Autores: Estudiantes del componente TIIC del BIC 46 – generación 2022-2025; Docente Alan Tonatiuh López Niño.
Resumen:
En el contexto de la educación tecnológica en comunidades rurales e indígenas, el proyecto “Vivienda del futuro: Desarrollo de un prototipo de casa domótica con Arduino” se presenta como una iniciativa transformadora llevada a cabo por estudiantes del Componente en Tecnologías de la Información e Innovación Comunitaria (TIIC) del Bachillerato Integral Comunitario (BIC) No. 46 en Coatecas Altas, Oaxaca, México. Este artículo describe el proceso de diseño, construcción, programación y presentación de un prototipo de casa domótica a escala, que integra sensores, actuadores y la plataforma Arduino para automatizar funciones como iluminación, seguridad y gestión de recursos. Desde la perspectiva de los estudiantes, se detalla cómo este proyecto no solo fortaleció competencias técnicas en electrónica y programación, sino que también fomentó habilidades socioemocionales, creatividad y un sentido de pertenencia cultural. Los resultados obtenidos reflejan el potencial de la educación tecnológica para generar impacto comunitario, promoviendo la innovación y la sostenibilidad en entornos rurales.
Palabras clave: Domótica, Arduino, educación tecnológica, innovación comunitaria, sostenibilidad, Coatecas Altas.
Development of a Smart Home Prototype with Arduino: A Technological-Educational Experience at a Comprehensive Community High School.
Abstract:
In the context of technology education in rural and indigenous communities, the project “Housing of the Future: Development of a Smart Home Prototype with Arduino” is presented as a transformative initiative carried out by students from the Information Technology and Community Innovation (ITIT) component of BIC 46 in Coatecas Altas, Oaxaca, Mexico. This article describes the design, construction, programming, and presentation process of a scaled-down smart home prototype that integrates sensors, actuators, and the Arduino platform to automate functions such as lighting, security, and resource management. From the students’ perspective, this project details how it not only strengthened technical skills in electronics and programming, but also fostered socio-emotional skills, creativity, and a sense of cultural belonging. The results reflect the potential of technology education to generate community impact, promoting innovation and sustainability in rural settings.
Keywords: Home automation, Arduino, technology education, community innovation, sustainability, Coatecas Altas.
Introducción
En un mundo cada vez más digitalizado, la educación tecnológica se posiciona como un pilar clave para preparar a las nuevas generaciones en el dominio de herramientas innovadoras que respondan a los desafíos del siglo XXI. En el Bachillerato Integral Comunitario No. 46 de Coatecas Altas, Oaxaca, los estudiantes del Componente en Tecnologías de la Información e Innovación Comunitaria (TIIC) asumimos el reto de diseñar y construir un prototipo de casa domótica utilizando la plataforma Arduino, un proyecto titulado “Vivienda del Futuro: Desarrollo de un prototipo de casa domótica con Arduino”. Este esfuerzo no solo representó un ejercicio académico, sino también una oportunidad para vincular la tecnología con las necesidades de nuestra comunidad, promoviendo soluciones sostenibles y accesibles.
La domótica, entendida como el conjunto de tecnologías que automatizan y optimizan las funciones de una vivienda, ha ganado relevancia en los últimos años debido a su capacidad para mejorar la calidad de vida, la eficiencia energética y la seguridad. En contextos rurales como Coatecas Altas, donde el acceso a tecnologías avanzadas es limitado, proyectos como este adquieren un valor significativo al demostrar que la innovación tecnológica es posible incluso con recursos limitados. Este artículo, escrito desde nuestra perspectiva como estudiantes, detalla el proceso de desarrollo del prototipo, los aprendizajes adquiridos y el impacto educativo y comunitario de esta iniciativa, con el objetivo de inspirar a otras instituciones educativas a replicar proyectos similares.
Marco contextual: La educación tecnológica en Coatecas Altas
El municipio de Coatecas Altas, ubicado en la región de Valles Centrales de Oaxaca, México, es un municipio rural con desafíos estructurales en términos de infraestructura, acceso a tecnologías y eficiencia energética. En este contexto, el BIC No. 46 se distingue por su enfoque en la formación integral, que combina la educación académica con el desarrollo de habilidades técnicas y sociales. El Componente TIIC, en particular, busca dotar a los estudiantes de competencias en programación, electrónica y diseño de sistemas tecnológicos, preparándonos para enfrentar los retos de un mundo globalizado desde nuestra realidad local.
