sistema domótico básico utilizando la tarjeta raspberry...
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Resumen— Este proyecto consiste en la implementación a
pequeña escala de un sistema domótico básico utilizando como
controlador principal la tarjeta Raspberry pi, con el fin de
realizar el control ON/OFF de iluminación sectorizada y total por
medio de un relé electrónico. El cierre y apertura de válvulas de
agua y gas y perfiles programados para eficiencia energética.
Se realizó una investigación precisa de los desarrollos a nivel
mundial, nacional y local de la domótica, y se presenta diversos
documentos de análisis e implementaciones guiando a un futuro
lleno de la tecnología domótica.
Por otra parte se presentan ejemplos de empresas dedicadas al
desarrollo de este tipo de tecnología, características tales como
interfaces gráficas, eficiencia energética, seguridad y confort
sujeto al enfoque industrial o residencial dado por cada empresa,
presentan la diversidad y capacidad ilimitada de control de
elementos y dispositivos.
El sistema propuesto se controla por medio de una interfaz
gráfica sencilla y flexible para el usuario final, quien podrá desde
su celular o cualquier otro dispositivo con conexión a internet
controlar los sistemas anteriormente nombrados, también tendrá
la posibilidad de elegir entre distintos perfiles programados con
base al diario vivir de una persona promedio.
Toda la programación y el control inteligente fueron
desarrollados en Codesys integrando los distintos dispositivos y
direccionándolos a seguir la orden directa del cerebro del
sistema, en este caso la tarjeta Raspberry pi.
Palabras clave— Domótica, Raspberry pi, Codesys, interfaz
gráfica, eficiencia energética.
I. INTRODUCCION
Los sistemas domóticos con el tiempo han iniciado una
revolución en el mundo de la tecnología, han llegado con
fuerza para posicionarse en el mercado principalmente
industrial y tiempo acá en hogares y viviendas. Existen
diferentes tipos de sistemas programables y autónomos que
permiten al ser humano controlar diversos elementos del hogar
desde un simple clic en su computador Tablet o Smartphone, por ello en nuestro trabajo seguimos los avances tanto
nacionales como internacionales todo esto encaminado a
desarrollar un sistema domótico básico utilizando como
cerebro del sistema la tarjeta Raspberry pi y la red eléctrica para realizar el control de iluminación y acometidas de agua y
gas en un modelo a escala simulando el entorno de una
vivienda.
Por otra parte el proyecto integró ideas diversas para realizar
uso racional de la energía eléctrica, presentando distintos
perfiles accesibles y modificables por el usuario que pretenden
seguir unas subrutinas generando una disminución en el
consumo de energía eléctrica y ayudando a tener un planeta
más limpio y verde, permitiendo además que el usuario
reduzca gastos económicos; por último se buscó generar un sistema seguro y confiable que evite peligros en el hogar y
tenga respuesta en tiempo real.
II. ESTADO DEL ARTE
Durante esta sección del documento presentaremos una amplia
gama de trabajos realizados en domótica. Los cuales estarán
divididos en: confort, eficiencia tanto eléctrica como del
sistema, estándares de comunicación y protocolos, calidad,
proyecto de bajo costo y seguridad. Iniciaremos con los trabajos domóticos basados en la
búsqueda del confort del usuario:
La población de edad está creciendo a un ritmo
considerablemente más rápido que el de la población total del
mundo. En términos absolutos, el número de personas de edad
se ha triplicado en los últimos 50 años y más del triple de
nuevo durante el próximo período de 50 años. Las profundas
consecuencias duraderas de la población de edad avanzada
presentan enormes retos, así como enormes oportunidades
para la Sociedad de la Información Tecnología. La Organización Mundial de la Salud define la independencia
como la capacidad de realizar las actividades de la vida diaria
con poca o ninguna ayuda de los demás. En general, se
considera que tiene un impacto positivo en la calidad de vida.
La salud, el deterioro y el funcionamiento son determinantes
muy importantes para los sistemas de vida.
Aplicaciones o servicios son para maximizar la potenciación,
la independencia y la productividad de las personas y sus
integraciones y la inclusión en la corriente principal de la
sociedad. Dos opciones se presentan aquí. En primer lugar
para proporcionar ayudas para mitigar la pérdida de la
independencia y la segunda potenciar las condiciones que
Sistema domótico básico utilizando la tarjeta
Raspberry pi (Junio 2016)
Leonardo Barrera D., Carlos Cifuentes D.
Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad tecnológica
Tecnología en electricidad
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Figura 1.Esquema de categorías del sistema domótico [1]
hacen que una persona siga siendo independiente. Este
segundo enfoque es el adoptado por el Proyecto Integrado de
OASIS.
Su objetivo es desarrollar una aplicación multi-sistema que va
a permitir y facilitar la interoperabilidad, la conectividad y el
intercambio de contenidos entre diferentes servicios y
ontologías, que abarca la población de edad avanzada cuenta
todas las investigaciones anteriores, OASIS propone un
enfoque innovador de la integración de muchos AAL a
habilitar aplicaciones de vida independiente mediante el uso
de un conjunto común de ontologías interconectados. En este papel, el concepto y la evolución de pertinencia para ayudar a
las personas mayores para gestionar eficientemente su entorno
familiar. [1]
Una unidad central basado en Arduino se hará cargo de
recoger la información de sensores (humedad, iluminación).
Al mismo tiempo realizar el control de sistemas automatizados
como las medidas de irrigación o de seguridad con acceso a
una cámara con conexión a internet.
El acceso a redes móviles por 3G termina siendo muy costoso,
lo cual se puede solucionar con otros dispositivos como viejo
transmisores de radio que son baratos y tiene un alcance mínimo de 2 Km. [2]
Al aumento de la tecnología y sus avances se observa una
notable reducción en las oportunidades de trabajo para
personas de la tercera edad, por lo cual ellos permanecen
mucho más tiempo en sus hogares y por ende piden una mayor
calidad en los servicios de atención.
Por lo cual las autoridades holandesas permiten el
mejoramiento de los hogares de las personas de la tercera edad
y mediante una aplicación de información entre la casa y la
automatización se apoya a las personas en su vida diaria. Se debe implementar un centro de llamadas que se convierta
en el centro del sistema para transmitir las solicitudes y
alarmas de los usuarios hacia las otras partes involucradas en
el proceso de atención médica.
Para asegurar que los costos sean aceptables, se debe utilizar
los servicios disponibles de las redes públicas. Se provee de
redes de apoyo ya que una sola red no proporciona la
disponibilidad requerida, el sistema de atención central debe
tener una interconexión de todos los servicios en la red
pública.
Figura 2.Descripcion general del sistema para un jardín
urbano [2]
3
Figura 3.Diagrama de red del servicio de atención a personas ancianas [3]
Se necesita de una red que pueda proporcionar la suficiente
capacidad para transportar el tráfico de video chat en ambos
puntos de la red, por último se plantea una red de copia de
seguridad fiable, debido a que una interrupción en las redes puede tener graves consecuencias y sin importar la magnitud
de la conexión se busca una solución de bajo costo. [3]
La domótica tiene que hacer uso de las modernas tecnologías
para reducir los esfuerzos humanos, así como ahorrar energía.
Este documento se centra en el desarrollo de un sistema
integrado domótico que se utiliza como control remoto
estándar, la temperatura, la humedad y la pantalla táctil como
un dispositivo de interfaz de usuario. El inconveniente en el
control de los dispositivos domésticos ha sido resuelto por este
sistema de automatización del hogar, el sistema de
automatización propuesto tiene diferentes características atractivas que combinadas con ciertos detalles hacen que no se
encuentre muy a menudo en otros sistemas de automatización
del hogar, esto ofrece un bajo coste, completo y eficiente
sistema de operación remota de una habitación. Además, la
programación está diseñada pensando en grande ya que puede
aplicarse para controlar todo tipo de aparatos instalados de
forma automática como edificios, empresas, escuelas,
hospitales, etc.
El proceso de diseño de un sistema de automatización del
hogar se presenta en este documento.
El controlador consiste en el control remoto, pantalla táctil, sensor de temperatura y humedad, regulador de velocidad,
micro controlador, etc. De acuerdo con la orden del usuario a
través del mando a distancia o de la pantalla táctil, todos los
aparatos electrodomésticos se pueden controlar remotamente.
El sistema también puede funcionar con modo automático
mediante la detección de la presencia de ser humano en la
habitación. Se pueden encender y apagar los aparatos según
las instrucciones programadas previamente. También se puede
regular la temperatura de la habitación mediante el aumento o
la disminución de la velocidad del ventilador. Este sistema se
puede tener más aplicabilidad mediante la adición de un
potente módulo de WSN y GSM para controlar el dispositivo de forma remota o para monitorear el estado.
