo Radio Frecuencia, emisor y receptor. [9]
Pinout (patillaje)
Figura 3. Pines del módulo RF. [9]
Vcc: Alimentación de CC regulada. Contenido máximo de
rizado 0.1Vpp
DATA: Entrada de señal modulada. Acepta datos digitales
serie a niveles de 0V a 5V.
GND: Referencia (tierra) del suministro de DC.
ANT: Entrada de 50 ohm de la antena. [8]
Este es otro módulo de Arduino básicamente por sus
propiedades podemos utilizarlos en aplicaciones como por
ejemplo: autenticación para ingreso de personal o comando
de puertas, grabado de tarjetas etc.
II-F. MÓDULO ETHERNET
Poder conectar sensores, reles, etc. Al Arduino es muy
interesante pero para poder consultar todo esto desde una
interface sencilla y a distancia es fundamental poder servir
todos estos datos a través de una web. [10]
Para esto necesitamos conectarlo a una red y como no,
necesitaremos un interface Ethernet. Los módulos Ethernet
para Arduino son uno de los componentes más interesantes
con los que podemos trabajar.
En el mercado existen básicamente de 2 tipos. Los
basados en el chip ENC28J60 y W5100. Cada uno tiene sus
ventajas. Los módulos basados en el ENC28J60 son más
económicos y pequeños. Permitiendo de una forma barata
poder montar un servidor web. Como contrapartida decir
que no están soportado por Arduino de forma estándar
aunque cada vez hay más librerías y mejor terminadas. [10]
Los módulos basados en el W5100 son más grandes y con
un coste económico mayor, aunque cada vez más se están
abaratando. Lo bueno que tienen estos módulos es que son
más sencillos de utilizar ya que vienen para montar
directamente sobre el Arduino y están soportados de
manera estándar. [11]
Vamos a empezar por los basados en el ENC28J60 que he
de decir que lo he utilizado y para proyectos pequeños
cumple con su función pero que en proyectos más grandes
me ha dado algunos problemas, ya que se volvía inestable y
dejaba de responder. Pienso que se debía a la versión de la
librería que estaba usando y espero que en las nuevas
versiones se haya solucionado.
Figura 5. Modulo Ethernet ENC28J60. [10]
Lo primero que observamos es que tenemos 10 pins y 7
hay que conectarlos al Arduino.
Tabla 1. Pines de modulo Ethernet, Arduino y Arduino
Mega.[10]
Módulo Ethernet
Arduino
Arduino Mega
VCC
3,3V
3,3V
GND
GND
GND
CS
10
53
SO
12
51
SCK
13
52
SI
11
50
RESET
RESET
RESET
II G Bluetooth HC-05 y HC-06
Los módulos de bluetooth HC-05 y HC-06 son módulos
muy utilizados para aplicaciones con microcontroladores
PIC y Arduino. Son dispositivos económicos [11]
Figura 6. Bluetooth HC-05
Para poder configurar el HC-06 es necesario que este NO
este emparejado ni siendo usado por ningún dispositivo, es
necesario conectarlo a la PC y usar un programa de
terminal para darle instrucciones de configuración
(Comandos AT), aunque también podemos escribir un
programa de Arduino o en un microcontrolador para
configurarlo.
Para conectarlo con la PC utilizamos un adaptador USB
serial como se muestra en la foto:
El módulo HC-06 acepta un set muy básico de comandos
(algo raros por cierto), que permite pocas configuraciones,
pero que sin duda será útil para personalizar este económico
módulo y configurarlo para satisfacer las necesidades de la
aplicación [12].
Los comandos que soporta son:
Prueba de funcionamiento:
Envíar: AT
Recibe: OK
Configurar el Baudrate:
Envíar: AT+BAUD<Numero>
El parámetro número es un caracter hexadecimal de ‘1’ a
‘c’ que corresponden a los siguientes Baud Rates: 1=1200,
2=2400, 3=4800, 4=9600, 5=19200, 6=38400, 7=57600,
8=115200, 9=230400, A=460800, B=921600, C=1382400
Recibe: OK<baudrate>
Configurar el Nombre de dispositivo Bluetooth:
Envíar: AT+NAME<Nombre>
Recibe: OKsetname
Configurar el código PIN de emparejamiento:
Envíar: AT+PIN<pin de 4 digitos>
Recibe: OK<pin de 4 digitos>
Obtener la version del firmware:
Enviar: AT+VERSION
Recibe: Linvor1.8 [14]
Y si podríamos mencionar una gran cantidad de
elementos como por ejemplo modulo gps, módulo gsm,
entre otros pero el objeto de este documento no es
profundizar en lo shield de Arduino sino más bien tener
una idea exacta de los beneficios que presenta esta
plataforma en cuanto a la domótica.
II H. App inventor:
Esta es una plataforma para crear aplicaciones Android
que va a servir en cada uno de los proyectos para su
correspondiente aplicación, es un Sistema operativo que
utilizan muchos dispositivos móviles en la actualidad entre
ellos se encuentran tabletas, Smartphones (teléfonos
inteligentes), este sistema fue basado en Linux para su
desarrollo, actualmente pertenece a Google [19].