El proyecto “Vivienda del Futuro” se concibió como una respuesta a la necesidad de cerrar la brecha entre la teoría y la práctica en nuestra formación tecnológica. A pesar de contar con conocimientos teóricos en robótica educativa, electrónica y programación, enfrentábamos limitaciones como la escasez de recursos didácticos y la falta de proyectos integradores que vincularan estos conocimientos con las necesidades de nuestra comunidad. Este proyecto nos permitió no solo aplicar lo aprendido, sino también reflexionar sobre cómo la tecnología puede mejorar la calidad de vida en entornos rurales, integrando elementos culturales y prácticas sostenibles.
Objetivos del Proyecto
El objetivo general del proyecto fue desarrollar un prototipo de casa domótica utilizando Arduino, que sirviera como herramienta educativa para fortalecer nuestras competencias en automatización, programación y diseño de sistemas inteligentes, al mismo tiempo que promoviera la conciencia sobre los beneficios de la domótica en nuestra comunidad. Los objetivos específicos incluyeron:
- Construir un prototipo físico a escala que integrara sistemas de iluminación led, control de sensores de lluvia, servomotores, sensores ultrasónicos, así como de gestión energética.
- Programar sensores y actuadores domóticos para su control mediante el lenguaje de programación de Arduino IDE.
- Fomentar el trabajo colaborativo entre los estudiantes, asignando roles específicos en programación, electrónica, diseño y documentación.
- Crear un modelo funcional que demostrara las aplicaciones prácticas de la domótica, sensibilizando a la comunidad sobre su potencial para mejorar la calidad de vida.
Marco teórico: fundamentos de la domótica y Arduino
La domótica, derivada de las palabras latinas “domus” (casa) y “automatos” (que se mueve por sí mismo), se define como el conjunto de tecnologías que automatizan y optimizan las funciones de una vivienda, mejorando el confort, la seguridad y la eficiencia energética (Sánchez, 2018). Su evolución comenzó en la década de 1970 con sistemas básicos de control de temperatura y ha avanzado hacia ecosistemas complejos integrados con el Internet de las Cosas (IoT), permitiendo el control remoto y la interconectividad de dispositivos (López & Martínez, 2020).
Arduino, por su parte, es una plataforma de hardware y software de código abierto que permite el desarrollo de proyectos tecnológicos accesibles. Su versatilidad, bajo costo y amplia comunidad de soporte la convierten en una herramienta ideal para proyectos educativos (Banzi & Shiloh, 2015). En nuestro proyecto, utilizamos la placa Arduino UNO R3 como núcleo del sistema, integrando sensores (ultrasónico, de humedad) y actuadores (LEDs, servomotores, potenciómetros) para simular funciones domóticas como la apertura de un garaje, el control de iluminación y la gestión de un tendedero automatizado.
Metodología: desarrollo del prototipo
El desarrollo del prototipo se llevó a cabo en varias etapas, siguiendo una metodología estructurada que combinó planificación, diseño, implementación y evaluación. A continuación, se describen las principales fases del proyecto:
Etapa 1: Conceptualización y Planificación
Durante el quinto semestre, adquirimos conocimientos fundamentales en robótica educativa, electrónica y programación en Arduino IDE a través de prácticas como la construcción de pulsómetros y kits de robots solares. En el sexto semestre, definimos el nombre del proyecto (“Vivienda del Futuro”) y establecimos los objetivos, identificando la domótica como un área de aplicación relevante. Investigamos conceptos clave, como el funcionamiento de sensores y actuadores, y recopilamos información sobre los materiales necesarios, priorizando recursos accesibles como cartón, papel cascarón y elementos reciclados.