El sistema es muy útil para uso comercial, la aplicación se
puede instalar en salas comerciales grandes de oficina con el
fin de mantener la temperatura adecuada en la sala y también
para reducir el desperdicio de energía. [4]
Figura 4.Diagrama de los elementos del sistema presentado
[4]
Se identificaron barreras críticas para mejorar constantemente
como: el alto costo de propiedad, la falta de flexibilidad, mala
administración y la dificultad para lograr la seguridad. En la
investigación también se vio las preferencias de las personas
con respecto a la domótica que querían como: comodidad,
tranquilidad y gestión centralizada.
Las tecnologías más populares que fueron encontradas son:
X-10
Stargate
4
Z-wave
Insteon
Crestron El trabajo se centró en una investigación completa sobre
domótica realizando entrevistas a personas que ya llevan
tiempo usando los sistemas, para conocer su opinión sobre qué
beneficios y errores tiene los sistemas domóticos que usan, Se
le pregunto varios temas específicos de aplicación domótica:
seguridad
iluminación
energía
control climático entretenimiento
Riego de jardines
Las personas entrevistadas llegaron a unas necesidades claras
que debe ofrecer la domótica:
Tener la tranquilidad de saber lo que sucede en el hogar
optimizar la energía, para una ecología consciente,
experimentar momentos específicos para cada habitación,
entretener e impresionar a los demás como anfitrión,
personalizar la automatización del hogar y hacerlo más familiar y que no sea simplemente un control rígido. [5]
Figura 5.Aplicaciones populares en los proyectos de
automatización del hogar [5]
Este proyecto se plantea para ayudar a las personas con
impedimentos físicos para ayudarles a controlar los aparatos
eléctricos de su casa, por medio de comandos de voz a través
de un computador o un dispositivo portátil. La navegación en
la pantalla mediante comandos de voz y la automatización
inalámbrica permite que las personas en sillas de ruedas o que perdieron sus manos en un accidente puedan controlar las
cargas eléctricas como una persona normal
Para la necesidad de que el usuario estuviera en la plena
seguridad de que el equipo que activo o desactivo recibió la
orden y cambió su estado, se hizo necesario realizar las
pruebas de falla en el extremo de la carga ya que en otro
diseño que se planteó obtener el estado de la carga en el
extremo del controlador del usuario podría indicar datos
erróneos, en momentos que la fuente de alimentación se
desconectará o el cableado de la carga estuviese fallando.
En la conexión inalámbrica se utilizó el protocolo ZigBee de
bajo costo para la transmisión de los datos ON/OFF, para
proporcionar seguridad en la autentificación se usó la red
RFID que restringe el ingreso a la aplicación de personas no autorizadas. [6]
Figura 6.Transmision inalámbrica de datos de PC a PC [6]
La mayor diferencia entre un sistema basado en un PDA y un
ordenador es el rendimiento del procesador, aunque el PDA es
10 veces más barato y consume menos energía, su rendimiento
es inferior y requiere algoritmos simples para funcionar.
El sistema de servidor desempeña el papel de puente entre el
Robot y el sistema de monitorización remota. [7]
Figura 7.Diagrama de flujo del sistema basado en el control
PDA [7]
5
El objetivo central de la domótica es presentar una
automatización eficiente y una integración conveniente de los
aparatos del hogar a las necesidades del usuario, el enfoque de
este proyecto es presentar un sistema neuro-difuso bajo el
mando de Matlab y Simulink que se auto-adapta a la casa y al
estilo de vida de los ocupantes.
Se tiene en cuenta que muchas personas aún no conocen las
nuevas tecnologías y su experiencia con un ordenador es
mínima entonces el sistema auto-adaptable debe ser capaz de
almacenar la información y preferencias del usuario e ir
optimizando automáticamente sus tareas. Para la interacción
del usuario con el sistema se tiene en cuenta cuatro niveles de
experiencia:
Visualización de la instalación
Configuración gráfica
diseño de configuración de red
funciones macro de programación para la gestión
La base de este trabajo es Matlab el cual cuenta con un grupo
de herramientas específicas de red neuronal que proporciona
un ambiente de desarrollo y simulación de redes neuronales,
también se usó la herramienta de lógica difusa con una gráfica
del entorno para el diseño del sistema. La red neuro-difusa
controla los dispositivos adaptables, después de la
inicialización en el que se establece las reglas de trabajo, el
sistema vigila a los habitantes en el control de dispositivos en
cada acción de controlar un aparato específico. Por ejemplo al
aumentar la temperatura por el control del calentador de una
habitación, se detecta la orden en el sistema, se ejecuta la
orden y este cambio prevalece como valor de control y se
almacena en la base de datos de cada usuario específico. [8]
Figura 8.Modelo genérico de un controlador neuro-difuso [8]
Este documento está contenido por la información de
comprensión abstracta, o EUI. Una de las mejores técnicas
para el uso de sensores multimedia económicos para realizar
un seguimiento de forma autónoma humana y visualizar como
se presentan los seres.
Una secuencia de imágenes en color capturadas desde una
cámara de vídeo se procesa en tiempo real para determinar las
ubicaciones de destino. Estos datos pueden usarse para guiar
una cámara de giro, inclinación y zoom controlada por
ordenador, y puede estar fusionado con información de sonido
para determinar la ubicación de una persona que habla. Estas capacidades son la base de lo que llamamos la interfaz
Understanding Environment, un nuevo paradigma para la
interacción hombre-máquina.
Las aplicaciones incluyen automatizados videoconferencia,
seguridad / vigilancia, automatización del hogar, y la
asistencia a los discapacitados. Un prototipo de este sistema ha
sido implementado en un PC multimedia convencional que se
ejecute OS / 2.
Multimedia promueve nuestra comprensión de la información
mediante la explotación de nuestros sentidos de la visión y
audición, al mismo tiempo. Para grabar digitalmente datos
multimedia, que utilizan cámaras de vídeo, tarjetas de captura de vídeo y tarjetas de sonido. Rara vez es interpretado esta
información por la computadora para tomar conciencia de su
entorno. Pero teniendo en cuenta el software adecuado, los
ordenadores pueden interpretar y reaccionar a los
acontecimientos en el mundo real. Esto conduce al importante
avance más allá del estado actual de los recursos humano, la
interacción con las máquinas-sensoriales.
Este documento se centra en el uso de dispositivos
multimedia, en especial de captura de vídeo, para el
seguimiento de la ubicación de los seres humanos. Tal
habilidad es un paso esencial en la evolución de un nuevo paradigma de la interacción hombre-máquina que llamamos el
objetivo Medio Ambiente de la EUI es proporcionar
aplicaciones informáticas futuras con la capacidad de ver, oír
y hablar con los seres humanos a través de una extensión del
subsistema multimedia. Este nivel de conciencia en el mundo
real permitirá que las aplicaciones tales como el control
automático de los equipos de videoconferencia, seguridad
inteligente y vigilancia sistemas, sistemas de automatización
de viviendas y edificios-humanos amigable y servicios
automatizados para discapacitados.
Figura 9.Hardware de sensor y procesamiento [9]
6
Gran parte de esto ya es posible con el hardware de PC
disponible, pero no se ha explotado en el software. Esto
cambiará a medida que las plataformas de soporte multitarea
preferente de 32 bits multitarea y los productos de consumo
multimedia. Tales como automóviles, teléfonos, y el
"Clapper," proporcionar una interfaz de usuario específica de la aplicación. Un teclado de ordenador y el ratón son
específicos a las necesidades de la mayoría de las aplicaciones
de texto y gráficos. Multimedia datos de los sensores, tales
como entrada de sonido, también se utiliza de una manera muy
específica de la aplicación; es decir, el reconocimiento de voz
con dictado. Este tradicional énfasis en los requisitos de
aplicación inmediata no conduce a capacidades más
sofisticadas, genéricos para la percepción de la máquina. [9]
Figura 10.Arquitectura global del sistema multimodal [10]
Aplicación basada en la comunicación multimodal para
mejorar la autonomía de las personas con discapacidades
cognitivas en apartamentos especiales equipados con
domótica. El sistema de autentificación se encarga de
comprobar la identidad del usuario y cargar la configuración
correcta y adaptar la interfaz basada en el perfil de usuario que
está interactuando con el sistema. Se usan dos elementos para
la interacción entre los dispositivos domóticos y la aplicación,
los cuales son un bus Konnex que recoge la información
procedente de cada dispositivo y una red local (Ethernet) para
el transporte de datos dentro del apartamento.