App invertor no es un programa para desarrollar alguna
aplicación, este funciona mediante una conexión a red, se
trabaja directamente en el servidor de App inventor, es
como una página web que en ella se ejecutan todas las
operaciones.
Existen versiones para poder instalarlas en un ordenador,
estas versiones son destinadas para poder trabajar sin
conexión. [19]
Requerimientos:
Una conexión a internet (Este requerimiento puede ser
suplido por la versión para ordenador).
Una cuenta de google. La programación se desarrolla en
la siguiente dirección:
http://ai2.appinventor.mit.edu
Se puede trabajar en diferentes idiomas, actualmente
cuenta con un paquete de 10 idiomas, entre ellos están
inglés, español, portugués, etc.
LA programación no es compleja, de hecho, es una
programación orientada a objetos. La interfaz es algo
amigable, desde aquí se pueden ir agregando objetos, una
vez agregados los objetos al Screen (Pantalla) se los va
programando.
En la siguiente figura se muestra la interfaz de app inventor.
Figura 7. Interfaz de app inventor introducción. [10]
Código de programación
Figura 8. Código de programación
VII. Aplicaciones:
Las aplicaciones que se pueden desarrollar son varias y
diversas en nuestro caso la hemos desarrollado en una silla
que es capaz de movilizarse a través de diferentes
tecnologías e interfaces entre los que podemos mencionar
comando manual de la silla mediante un joystick, esta
forma es la básica de comandar una silla que mediante
simples swhichs damos el paso de corriente y voltaje a los
respectivos motores para que pueden maniobrar según
nuestra necesidad.
Figura 9. Mando con joystick
De la misma manera una de las formas con las cuales
podeos comandar la silla es la implementación de los
comandos mediante órdenes de voz desarrollado en la
plataforma arduino en su shield esay vr3,
Como se pudo estudiar en los enunciados anteriores este
podemos resumirle en que la silla simplemente obedecerá
las ordenes que se le de a través de una diadema en donde
esta implementado el micrófono, esto va a servir sobre toda
a aquellas personas que por diferentes circunstancias no
pueden mover sus extremidades superiores para darse el
impulso correspondiente en la silla de ruedas al igual que
por el mismo motivo ellos no sean capaces de maniobrar el
joystick convirtiéndose en un instrumento que puede dar
mejor calidad de vida, independencia a la intimidad de
muchos de estos individuos. Para lograr este propósito se
tuvo que realizar un sinnúmero de pruebas, otra aplicación
no es solamente el manejo de la silla de ruedas sino que
también es el tema de automatización del domicilio ya que
también se puede hacer mediante comunicación directa a
una casa inteligente que la persona pueda prender o pagar
luces abrir o cerrar puertas eléctricas entre otros propósitos
que tiene una casa inteligente.
Mando a distancia con el shield bluetooth, en este sencillo
y pequeño shield se ha encontrado un sinnúmero de
aplicaciones y diversidad de usos ya que no solamente
servirá para comandar una silla de ruedas a control remoto
ya que se implantó este tipo de control en la silla de rueda
con la cual nos permite darle dos tipos de uso uno el control
mediante pulsaciones a través de una aplicación creada en
android como un carrito a control remoto sino que también
nos permite utilizar ciertas herramientas a nuestr4o alcance
y darle el correspondiente uso de las nuevas tecnologías
como son sparth pone y tablets, corriendo las mismas
podemos realizar comandos de voz y a distancia operar
mediante pulsaciones la misma, de igual manera esta se
puede comunicar con la casa inteligente dándole al
individuo un mejor control de la misma aplicación creada
para todos de la casa ya que puede ser operada sin mayo
experiencia hasta por niños como se lo probo en la feria de
ciencias que la silla fue operada por niños pequeños de
aproximadamente 6 años que tiene una gran facilidad para
manejar este tipo de tecnologías, a continuación podremos
observa la aplicación desarrollada en donde podemos
observar a demás ya la implementación no solo del
comando de la silla sino también de prendido de luces y
activación de alarmas
Figura 10. Aplicación desarrollada en app inventor y
cargada a un teléfono.
VII. conclusiones y recomendaciones
En la actualidad donde hemos desarrollado tecnologías
para viajar a la luna u a otras partes del universo hemos
perdido la visión de servicio en primer lugar a nuestro
prójimo servicio con el cual queremos llegar y no
desplazarlos, la casa o edificio domótica no solo esté al
servicio de los que pueden pagar, no solo como un lujo sino
como la oportunidad de dar un mejor nivel de vida a
aquellos seres queridos es por esta razón que hemos
demostrado que implementamos estos servicios a bajo costo
y muy versátil.
VIII. referencias y bibliografía
[1]Domótica para viviendas y edificios, Werner Harke,
Marcobo ediciones técnicas.