Etapa 2: Diseño de la Estructura Física
El diseño de la casa domótica se basó en un modelo a escala de uno y dos pisos, con dimensiones aproximadas de 44 x 34 cm para el primer nivel (que incluía garaje, sala, cocina y baños) y 44 x 31 cm para el segundo nivel (con recámaras y un centro de estudio). La estructura se construyó con materiales ligeros pero resistentes, como cartón, papel cascarón y acetato para las ventanas, decorados con elementos culturales de Coatecas Altas, como patrones tradicionales y colores representativos. En el patio exterior, se diseñó un tendedero que reflejaba la ropa típica de la comunidad, integrando así la identidad cultural en el prototipo.
Etapa 3: Selección y Conexión de Componentes Electrónicos
El sistema domótico se conformó por el uso de dos placas Arduino UNO R3 para gestionar diferentes funciones:
- Placa 1: Control de Iluminación Interior
Esta placa controlaba 14 LEDs que simulaban la iluminación de diferentes áreas de la casa (sala, cocina, recámaras). Seis push buttons permitían encender y apagar los LEDs, mientras que dos potenciómetros regulaban la intensidad lumínica. Un LED RGB, programado para combinar colores rojo, verde y azul, simulaba una lámpara ambiental.
- Placa 2: Automatización Inteligente
Esta placa gestionaba un sensor ultrasónico para detectar objetos cercanos y activar un servomotor que abría y cerraba la puerta del garaje. Además, un sensor de humedad controlaba un segundo servomotor para mover un tendedero automatizado, protegiendo la ropa en caso de lluvia.
Los componentes se conectaron mediante cables Dupont y protoboards, alimentados por pilas 2 pilas recargables modelo 18650, Power Banks o una pila recargable de 9v. La elección de estos materiales garantizó un proyecto de bajo costo y alta funcionalidad.
Etapa 4: Programación en Arduino IDE
La programación se realizó en Arduino IDE, utilizando un enfoque modular para facilitar el mantenimiento y la escalabilidad. A continuación, se presentan ejemplos resumidos y breves de los códigos desarrollados:
** Control de Iluminación (Placa 1) **
// Pines de LEDs y botones
const int led1 = 3;
const int led2 = 4;
const int led3 = 5;
const int button1 = 7;
const int button2 = 8;
const int button3 = 9;
// LED con potenciómetro
const int potPin = A0;
const int ledPWM = 10;
const int potPin2 = A1;
const int ledPWM2 = 11;
// Variables de estado
bool state1 = false;
bool state2 = false;
bool state3 = false;
bool lastButton1 = HIGH;
bool lastButton2 = HIGH;
bool lastButton3 = HIGH;
void setup() {
pinMode(led1, OUTPUT);
pinMode(led2, OUTPUT);
pinMode(led3, OUTPUT);
pinMode(button1, INPUT_PULLUP);
pinMode(button2, INPUT_PULLUP);
pinMode(button3, INPUT_PULLUP);
pinMode(ledPWM, OUTPUT);
}
void loop() {
// Control LED1 con botón1
bool currentButton1 = digitalRead(button1);
if (lastButton1 == HIGH && currentButton1 == LOW) {
state1 = !state1;
digitalWrite(led1, state1);
}
lastButton1 = currentButton1;
// Control LED2 con botón2
bool currentButton2 = digitalRead(button2);
if (lastButton2 == HIGH && currentButton2 == LOW) {
state2 = !state2;
digitalWrite(led2, state2);
}
lastButton2 = currentButton2;
// Control LED3 con botón3
bool currentButton3 = digitalRead(button3);
if (lastButton3 == HIGH && currentButton3 == LOW) {
state3 = !state3;
digitalWrite(led3, state3);
}
lastButton3 = currentButton3;
// LED con potenciómetro 1
int potValue = analogRead(potPin);
int brightness = map(potValue, 0, 1023, 0, 255);
analogWrite(ledPWM, brightness);
delay(50); // Antirrebote básico
// LED con potenciómetro2
int potValue2 = analogRead(potPin2);
int brightness2 = map(potValue2, 0, 1023, 0, 255);
analogWrite(ledPWM2, brightness2);
delay(50); // Antirrebote básico
}
Este código permite encender y apagar una serie de LEDs independientes al presionar un push button, utilizando un mecanismo de antirrebote para evitar lecturas erróneas.