La conexión entre LAN y el bus es bidireccional, tanto para
enviar comandos y para adquirir datos procedentes de
dispositivos remotos. El sistema también es ampliable sin
necesidad de nuevo cableado a través de dispositivos
inalámbricos que usan protocolos Konnex o Zigbee. El
sistema proporciona cuatro módulos diseñados para ayudar a
las personas con discapacidad cognitiva para llevar a cabo sus
actividades:
La comunicación
Agenda
El dinero
seguridad en el hogar
El principal problema que presenta el sistema es que es
demasiado complejo para permitir la descarga de autogestión
y la instalación de usuarios potenciales en internet, debido a la
cantidad de diferentes componentes conectados al software.
En la aplicación domótica es necesario realizar un archivo
XML que contiene una lista de todos los dispositivos presentes
en el apartamento y también proporciona un mapa que
reproduce la planimetría de su ubicación. [10]
La idea principal de este trabajo es mejorar la experiencia de
personas con discapacidad motora y personas con
característica especiales (zurdos) en su entorno diario, y hacer
más fácil el desarrollo de las tareas diarias que se les
dificultan.
La interfaz que se desarrolló tenía que ser simple, sencilla de
manejar y ante todo debe tener usabilidad y accesibilidad
completa para el usuario, para validar esto se contó con un
equipo de trabajo de especialistas en usabilidad, terapeutas
físicos y usuarios de la fundación Teletón
La herramienta debe ser capaz de satisfacer las necesidades de
los usuarios y ajustarse al perfil del usuario:
El usuario debe ser consciente y capaz de realizar la
tarea
Se debe tener en cuenta el grado de movilidad del
usuario para así mismo diseñar la interfaz.
El entorno social en el que se encuentra el usuario se
debe disponer a la interacción entre la persona y la
interfaz. [11]
Figura 11.Interfaz del prototipo realizado [11]
En este documento se presenta una investigación para la
mejora de la calidad de la vivienda de los ciudadanos de la
tercera edad por medio de la integración de la Domótica en el
diseño arquitectónico, esta integración se busca por medio de
la combinación de la tecnología, la vivienda y suplir las
necesidades del usuario. Ahora no solamente se analiza la
adecuación de los hogares para personas ancianas, también se
piensa en aquellas que su casa es su lugar de trabajo
(teletrabajo), la comunicación a distancia y el recurso de
7
atención en los servicios públicos. A un solo clic y con un
mínimo esfuerzo.
La domótica presenta unos problemas de estereotipos para las
personas mayores que deben ser subsanados:
Se ve a la domótica como un aspecto industrial en que una
cantidad de artefactos va a reemplazar la naturalidad de realizar las tareas en casa, se ve perdida del hogar acogedor.
Piensan que la domótica aún está en procesos de estudio y no
desean que sus hogares se transformen en un lugar de pruebas.
Finalmente ven a la domótica como un cambio de diseño de la
casa, no como una ayuda que se va a adaptar a las exigencias y
necesidades de cada persona
Como conclusión final del trabajo es que antes de implementar
el sistema domótico se debe realizar un estudio detallado de
las necesidades de la persona mayor y que este sea la base de
la aplicación domótica, se debe buscar un equilibrio propio
entre las actividades que los ancianos pueden realizar por sí
mismos y aquellas que necesitan apoyo de la tecnología. [12]
Figura 12.Sistema domótico implementado [13]
En este documento se presenta la propuesta de un proyecto
domótico el cual instalado en un hogar promedio se realizará
el control de iluminación de la vivienda, sistema de alarma y
una instalación de cámaras de seguridad las cuales podrán ser
monitoreadas desde un servidor web. Este servidor web también cumplirá las veces de interfaz gráfica para que el
usuario se encargue del control de los dispositivos.
Para el envío y recepción de las señales se implementará un
dispositivo que contenga un módem con conexión por cable o
conexión inalámbrica el cual procesa la orden y la envía al
hardware que sirve de control para los sistemas planteados.
Luminosidad: se medirá la luz interior o exterior que
le llega a una habitación y dependiendo de este valor
se tomarán las órdenes de control programadas. por el
usuario.
Alarmas: Se implementa un circuito que realiza la apertura y cierre de puertas y ventanas, e informara si
la activación fue autorizada.
Video: Cámaras IP que enviaran las imágenes al
servidor web.[13]
Figura 13.Esquema del proceso domótico utilizado en el
proyecto [14]
La población de edad avanzada en el mundo está aumentando
de manera indiscriminada y por lo tanto también lo es la
demanda de nuevas tecnologías que les permitan vivir de
forma independiente. Facilitar el control de los aparatos
electrodomésticos y el ambiente del hogar a través de diversos
dispositivos que abarcan las interfaces multimodales y
ambiente parece una forma de lograr esto. Probamos tres
modalidades de salida - de audio, visual y multimodal -
utilizando dos dispositivos diferentes - portátiles y de bolsillo -
prototipos realistas de los controladores de electrodomésticos.
A través del diseño experimental se investigó la aplicabilidad
Del uso de iconos y earcons arte como un medio para transmitir información al usuario y su idoneidad para el hogar.
Los resultados mostraron que los participantes realizaron
notablemente mejor uso de las interfaces multimodales y
visuales que con la interfaz de audio.
Además ambos grupos realizan mejor usando el ordenador de
bolsillo en comparación con el ordenador portátil. Los
resultados de los experimentos mostraron que la interfaz
multimodal era una manera apropiada de la entrega de la
información solicitada al usuario. Teniendo en cuenta las
ventajas que ofrece el enfoque multimodal sobre la modalidad
visual, le recomendamos dar prioridad a la opción anterior. En un entorno real, creemos que los usuarios de edad avanzada se
beneficiarían en su vida diaria desde un dispositivo que utiliza
una interfaz multimodal para el control de los aparatos en su
hogar, mientras que los usuarios han encontrado dificultades
para recordarla.
Con cada dispositivo, los resultados muestran que no obstante
facilitar el reconocimiento y tiempos de respuesta genera
mejores resultados. La casa se puede hacer más segura para
los residentes si se ha instalado un controlador de
electrodomésticos multimodal. A partir de las observaciones
hechas después de la prueba estaba claro que la portabilidad
del ordenador de bolsillo ofrece una gran ventaja para los usuarios de edad avanzada. Se ofrece un acceso rápido y ser
portátil aumenta la sensación de seguridad para los
participantes de mayor edad. También ofrece el mejor
rendimiento en conjunto con la condición multimodal. [14]
8
Figura 14.Integracion de los sistemas en el proyecto domótico. [15]
La domótica hacer parte de nuestra vida como hemos venido
notando después de realizar una gran investigación y
recopilación de investigaciones que promueven y pretenden
compartir sus ideas, desarrollos, problemas y otros factores
que aparecen en la domótica, un gran ejemplo de una artículo
es el siguiente: cuando la gente pide un coche nuevo, suelen
invertir una buena cantidad de dinero en accesorios
electrónicos, que ofrecen mayor comodidad. Algunos extras,
como el control climático, ya se consideran estándar. Para otros extras, tales como sistemas de navegación o de
entretenimiento, parece que hay casi no existen límites en
cuanto al dinero que se puede gastar en la funcionalidad
adicional o aparatos. Si lo comparamos con el equipamiento
de una nueva casa, es bastante improbable que alguien va a
pagar una proporción similar de dinero para añadir mejoran la
comodidad sobre todo si vemos esto en relación con el precio
de todo el edificio. Sistemas domóticos sólo se encuentran en
costosos hogares.
Si nos esforzamos por un mayor uso de este tipo de sistemas
de automatización y control de instalaciones, una importante idea radica en la forma en que un usuario accede a su
funcionalidad. Además del objetivo evidente de gran facilidad
de uso, también de forma ubicua está disponible "todo en
uno", en este trabajo, por lo tanto, estudiamos auto casa móvil
mación, un campo que emerge de una integración de muchas
plataformas de aplicaciones de bilis y tecnodomótica, se ocupa
de la acceso ubicuo a sistemas de automatización. Se discuten
algunas aplicaciones que hacen factible si nos "conectamos"
en estos dos mundos, y trabajar sobre los retos que se plantean
en el diseño de este tipo de aplicaciones. Éstas incluyen las
siguientes preguntas de investigación:
¿Cómo podemos hacer frente a la contradicción
inherente entre la complejidad del sistema que
queremos al control, es decir, la casa con todos sus
electrodomésticos y su función conjuntos, por otra
parte las capacidades de interacción limitado de
dispositivos móviles que queremos utilizar como una
interfaz de usuario (UI) para controlar estos sistemas?
¿Cómo debemos estructurar nuestra arquitectura, de
manera que podemos integrar una gran variedad de
servicios de fondo y tener un acceso constante a sus
servicios?
No podemos construir un estándar pre configurado la
aplicación debido a la variedad de casas con
estructuras e instalaciones de construcción, etc.