[2] http://dfists.ua.es/~jpomares/arduino/page_03.htm
[3]http://www.academia.edu/9692067/Arduino_Curso_Pr%
C3%A1ctico_de_formaci%C3%B3n
[4]http://arduinobot.pbworks.com/f/Manual+Programacion
+Arduino.pdf
[5]Modulo de reconocimiento de voz [online]. Disponible
en: http://www.veear.eu/products/easyvr3-shield/
[6] Universidad Politécnica de madrid ,
laboratorioderobotica.wordpress.com/easyvr-shield/tutorial-
easyvr-shield-parte-2-tablas-de-sonido/
[7] Modulo Radio Frecuencia. [Online]. Disponible en:
http://programarpicenc.com/articulos/radiofrecuencia-
sistema-tx-rx-a-433mhz/
[8] http://www.instructables.com/id/Modulos-RF433-Mhz-
con-Arduino/
[9]http://giltesa.com/2012/07/19/modulos-de-radio-
frecuencia-a-433mhz-para-arduino.
[10]Modulo Ethernet. [Online]. Disponible en:
http://arubia45.blogspot.com/2013/01/modulo-ethernet-
arduino.html
[11]http://electronicaytelecomunicaciones-
jc.blogspot.com/2015/02/modulo-bluetooth-hc-06-android-
practica.html
[12]http://www.gerdslab.com/es/libro_arduino_labview
[13]http://www3.fi.mdp.edu.ar/electrica/instrumentacion/ar
duino/Arduino+Ethernet%20Shield.pdf
[14] http://www.geekfactory.mx/tutoriales/bluetooth-hc-05-
y-hc-06-tutorial-de-configuracion/
[15]https://books.google.com.ec/books?id=6cZhDmf7suQC
&pg=PA550&lpg=PA550&dq=modulo+bluetooth+arduino
+libros&source=bl&ots=AZdAgXLyxO&sig=3s-
NoTQubMnPMYJ136y3uzCaBNM&hl=es-
419&sa=X&ved=0ahUKEwjRzOXQl7HKAhWFQyYKHV
IpBQcQ6AEIUDAM#v=onepage&q=modulo%20bluetooth
%20arduino%20libros&f=false
[16]http://domotica-arduino.es/blog/es/
[17] RIVERA P. Control de máquinas eléctricas.
ESCUELA POLITECNICA NACIONAL.Ecuador,2000
[18] PHILIPS. Electronic Compass Design Using
KMZ51/KMZ52.
[19] http://ai2.appinventor.mit.edu/
[20]Técnico en electronica , Domótica,
[21]12 proyectos de arduino + Android, Simon Monk ,
Editorial Estribor.
[22] Aprendiendo app inventor, Alberto sierra, BOHODON
EDICIONES, 2014
[23] Crea tus propias aplicaciones Android con Google App
Inventor, ANAYA MULTIMEDIA/O´REILLY, David
Wolber, Hal Abelson, Ellen Spertus y Liz Looney,
Septiembre 2011
Autores
Juan Carlos Guamán Luna.
Lugar y Fecha de Nacimiento: Cuenca a 7
de julio
Estudios:
- Primaria: Escual Hernpan Cordero Crespo.
- Colegio Expriemntal Benigno Malo
- Universidad: Cursando 7 ciclo de la carrera
de ingeniería electrónica.
Hechos relevantes en el desarrollo de la niñez- Adolescencia:
Bice-campéon de ajedrez categoría infantil.
Desarrollo profesional: Actualmente trabajo en Grupo TVCABLE,
me desarrollo como supervisor.
Matrimonio: Casado con Sandra Merchán
Hijas: Doménica 11 años
María Emilia. 6 años.
Juan José Cevallos González, nació en
Loja, Ecuador en el año de 1991, Recibió
el título de bachiller de la especialidad
físico matemático, en el colegio
Experimental Bernardo Valdivieso en el
2009.
Actualmente está cursando la carrera de Electrónica en la
Universidad Politécnica Salesiana.

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Cevallos González Juan José. (2016, enero 20). Domótica Aplicada con Arduino y sus diferentes módulos. Recuperado de http://www.gestiopolis.com/domotica-aplicada-arduino-diferentes-modulos/
Cevallos González, Juan José. "Domótica Aplicada con Arduino y sus diferentes módulos". GestioPolis. 20 enero 2016. Web. <http://www.gestiopolis.com/domotica-aplicada-arduino-diferentes-modulos/>.
Cevallos González, Juan José. "Domótica Aplicada con Arduino y sus diferentes módulos". GestioPolis. enero 20, 2016. Consultado el 5 de Diciembre de 2016. http://www.gestiopolis.com/domotica-aplicada-arduino-diferentes-modulos/.
Cevallos González, Juan José. Domótica Aplicada con Arduino y sus diferentes módulos [en línea]. <http://www.gestiopolis.com/domotica-aplicada-arduino-diferentes-modulos/> [Citado el 5 de Diciembre de 2016].
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