**Automatización del Garaje y Tendedero (Placa 2)**
#include <Servo.h> //include servo library
//Sensor de lluvia y servomotor
Servo myservo; //define servo as servo
const int waterSens = A3;//set water sensor to A0
int pos = 0;//define servo position
//Sensor ultrasónico y servomotor
Servo ioe;
const int trig = 2;
const int echo = 3;
long tiempo;
int distancia;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
myservo.attach(A4);//attach servo to pin 9
/////////
pinMode(trig, OUTPUT);
pinMode(echo, INPUT);
ioe.attach(A0); // Conecta el servo al pin A0 (verifica compatibilidad PWM)
digitalWrite(trig, LOW);
delay(1000);
////////
}
void loop()
{
int sensorValue = analogRead(waterSens);//read the water sensor value
sensorValue = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 180);
if (sensorValue >= 20) {
myservo.write(90); // tell servo to go to position in variable 'pos'
delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position
}
else
{
myservo.write(0);
}
Serial.println(sensorValue);
delay(20);
///////
// Enviar pulso ultrasónico
digitalWrite(trig, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trig, LOW);
// Calcular distancia
tiempo = pulseIn(echo, HIGH);
distancia = tiempo * 0.034 / 2;
// Si un objeto está a 15 cm o menos
if (distancia > 0 && distancia <= 15) {
// Mover servo de 0 a 90 grados lentamente
for (int angulo = 0; angulo <= 90; angulo++) {
ioe.write(angulo);
delay(50); // Espera 50 ms entre cada grado
}
delay(2000); // Mantener posición 4 segundos
// Regresar de 90 a 0 grados lentamente
for (int angulo = 90; angulo >= 0; angulo--) {
ioe.write(angulo);
delay(50);
}
}
delay(500); // Esperar antes de la siguiente lectura
}
Este código utiliza un sensor ultrasónico para detectar objetos a menos de 15 cm y activar un servomotor que abre y cierra la puerta del garaje. Posteriormente también se utiliza un sensor de lluvia para detectar humedad y así activar un servomotor que permita ocultar un tendedero simulado a escala.
Etapa 5: Pruebas y detección de fallas
Realizamos pruebas exhaustivas para garantizar el funcionamiento de cada sistema:
- Pruebas de iluminación: Verificamos que los LEDs respondieran correctamente a los push buttons y potenciómetros, ajustando el código para corregir problemas de antirrebote.
- Pruebas de automatización: Comprobamos que el sensor ultrasónico detectara objetos con precisión y que el servomotor del garaje operara sin descalibraciones. También simulamos lluvia para probar el tendedero automatizado.
- Detección de fallas: Identificamos problemas como conexiones sueltas en la protoboard y descalibraciones en los servomotores, los cuales resolvimos revisando el cableado y ajustando el código.
Etapa 6: Presentación y Exhibición
El prototipo se presentó en una exposición escolar en el BIC No. 46, donde mostramos su funcionamiento a compañeros del plantel, alumnos de la escuela secundaria de la comunidad, docentes y miembros de la comunidad en general. La casa domótica, con su diseño atractivo y funciones automatizadas, despertó gran interés, especialmente entre estudiantes más jóvenes, quienes hicieron preguntas sobre el proceso de construcción y programación. Esta experiencia nos permitió compartir nuestros conocimientos y reforzar el valor de la educación tecnológica.
Resultados y discusión
El prototipo de casa domótica cumplió con los objetivos establecidos, integrando sistemas de iluminación, seguridad y gestión de recursos en una estructura a escala. Los LEDs, controlados por push buttons y potenciómetros, simularon un sistema de iluminación eficiente, mientras que el LED RGB añadió un toque estético al proyecto. El sensor ultrasónico y el servomotor del garaje funcionaron con precisión, abriendo la puerta al detectar objetos cercanos, y el tendedero automatizado respondió correctamente a la humedad, reflejando una aplicación práctica para nuestra comunidad.
Los desafíos técnicos, como descalibraciones en los servomotores y problemas de conexión en la protoboard, nos enseñaron la importancia de la paciencia y el trabajo en equipo. Cada error fue una oportunidad para aprender, ya que revisamos el código, ajustamos las conexiones y realizamos pruebas adicionales. Este proceso fortaleció nuestras habilidades en resolución de problemas y pensamiento crítico.