Entonces, ¿cómo hacer que la aplicación tenga que
ser personalizada para cada instalación?
Para entender mejor estos desafíos, y como fuente para una
discusión bien fundamentada, hemos diseñado e
implementado un prototipo de aplicación, REMOTILE, lo que
vamos a demostrar en la segunda mitad de este papel. Esta investigación y la discusión de aplicación aspectos de cationes
son significativas, ya que nos permiten entender mejor los
factores de éxito relacionados y las implicaciones para
posibles proveedores de servicios similares. Consideremos en
primer lugar algunos aparatos eléctricos y electrónicos que se
pueden instalar en una casa o apartamento, tal como luz,
calefacción, entretenimiento para el hogar, persianas
motorizadas, sistema de teléfono o dispositivos de seguridad.
Ahora imaginemos que un usuario de nuestro sistema podría
controlar todas estas funciones de forma remota desde su
teléfono móvil convencional, mientras está en el trabajo o en
la carretera. [15]
La domótica promete una mayor comodidad para la vida
residencial. Proponemos basada en procesos de
automatización del hogar como un enfoque para reducir la
dificultad de especificar las tareas de automatización, sin
restringir a los usuarios en cuanto a la personalización y la
complejidad de los escenarios compatibles.
Nuestros resúmenes de interfaz de usuario basada en el gráfico
de la complejidad de la especificación del proceso, mientras
que las secuencias creadas se convierten automáticamente en
código para su ejecución. Nuestra arquitectura homeblox extiende un motor de procesos con las capacidades para
comunicarse con dispositivos inteligentes heterogéneos,
integrar dispositivos virtuales y soporte para diferentes
protocolos de automatización del hogar. Se presenta en las
pruebas iniciales de los usuarios con nuestra interfaz de
automatización y demostrar la capacidad de personalización y
la expresividad de nuestro sistema basado en casos de uso de
ejemplo realizado.
La domótica tiene como objetivo mejorar el confort del
alojamiento residencial mediante la interconexión de
dispositivos del hogar. Sin embargo, las investigaciones
9
existentes y plataformas comerciales tienden a ser ambientes
cerrados con dispositivos o protocolos adaptados
específicamente. La mayoría de los sistemas han de ser
establecido por un especialista o requieren unos amplios
retoques por usuarios apasionados, debido a la heterogeneidad
de los dispositivos y los protocolos disponibles. Sistemas domóticos actuales se enfrentan al dilema de proporcionar ya
sea para aplicaciones utilizables con control individual algo
limitada o controles altamente flexibles pero complejos.
Proponemos orientada a los procesos de automatización del
hogar como un enfoque para facilitar la automatización del
hogar utilizable, sin embargo, altamente personalizable.
Nuestra homeBLOX systemcombines una arquitectura
modular para una integración flexible de dispositivos
heterogéneos y protocolos con una abstracción gráfica que
simplifica la configuración de las tareas de automatización del
hogar como los procesos, mientras que el apoyo escenarios
complejos que exceden los enfoques basados en reglas existentes. [16]
Figura 15 Secuencia de automatización para el control de
diversos dispositivos. [16]
La inteligencia ambiental es un paradigma nuevo y excitante
de la tecnología de la información, estos retos son fortalecidos
a través de un entorno digital que es consciente de su
presencia y su contexto y es sensible, adaptable, se
caracterizan por su ubicuidad, transparencia, y la inteligencia.
En estos ambientes, una multitud de sistemas embebidos
interconectados, invisibles, perfectamente integrado en el
fondo, rodean el usuario. El sistema más utilizado reconoce a
las personas que viven en ella y programas por sí misma para
satisfacer sus necesidades, aprendiendo de su comportamiento.
Para realizar la visión ambiental y de inteligencia, las personas
deben ser capaces de utilizar sin problemas y discretamente y
configurar los artefactos y sistemas basados en computadoras
en sus entornos de computación ubicua sin ser cognitivamente
ayudado, el usuario no debería tener que programar cada
dispositivo o conectarse juntos para lograr la funcionalidad
requerida. La complejidad asociada al número, variedades y
usos de los artefactos basados en computadoras requiere que
diseñamos un sistema que permite la inteligencia desaparecer
en la infraestructura de los espacios activos (tales como
acumulaciones, centros comerciales, teatros y casas), y el
aprendizaje para llevar a cabo las tareas cotidianas basadas en
el comportamiento habitual de los usuarios.
Nuestro trabajo se centra en el desarrollo de técnicas de
aprendizaje y adaptación para los agentes incorporados.
Buscamos proporcionar toda la vida de aprendizaje
personalizado en línea, de control adaptativo anticipatoria
hacer realidad la visión de inteligencia ambiental en entornos
de computación ubicua. Hemos desarrollado el dormitorio
inteligente Essex, o iDorm, como un banco de pruebas para
este trabajo y un ejemplo de este enfoque. [17]
Figura 16. Lectura de actividades programadas en el
proyecto. [17]
A continuación empezaremos a tratar los artículos domóticos
que tratan la eficiencia energética:
A medida que pasa el tiempo hemos visto como los sistemas
tecnológicos se están convirtiendo en parte fundamental de
nuestra era, cada día se generan desarrollos en infraestructura
inteligente pensando en el confort y seguridad, dichos sistemas se basan en la interacción del usuario con su entorno a partir
de una interfaz que posea un fácil acceso y control de distintos
dispositivos del hogar u otros lugares, en el sector comercial
existen diferentes tecnologías que ya se están implementando
en hogares por ejemplo, Z-Wave, Zigbee y X10. En este
proyecto se hizo un análisis de la tecnología Z-Wave ya que
posee ciertas características que permiten el control de
dispositivos en distintos campos de la tecnología como la
administración correcta de la energía, seguimiento y sistemas
de seguridad entre ellos los sistemas de gestión de desastres, el
interés por preservar y tener un uso racional del consumo de energía eléctrica por un planeta más limpio y verde, también
genera un beneficio al usuario por la reducción de costos por
gastos energéticos, este trabajo analizó el consumo de energía
tomando un hogar estándar usando electrodomésticos junto a
otros dispositivos y muestra las ventajas de ahorro en términos
de energía consumida y el costo que trae un sistema domótico.
El objetivo de este estudio es medir la conservación de la
energía utilizando un sistema domótico con tecnología Z-
Wave.
Se idearon varios escenarios que podrían ser utilizados para
demostrar el potencial de gestión de la energía por medio del
sistema domótico. Los escenarios ideados se basan en una casa estándar de cuatro ocupantes y tomando secciones
específicas de la casa. El total de horas que un aparato se
enciende o se apaga durante el período de un año, depende
directamente de las 4 estaciones climáticas en un año. Los
10
escenarios en la puerta de enlace está desactivada incluyen
períodos de negligencia humana en el que el desperdicio de
energía es más común. En cuanto a las situaciones en las que
la puerta de entrada inteligente es permitida, la cantidad de
tiempo que los dispositivos están conectados, atenuado o
apagado incluye la información que se transmite por sensores conectados a la red. El experimento fue llevado a cabo para
medir el consumo de energía de cada dispositivo dentro de la
casa, cuando el sistema de automatización del hogar era
encendido y para cuando se apagó. Empezaron a medir el
consumo de energía de los dispositivos individuales y luego
se procedió a la medición de la cantidad total de energía
consumida en un día con el sistema de automatización del
hogar deshabilitado para dar una medición precisa del uso de
la electricidad en un hogar. A continuación, se mide la
cantidad total de energía que se requiere en un día para una
casa con la puerta de entrada inteligente activada. El
experimento se repitió para los otros escenarios que se encuentran en diferentes estaciones climáticas. Los factores
que se tienen en cuenta, en la medición de la energía
consumida incluían la cantidad y el tipo de dispositivos
activados durante el estudio, así como la activación y
desactivación del mismo.
En este proyecto se realiza una comparación entre el hogar sin
sistema domótico y el hogar con sistema domótico se realiza
una diferencia entre consumos en KWh y también cuánto
dinero se ahorra el usuario utilizando la interfaz domótica, el
análisis se realizó durante un año y está demostrando que por
descuido humano se suele dejar encendido cualquier electrodoméstico, el sistema domótico está diseñado para que
distintos tipos de sensores envíen una señal al mando central y
esté genere activación del actuador que encenderá o apagara
los dispositivos encendidos generando en su totalidad un
18,97% de ahorro energético en todo el hogar [18].
Figura 17. Diseño de control general del sistema domótico
aplicado. [18]
Otro gran ejemplo es el diseño e implementación de un
sistema en una vivienda, con anti intruso y medidores de
monitoreo explicado en seguida:
La integración de la pasarela OSGI con el integrador de
medidores inteligentes NILM, mejora las funcionalidades de
un enlace de entrada y proporciona información de los estados
de los electrodomésticos y su consumo de energía individual.
Los servicios SANETs reúnen los datos ambientales
(temperatura, humedad, iluminación) y eventos (movimiento,
presencia de humo) en tiempo real de los sensores y cambia
los estados del funcionamiento de los aparatos o envía
comandos a los actuadores.
Para la integración se implementan ciertos pasos.
Pre-procesamiento de los datos recogidos de los
sensores por el enlace de entrada.
La cartografía en un patrón secuencial para el
problema de asociación.
Se transforman los patrones secuenciales que se
producen con frecuencia en la asociación de sensores.
EL enlace de entrada es equipado con un coordinador ZigBee
y un controlador para la comunicación con los sensores y
actuadores. [19]
Figura 18. Arquitectura del sistema domótico propuesto. [19]
Uno de los trabajos que más se asemeja al nuestro por el tipo
de estructura utilizada es el siguiente: En este trabajo, se hace uso de técnicas de automatización del
hogar para diseñar e implementar un control remoto,
energéticamente eficiente y altamente compatible con una
Smart Home básica, posee características que salvaguardan la
comodidad y seguridad de los residentes. El sistema consiste
en una red compuesta por sensores y actuadores conectados al
cerebro del sistema para obtener información y
respectivamente, controlar el entorno de la casa. Como
controlador central, se utilizó un micro controlador Arduino
que se comunica con una aplicación para Android, y muestra
la interfaz de usuario. El sistema reúne tanto Zigbee
inalámbrica como tecnologías cableadas X10, por lo que es un sistema híbrido rentable. Los eventos pueden ser programados
para ser activados bajo condiciones específicas, y esto puede
tener un gran papel en la reducción de la energía total
consumida por algunos electrodomésticos. Por otra parte, el
sistema puede sugerir la programación de tareas inteligentes.
El algoritmo de planificación que se desarrollo es una
heurística para el problema de los recursos limitados-
programación (RCPSP) con la función de fusionar tanto la
redistribución de recursos como la finalización de tareas
programadas.
11
En un mundo que está más automatizado, las casas
inteligentes están adquiriendo más atención por el hecho de
ser más autómatas y prácticas. Mientras que muchas
instalaciones industriales se han trasladado a sistemas casi
totalmente automatizados, sólo hay unas pocas casas que están
siendo controladas, debido al alto costo de tales sistemas. La domótica debe ser más accesible ya que no requiere una
tecnología increíblemente avanzada y por lo general se puede
implementar con dispositivos desde la plataforma. Dado que
los dispositivos se vuelven más inteligentes, una gran cantidad
de esfuerzo está dirigido a la automatización de muchas de
nuestras actividades del día a día de una manera relativamente
fácil. Hoy en día ya se pueden controlar los aparatos ya sea a
través el cableado eléctrico existente de la casa, o el uso de
una red inalámbrica. De hecho, los usuarios están utilizando
aplicaciones móviles en sus celulares para controlar sus casas
desde lejos.
El uso de un teléfono móvil. Además, de la explotación de tales tecnologías pueden contribuir a un planeta más verde; y
mucho más eficiente energéticamente y será capaz de
gestionar adecuadamente sus recursos energéticos, a
continuación, esta característica es esencial para un futuro más
seguro y saludable.
El objetivo del proyecto consiste en diseñar e implementar una
casa controlada remotamente y eficiente energéticamente.
Utilizaran en su sistema una Tablet de bajo costo con Android
para mostrar la interfaz gráfica de usuario, y un micro
controlador Arduino con conectividad con los dispositivos de
la red de casa. La Tablet es el componente en el que desarrollaran una aplicación fácil de usar, el portal de la red de
la casa (Ya sea de forma remota o localmente a través de la
conexión inalámbrica directa a la base local). El sistema
propuesto utiliza la red en la casa y hace uso de ambas
configuraciones inalámbrica Zigbee y tecnologías cableadas
X10, por lo que es un híbrido y sistema flexible. Zigbee
asegura la fiabilidad del sistema de control y X10 permite la
integración de los controladores de bajo costo para optimizar
el coste global del sistema (X10 accionadores el más barato,
aunque no el más fiable). Con el uso adecuado de los sensores,
el usuario puede controlar su casa en tiempo real (displays
para el consumo de energía, nivel de agua, temperatura interior...).
Figura 19. Diagrama general del control remoto. [20]
Esta información ambiental es también utilizada por el sistema
para activar tareas que el usuario personaliza para la gestión
inteligente de la energía y la reducción de desperdicio energía.
Además, algunas casas pueden poseer generadores
independientes o fuentes de energía renovables las cuales
pueden estar sujetas a restricciones de los límites de potencia instantánea.
Es ahí donde la programación de tareas automáticas puede
desempeñar un papel importante en el objetivo de minimizar
el consumo de energía, y por otra parte el objetivo de reducir
costos (si los precios de energía varían en diferentes
momentos del día).Su resultado será presentar un algoritmo
heurístico para la programación de tareas básicas en tiempo
real e involucrando el costo de esa potencia consumida [20].
Figura 20. Protocolos y comunicación domótica vía lan. [21]
La solución que presentamos en este artículo utiliza protocolos
domóticos cableados EIB (European Installation Bus) y
comunicación inalámbrica Zigbee como principales
tecnologías para comunicarse con electrodomésticos en el
hogar, pero se propone una red basada en protocolo de
comunicación IP entre el controlador principal (módulo
domótico) y el resto de los ordenadores locales incorporados y
el equipo remoto.
El límite entre un sistema que ayuda a los usuarios con las
tareas diarias, y uno que realiza acciones automáticas
indeseadas, puede ser estrecho. Y es por esto que es necesario
identificar las necesidades del usuario para soluciones de
automatización del hogar. Los requerimientos del usuario
generalmente se dividen en los siguientes grupos:
Automatización eficiente de las tareas rutinarias.
12
Figura 21. Diagrama domótico de control del módulo HAM. [21]
Seguridad de los sistemas de automatización.
Facilidad de uso.
Acceso local y remoto.
Tele monitoreo.
Costo y flexibilidad del sistema. [21]
Aunque en la domótica se ha logrado grandes avances no se ha
tenido en muy en cuenta los cambios ambientales entre las
habitaciones que se van a automatizar en lo que respecta a
aspectos prácticos, ya que los sistemas domóticos están
concebidos para cumplir funciones comunes y no las
específicas de cada habitación.
Últimamente se busca que los nuevos sistemas domóticos sean
lo más baratos posibles, aquí se presenta unas opciones para
lograrlo: utilizar el software de desarrollo más barato, usar
ingeniería no recurrente (NRE), reutilizar el firmware de
código abierto cada vez que sea posible y reducir los recursos
de mano de obra. Para que los nuevos sistemas sean capaces
de funcionar con los ya existentes en el mercado deben de
estar equipados con las interfaces de comunicación más
comunes (USB, Ethernet, RS232) y ser capaz de responder a
consultas dentro de las restricciones del tiempo real. Otra
característica importante de los sistemas domóticos es que
deben desarrollarse para ser fiables y seguros para evitar
cualquier acceso externo no deseado, mediante el uso de
software para supervisar, proteger las tareas críticas de todos
los accesos externos, y evitar choques en la tareas que podrían
comprometer la seguridad. Una manera de reducir el impacto
ambiental es señalización de operaciones con energía,
reducción de operaciones ineficientes y programar las horas de
trabajo en las que las cuales el consumo sea más barato.
Modbus es un protocolo de petición/respuesta y ofrece
servicios específicos para los códigos que están en función de
los elementos de petición. Tiene el firmware divido en dos:
Figura 22. Ejemplo de arquitectura implementada ELIK. [22]
El DLslave emplea el nivel de enlace de datos,
transfiere en serie a través de EIA/ TIA-RS232 y tan
pronto el mensaje es recibido hace direcciones y
comprobación de errores.
ALslave que extrae el código de función de la unidad
de datos de protocolo (PDU) y ejecuta las
operaciones correspondientes.