Desde el punto de vista educativo, el proyecto nos permitió aplicar conceptos de electrónica, programación y diseño en un contexto real. Aprendimos a leer diagramas de conexión, escribir y depurar código, y ensamblar estructuras físicas, habilidades que son fundamentales para nuestro desarrollo profesional. Además, el trabajo colaborativo nos ayudó a mejorar la comunicación, la gestión del tiempo y la toma de decisiones colectivas.
El impacto comunitario fue igualmente significativo. Al presentar el prototipo, inspiramos a otros estudiantes a interesarse por la robótica y la programación, demostrando que la tecnología es accesible incluso en entornos rurales. La integración de elementos culturales en el diseño, como la decoración del tendedero con ropa típica, reforzó nuestra identidad como comunidad y mostró cómo la tecnología puede convivir con nuestras tradiciones.
Conclusiones
El proyecto “Vivienda del Futuro” fue una experiencia transformadora que marcó un hito en nuestra formación como estudiantes del Componente TIIC. No solo logramos construir un prototipo funcional de casa domótica, sino que también desarrollamos competencias técnicas, socioemocionales y creativas que nos preparan para enfrentar los desafíos del mundo actual. La utilización de Arduino como plataforma de desarrollo demostró ser una elección acertada, gracias a su accesibilidad, versatilidad y potencial educativo.
Desde una perspectiva comunitaria, el proyecto evidenció que la tecnología puede ser una herramienta poderosa para mejorar la calidad de vida en entornos rurales, promoviendo la eficiencia energética y la seguridad. La incorporación de elementos culturales en el diseño nos permitió conectar la innovación tecnológica con nuestra identidad, demostrando que la educación tecnológica puede ser un puente entre lo global y lo local.
Este proyecto nos enseñó que el aprendizaje es más significativo cuando se construye, se experimenta y se comparte. Nos sentimos orgullosos de haber representado a nuestra comunidad y de haber inspirado a otros estudiantes a explorar el mundo de la tecnología. En el futuro, esperamos que iniciativas como esta se repliquen en otras escuelas con textos rurales, fomentando una educación tecnológica inclusiva, creativa y comprometida con el desarrollo comunitario.
Por último, como estudiantes del BIC No. 46, este proyecto nos mostró que la tecnología no es un privilegio exclusivo de grandes ciudades, sino una herramienta que podemos usar para transformar nuestras comunidades. “Vivienda del futuro” es más que un prototipo; es un símbolo de lo que podemos lograr cuando combinamos esfuerzo, creatividad y conocimiento. Invitamos a otros estudiantes y educadores a explorar la domótica y la robótica educativa, porque el futuro comienza en nuestras manos.
Referencias:
- Banzi, M., & Shiloh, D. (2015). Getting started with Arduino. O’Reilly Media.
- Fernández-Ballesteros, R. (2023). Evaluación de programas sociales: Fundamentos y aplicaciones en los ámbitos social y educativo. Síntesis.
- García, R. (2019). Eficiencia energética en el hogar inteligente. Editorial Tecno.
- Kerzner, H. (2017). Gestión de proyectos: Un enfoque sistémico para la planificación, programación y control. Wiley.
- López, J., & Martínez, P. (2020). Domótica e enterconectividad. Ediciones Digitales.
- Project Management Institute. (2021). Guía de los fundamentos para la dirección de proyectos (Guía PMBOK). Project Management Institute.
- Sánchez, L. (2018). Introducción a la automatización doméstica. Editorial Avances.
- Schwalbe, K. (2020). Gestión de proyectos de tecnología de la información. Cengage Learning.
Sobre los autores:
- Estudiantes del Componente en Tecnologías de la Información en Innovación Comunitaria (TIIC) del Bachillerato Integral Comunitario No. 46. Generación 2022-2025. Pertenecientes al Colegio Superior para la Educación Integral Intercultural de Oaxaca (CSEIIO).
- Docente Alan Tonatiuh López Niño. Doctor en Investigaciones Educativas, Doctor en Educación, Maestro en Pedagogía de las Ciencias Sociales, Maestro en Innovación Educativa, Licenciado en Informática. Labora en el Colegio Superior para la Educación Integral Intercultural de Oaxaca (CSEIIO).
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