AmocLAN: protocolo de mensajería instantáneo de
petición/respuesta diseñada por Amic S.r.l. Es un maestro
semi esclavo que funciona también como medio de bus serie
dúplex. La aplicación lwIP ofrece la mejor relación entre el
rendimiento y la integridad del sistema. Fue específicamente
desarrollado para sistemas embebidos por lo que garantiza un
buen manejo del flujo de datos con un bajo consumo de
recursos. [22]
13
Figura 23 Modelo de implementación del sistema y subsistemas domóticos. [24]
Sin importar que los actuales sistemas domóticos han sido
diseñados para personas con alto poder adquisitivo y sin
analizar las responsabilidades ambientales de la instalación y
su funcionamiento, este documento busca afianzar los
sistemas domóticos por su aplicación en la eficiencia
energética y también realizando el estudio para automatizar
los hogares de personas de bajos recursos en busca de la
sostenibilidad económica. En cierto momento se creería que la
aplicación de hogares inteligentes en viviendas de interés
social, elevaría los costos de la vivienda haciendo imposible
de ser alcanzable para las personas de estratos bajos. Sin
embargo al pensar en los elementos domóticos y también en la
oportunidad de generación de energía eléctrica en cada hogar,
no solo habría aumento en los niveles de confort de los
habitantes sino que también se reduciría el nivel de consumo
de energía, lo que permitiría el desarrollo potencial de las
personas menos favorecidas y contribuiría a la erradicación de
la pobreza como objetivo del milenio. [23]
El área de aplicación domótica está pensada para seguridad,
comodidad y conservación de la energía:
La ventilación y el aire acondicionado son los responsables de
mantener un buen ambiente en el hogar, pero también son los
que más consumen energía por lo cual deben usarse con
cuidado. El sistema domótico usará sensores para detectar la
presencia de una persona y la temperatura ambiente lo cual
activaría la conmutación del aire acondicionado si fuera
necesario, para reducir el desperdicio de energía. La iluminación es una de las aplicaciones principales de los
sistemas domóticos, ya que las necesidades de iluminación de
cada área son diferentes: las salas de lectura deben ser bien
iluminadas mientras que los dormitorios usarían luces más
tranquilas. Este sistema usa sensores de luz ambiental y
detectores de presencia para activar las lámparas y asegurar el
ahorro de energía.
Protección y seguridad es otra aplicación domótica, la cual
con un sistema de CCTV, sensores para detectar humo, rotura
de puertas y ventanas. También se utilizan integrados con los
departamentos de policía y bomberos para acciones rápidas.
Los sistemas domóticos actuales presentan problemas de
instalación ya sea por ser un sistema cableado que requieren
realizar cambios estructurales al hogar, o sistemas
inalámbricos que pueden ser fáciles en la instalación pero
tienen un rango limitado o transmiten señales débiles que no
son capaces de atravesar paredes de hormigón. En el sistema es esencial un controlador que es responsable de
la gestión de cuatro subsistemas y también es importante para
la generación de una interfaz amigable para el usuario.
Control de electrodomésticos: Es el aparato
responsable del control en tiempo real de los
electrodomésticos que utilizan PLC, el control envía
comandos y señales de activación a los actuadores
por medio del PLC.
vigilancia de video se compone de cámaras y
alimentación a través de ethernet (Poe), los cables de
ethernet se pueden utilizar para suministrar energía a un dispositivo, esto permite usar el mismo cable tanto
como fuente y como comunicación. el estándar Poe
se describe en el estándar IEEE 802.3af.
sistema de comunicación y publicación web permite
el acceso remoto a la aplicación para controlar los
electrodomésticos.
Un último sistema de registro de datos mantiene un
registro de la cantidad de veces y fecha en la cual un
aparato fue activado.
El uso de PLC en domótica tiene una ventaja esencial y es que
reduce el re-cableado a realizar ya que utiliza el cableado existente (la red eléctrica) para comunicarse. Esto facilita la
instalación ya que la mayoría de componentes están diseñados
para ser tipo plug-n-play. Aunque también nos presenta ciertas
limitaciones ya que las líneas eléctricas no fueron diseñadas
para la comunicación, puede ocurrir pérdida de señal,
atenuación o causar buena cantidad de ruido de alta frecuencia
lo que haría necesario usar filtros de potencia para el sistema.
Estas señales de frecuencia del PLC pueden pasarse a otros
hogares y causar interferencias. [24]
14
Un gran avance se ha presentado con referencia al uso de la
tecnología no cableada o inalámbrica que hace parte de
nuestra era y un ejemplo de ello es este proyecto.
Por medio del entorno MENT la combinación de sensores
inalámbricos y actuadores, es posible realizar una variedad de
aplicaciones en el área de los sistemas de control de
realimentación. En la actualidad hay pocos prototipos de
sensores inalámbricos que se integren con los accionadores, la
razón es que aunque los actuadores adecuados están
disponibles en el mercado su integración con la tecnología de
red de sensores existentes es complicada. Esta integración
minimizaría las obras de infraestructura como el cableado y
los controladores, por lo tanto la solución planteada nos ofrece
una reducción de los costos y simplifica la configuración de
los sistemas de automatización del hogar. Los protocolos ya
establecidos como X10 no son compatibles con los
mecanismos reales de control, por ejemplo, el ajuste de
iluminación en base a la lectura de la luz natural por los
sensores de datos, son manejados por los controladores
centrales y por lo tanto van más allá del alcance de estos
protocolos.
Un mensaje en la etapa de comunicación de enlace de datos se
compone de seis Bytes, los tres primeros proporcionan la
dirección, el cuarto y el quinto byte contiene el comando
actual de activación y el sexto byte es una suma de
comprobación. Al momento de realizar la calibración de los
sensores (de luz natural) se debe tener en cuenta que varios
sensores son influenciados por la misma fuente (de luz) y la
operación de control de cada sensor debe coordinarse
correctamente para que en el momento de la activación no
entre en conflicto el actuador [25]
Figura 24. Visión general de los componentes del sistema
aplicado. [25]
El diseño de un sistema domótico es ingresar a una tecnología
que abre las puertas a nuevas herramientas tecnológicas para
satisfacer las necesidades de la sociedad en general, crear
ambientes que les permita mejorar la calidad de vida y aportar
el diseño sostenible mediante la administración del consumo
energético y otras herramientas que permitan su control y buen
uso. Este proyecto se dirigió a intervenir el factor primordial
en el consumo de energía eléctrica en la ciudad de
Bucaramanga el uso de la iluminación residencial. Otro
objetivo de este proyecto es demostrar que el diseñador
industrial tiene un papel muy importante en el desarrollo de
nuevos productos ya que es el que integra una gran cantidad
de ciencias y conocimientos para adaptarlos de una mejor
manera a los deseos o necesidades del usuario. El desarrollo
del sistema tomo una metodología centrada en el usuario. Que
enfocada en un desarrollo paralelo entre la interfaz gráfica de
usuario y el sistema de control mediante PLC puede dar unos
resultados sólidos satisfaciendo los requerimientos más
importantes para el usuario y permitiéndole integrar a la
domótica como una tecnología que lo va a beneficiar de
múltiples maneras y que cumpla con unos estándares óptimos
para su utilización residencial. [26]
Figura 25. Arquitectura general del sistema domótico. [26]
15
En este trabajo se presenta el diseño de un domo inteligente,
así como el diseño e implementación del sistema experto
difuso para el módulo de control de ventilación y aire
acondicionado. El sistema fue diseñado cliente / servidor, y
posee arquitectura descentralizada, implementado en los clips
difusos, e intensivamente probado bajo diferentes condiciones. Describimos aquí toda la fase de diseño y ejecución, así como
algunos de los resultados obtenidos, a continuación se presenta
el diseño. La aplicación de la tecnología y la automatización
de edificios u espacios arquitectónicos. Un edificio inteligente,
es una construcción conjunta o un complejo de construcción
que por medio de su estructura y la infraestructura, ofrece
herramientas, servicios e instalaciones para proporcionar a sus
habitantes o usuarios un ambiente confortable y seguro, para
permitir el desarrollo de actividades dentro de la eficiencia, la
productividad, y los parámetros de creatividad, obteniendo
ahorros en los costos de mantenimiento y operación. Debe ser
flexible, permitiendo la incorporación de nuevas tecnologías y servicios a un coste mínimo, y también incluyen el concepto
de planeta verde o limpio. Para que un edificio sea inteligente,
además de contar con la infraestructura de comunicaciones
adecuadas y la automatización, se hace necesaria la aplicación
de un domo central con la capacidad de integrar todos los
servicios, para gestionar todas las actividades en forma
automática, para ofrecer a el administrador información
detallada, para controlar de una manera eficiente todos los
recursos de la construcción, y de tener la capacidad de tomar
las decisiones correctas en virtud de cualquier contratiempo.
[27]
Figura 26. Arquitectura domótica básica. [27]
De aquí en adelante mostraremos artículos que tratan más
sobre los estándares de comunicación y protocolos de la
domótica:
El control de los aparatos eléctricos es la técnica esencial en la
automatización del hogar, el Wi-Fi realizara la comunicación
entre y electrodomésticos esto es una de las partes más
importantes de la casa inteligente. En estos días, la mayoría de
los aparatos eléctricos son controlados por mandos infrarrojos
a distancia Sin embargo, es muy difícil conectar la mayoría de
los aparatos eléctricos a una red doméstica, ya que los
protocolos de comunicación son muy distintos. En este
trabajo, se propone un mando a distancia integrado para
controlar aparatos eléctricos en la red doméstica sin anexo
extra del dispositivo de comunicación de los aparatos
utilizando el protocolo Zigbee y control remoto por infrarrojos
tecnología. El sistema de mando a distancia integrado para el
hogar la automatización se compone de mando a distancia
integrado, Zigbee al convertidor de infrarrojos y adaptador de
corriente Zigbee. Zigbee adaptador de corriente se introduce
para algunos aparatos que no tienen ni siquiera dispositivo
remoto de infrarrojos para ser conectados en red local. En este
trabajo se presenta un prototipo del sistema propuesto y
muestra un esquema para la implementación. Proporciona una
gran flexibilidad para los usuarios a configurar y administrar
una red doméstica con el fin de controlar aparatos eléctricos.
La comunicación entre el servidor de puerta de enlace o de
residencia y aparatos eléctricos es una de las partes más
importantes del sistema de red doméstica. La mayor parte de
electricidad comercial electrodomésticos tales como una TV
son muy difíciles de ser conectados a una red doméstica, ya
que su protocolo es diferente al protocolo de comunicación
utilizado en el sistema de red doméstica. Sin embargo,
tuvimos un ojo en que la mayor parte de la electricidad es
controlada por un mando a distancia por infrarrojos. En este
estudio, propusieron un mando a distancia integrado plan para
el control de aparatos eléctricos en la red doméstica y sin un
vínculo adicional de dispositivo de comunicación a los
aparatos que usan el protocolo Zigbee y control remoto por
infrarrojos tecnología de controlador. Por otra parte, adaptador
de corriente Zigbee se introdujo para algunos aparatos que no
tienen ni siquiera dispositivo remoto de infrarrojos que se
conecta en una red doméstica. [28]
Figura 27. Módulo de control y módulo Zigbee. [28]
Se presenta un resumen de un sistema inalámbrico óptico de
infrarrojos, que consiste en nodos remotos autónomos que
comunican con un nodo central. La red está diseñada para los
propósitos de telemando y telemetría, que comprende un gran
número de nodos a una baja velocidad de datos. El acceso
simultáneo se concede mediante el uso de técnicas de
OCDMA, y una selección apropiada de la familia de código
16
también puede mantener el poder el consumo al mínimo.
En los últimos años, la red infrarroja óptica ha sido
considerada como una alternativa a comunicaciones con cable
y radiofrecuencia. En entornos con restricciones especiales
sobre interferencia electromagnética (EMI), tales como
aviones u hospitales, esta técnica proporciona movilidad sin
afectar la calidad de otros sistemas. Estudios anteriores han
comparado el rendimiento de radiofrecuencia y
comunicaciones ópticas infrarrojas, y las estimaciones de
canal para demostrar que el efecto del canal se puede
despreciar en entornos pequeños si los tipos de chips son
inferiores a algunos cientos de mega hercios. Los sistemas de
infrarrojos (IR) son comúnmente utilizados punto a punto, la
línea de visibilidad directa.
Sin embargo, utilizando técnicas de espectro ensanchado,
como OCDMA, acceso al canal independiente y simultánea
pueden ser concedidos por varios nodos de la red. Diferentes
familias de códigos se han propuesto y cada uno con
propiedades particulares que afectan a los parámetros del
sistema como la tasa de error de bit (BER) o la tasa de datos
máxima alcanzable. En este trabajo se describe una red de
telemando / telemetría (TC / TM) que consiste en 25 nodos
autónomos, todos los nodos, son capaces de comunicarse con
un nodo central a través de un canal inalámbrico óptico
asíncrono full-duplex. [29]
Figura 28. Implementación del nodo central. [29]
Esta investigación tiene como objetivo diseñar e implementar
un sistema domótico de coste eficaz, flexible, adaptable y
seguro para uso de cualquier persona, se presenta el diseño y
prototipo de la aplicación de un sistema domótico básico
basado en la tecnología SMS. Los sistemas propuestos constan
de dos componentes principales; el GSM módem, que es la
interfaz de comunicación entre el hogar sistema de
automatización y el usuario. módem GSM utiliza SMS
tecnología para intercambiar datos y la señalización entre
usuarios y sistema domótico. El segundo módulo es el micro
controlador, que es el núcleo del sistema de automatización
del hogar, y actúa como un puente entre la red GSM (el
usuario) y sensores y actuadores del sistema de
automatización del hogar, estos sensores y actuadores están
conectados directamente al controlador de micro hardware a
través de interfaz apropiado.
El sistema soporta una amplia gama de dispositivos de
automatización del hogar; componentes de administración de
energía, seguridad, aplicaciones multimedia y de
telecomunicaciones dispositivos. La seguridad del sistema
basado en la autenticación de usuario de cada SMS es de
cambio, ya que cada SMS contiene el nombre de usuario y
contraseña (junto a los comentarios), el usuario puede
configurar fácilmente en casa y establecer mediante el
protocolo RS232 utilizando un usuario del sistema de
automatización esto hace que la interfaz sea completamente
amigable.
En resumen este documento se propone una solución domótica
de bajo costo, con enfoque seguro, de manera ubicua
accesible, y controlado a distancia. Se ha logrado el objetivo
de controlar los aparatos electrodomésticos de forma remota
utilizando la tecnología SMS, para satisfacer las expectativas
de los usuarios y necesidades. El despliegue de la tecnología
SMS en la seguridad del sistema en casa aumento la
automatización y es rentable en comparación con los sistemas
ya existentes. De ahí que el autor llega a la conclusión de que
se han alcanzado los objetivos requeridos y objetivos del
sistema de automatización del hogar, el diseño del sistema y la
arquitectura se discutieron, y el prototipo presenta el nivel
básico de control del aparato electrodoméstico y la
monitorización remota se ha aplicado. Por último, el sistema
propuesto tiene una mejor funcionalidad y características de
seguridad que los sistemas de domótica disponibles en el
mercado. [30]
Figura 29. Dispositivos controlados por SMS. [30]
En el mercado existe gran cantidad de tecnologías de
automatización del hogar y al momento de elegir una opción no existe una referencia para elegir el que más nos beneficie
con respecto a comunicación, precio, adaptabilidad, tamaño de
alcance, etc. Por esto se desarrolla este trabajo, en el cual se
realiza una comparación de las tecnologías domóticas más
populares, se presenta opciones detalladas a los usuarios de las
tecnologías X-10, Z-Wave, ZigBee, Insteon y EnOcean. Para
este objetivo se realizaron pruebas de los sistemas en un
laboratorio con el fin de proporcionar índices como guías de
selección.
Z-Wave: es la tecnología más usada, ofrece buena
fiabilidad de red y por mucho las que brinda más
opción de ampliar el sistema.
Zigbee: es un estándar IEEE 802.15, esta tecnología
se asemeja mucho a la comunicación por Bluetooth y
estándares Wifi.
X-10: Su ventaja más clara es que da la opción de
utilizar ya sea la alimentación por la línea eléctrica o
por comunicación de radio inalámbrica, sin embargo
17
la transmisión de mensajes se produce un comando a
la vez.
Insteon: este sistema fue desarrollado en busca de
reemplazar al X-10, su beneficio radica en su
compatibilidad con los dispositivos X-10.
EnOcean: es una nueva de las tecnologías del hogar
el cual fue elaborado principalmente para un
consumo de energía nulo, a través de la recolección
de energía, también tiene el beneficio de
comunicación inalámbrica.[31]
Figura 30. Diseño VS accesibilidad de los protocolos. [31]
El creciente interés por el desarrollo inteligente y los sistemas
de uso fácil que se ocupan de diversas tareas en la
administración del hogar ha crecido, en los últimos años junto
con el estudio de arquitecturas y estrategias de
comportamiento para los sistemas domóticos. Desde un punto
de vista teórico, los sistemas domóticos presentan una gran
complejidad, debido a su híbrida, distribuida y heterogénea
estructura, lo que hace el problema de asignar los recursos
limitados como la electricidad, el gas y el agua - muy difícil.
En este trabajo, se propone una metodología general para el
modelado en un Sistema Multi-Agente de los sistemas
domóticos y para la construcción de un entorno eficiente
simulación / emulación. Nuestro enfoque de empleo UML, es
el punto de vista para la construcción de modelos de aparatos
individuales y dispositivos domóticos, llamados agentes, cuya
estructura replica el acoplamiento entre los aparatos reales y
los enchufes accionados/supervisados reales. Los modelos
genéricos consisten en una conmutación dinámica
determinada por una red de Petri, que proporciona la interfaz
entre los agentes y el medio ambiente. Brillando juntos en
forma adecuada, los componentes de la red de Petri de los
agentes comparten un recurso común, esto es posible para
definir la estructura total de un sistema que describa el uso
simultáneo de dicho recurso.
Con el fin de hacer frente a las restricciones y limitaciones de
recursos, el sistema total puede estar dotado de un controlador
adecuado que le dé la altura a lo que llamamos un sistema
domótico. Gracias a sus estructuras, modelos resumidos y
aparatos reales pueden ser combinados dentro de un entorno
emulado donde la actuación de los controladores y las
estrategias de control asociadas pueden ser fácilmente
investigadas. Nuestro enfoque proporciona por lo tanto una
metodología general para el soporte de diseño y la validación
de las estrategias de control para los sistemas domóticos.
El objetivo de este trabajo es describir un método de modelado
y estudio de los sistemas domóticos, basado en la teoría del
Sistema Multi-Agente (MAS), que permite introducir una
formalización rigurosa y definir herramientas prácticas para el
análisis de representaciones. Los sistemas domóticos consisten
en una serie de aparatos (por ejemplo, lavadora, lavavajillas,
horno, nevera, estufa) y otros dispositivos de administración
del hogar o subsistemas (por ejemplo, para la calefacción, aire
acondicionado, entretenimiento), los cuales representan tareas
específicas mediante la explotación de los recursos comunes,
como electricidad, gas y agua. Dado que los recursos son
limitados (debido a los costos, modalidades de contrato o
políticas de los proveedores), el uso concurrente genera
competencia y conflictos con representaciones degradadas.
Suponiendo que cierta cantidad de información pueda ser
compartida entre los elementos del sistema, la situación puede
ser manejada implementando estrategias de control distribuido
o centralizado los cuales asignan recursos respetando las
restricciones y limitaciones, mientras se logran los objetivos
deseados.
Figura 31. Simulación - emulación entorno del edificio. [32]
18
Desde un punto de vista teórico del control, los sistemas
domóticos son objetos muy complejos, caracterizados por la
presencia de componentes y limitaciones de diferentes tipos,
por una estructura distribuida y un comportamiento híbrido
evento/tiempo guiado.
Aunque el mercado ofrece dispositivos y soluciones que
permiten ensamblar más o menos sistemas domóticos
sofisticados, las técnicas de diseño eficiente están lejos de ser
desarrolladas. En particular, los métodos generales para el
sistema modelado, el diseño de control y la evaluación del
desempeño no están bien establecidas todavía, a pesar del
hecho de que tales herramientas son cruciales para la
optimización y la reducción del consumo de recursos en uso
doméstico. La contribución de este trabajo va en la dirección
de la definición y validación de métodos para la construcción
eficiente del entorno de simulación/emulación para los
sistemas domóticos los cuales pueden ayudar a manejar la
relación teórica de los problemas de control.
En el documento, recordamos en primer lugar una noción
formal del modelo de sistemas domóticos, denotado por HAS
(Sistema de Automatización del Hogar) y basado en un
resumen del agente de domótica, el cual califica como una
herramienta eficaz para el estudio del problema de la limitada
asignación de recursos.
A continuación se propone una forma concreta del modelo real
de artefactos y dispositivos domóticos y el integrarlos dentro
de una estructura HAS, junto con un agente especializado el
cual actúa como controlador de gestión de recursos. El
modelado de aparatos reales consiste en interconectar dos
componentes, uno de los cuales es básicamente un sistema de
conmutación con las dinámicas de tiempo guiado y el otro es
un sistema dinámico evento-guiado, los cuales influyen entre
sí. El primer componente (llamado COMPORTAMIENTO)
modela el comportamiento funcional del aparato, mientras que
el segundo componente (llamado ENCHUFE) modela su
interacción con el sistema de suministro de cada recurso (por
ejemplo, electricidad, gas, agua) y el entorno domótico.
La estructuración de los agentes domóticos de esta forma nos
permite desacoplar el aspecto relacionado con el
comportamiento funcional en relación con la demanda y la
disponibilidad de recursos. los componentes del
comportamiento pueden ser realizados como objetos en un
entorno de simulación labview®, de acuerdo con un
procedimiento uml adecuado a partir del estudio y la
observación de los aparatos reales. los componentes
enchufables tienen una estructura fija y predefinida la cual es
modelada por una red de petri (pn) ordinaria, ampliada,
limitada y conservadora. las interconexiones entre el
comportamiento y el enchufe están establecidas en términos
de las variables que representan los recursos en cuestión.
Los componentes del enchufe incorporan en su estructura el
mecanismo de actuación para implementar estrategias de
nivelación de recursos que son impuestas por el controlador.
Cuando la electricidad es el recurso considerado, los
componentes del enchufe del modelo real son los llamados
enchufes eléctricos inteligentes, los cuales incorporan un
medidor y un interruptor controlado.
Una metodología general para el modelado de sistemas
domóticos y para la evaluación de las estrategias de control
por simulación/emulación ha sido descrita. La característica
básica del enfoque está dada por el hecho de que la
construcción del modelo del sistema procede de manera
sistemática, una vez los componentes individuales del modelo
han sido desarrollados en forma estándar. Un ejemplo de
entorno de simulación/emulación se ha presentado, junto con
el resultado de un experimento específico. [32]
Este documento presenta las bases y conceptos necesarios que
se deben conocer para empezar a trabajar con domótica antes
llamada sistema de gestión técnica de instalaciones de edificios y no solamente ilustra al lector sobre las
posibilidades de la domótica también nos muestra otro sector
de la automatización de edificios llamado inmótica, la cual
deja de lado la automatización residencial.
Durante el transcurso del documento encontraremos
información sobre:
Las expectativas del crecimiento de la domótica con
respecto a: ahorro energético, comunicación, confort
y seguridad.
Los diferentes tipos de arquitectura de conexionado.
o Arquitectura centralizada o Arquitectura distribuida
o Arquitectura con periferia descentralizada
Los estándares de control domótico: X-10, CEBus,
Lonworks, EHS, Batibus, EIB.
Protocolos de comunicación.
o TCP/IP
o USB
o BACNet
o HAVi
o DVB-MPH
o RF (SWAP)
Plataformas de integración y comunicación: UPnP,
JINI, HAPI.[33]
Figura 32. Factores influyentes en la falta de implementación
de los SGTE. [33]
Al considerar la integración de los sistemas de automatización
con servicios multimedia basados en redes IP, se debe tener en
cuenta pasarelas capaces de adaptarse a una interfaz de
transporte de datos IP con el fin de permitir una gestión fácil
de los dispositivos conectados a la red interna y a las redes
externas.
19
Se usará un bus ethernet para satisfacer la necesidad de
comunicación de alta velocidad que interconectara los bloques
del control del sistema. El servidor del sistema puede ser
controlado de forma remota a través de una aplicación web y
un proveedor de comunicación con comunicación ADSL.
El bus CAN se seleccionó como la mejor tecnología de transmisión ya que tiene una alta velocidad de transferencia y
bajo costo para conexiones de nuevos nodos, también por la
disponibilidad de micro controladores en el mercado que se
pueden implementar con CAN bus.
Cualquier habitación puede comunicarse con el servidor del
sistema y la interfaz CAN para controlar los nodos locales; los
cuales nos proporcionan información de los sensores y
ejecución de los comandos para la activación de un actuador.
Se usaron cuatro tarjetas PCB:
XN-CPU: puente entre red Ethernet y CAN actúa
como supervisión y control.
XN-3OUT: tarjeta de salida digital, gestiona 3 relés a través del bus CAN.
XN-3IN: maneja hasta 3 entradas digitales y analogas
a través del bus CAN.
XN-HOME + XN-XBEE: tarjeta ZigBee con interfaz
SPI que actúa como puente entre la red ZigBee y la
red CAN
El sistema posee un controlador central que permitirá enlazar
por medio de rutas y enlaces todos los sistemas de
comunicación presentes utilizando la IP estática
predeterminada por el servidor. [34]
Figura 33. Aplicación del marco de calidad para redes IP[34]
En este documento se presenta la opción de comunicación
entre el sistema domótico y el usuario por medio de
mensajería instantánea, y describe situaciones problema en
que la mensajería instantánea aún no ha sido explotada para la
el control del sistema domótico. La idea principal detrás de
este proyecto es crear un sistema inteligente e independiente del tipo de protocolo y puerta de enlace, que pueda entrar a
trabajar en conjunto con el hogar automatizado. Se crearán
agentes inteligentes en el servidor en el que el usuario enviará
sus peticiones para:
Enviar comandos y consultas el estado del
dispositivo.
Realizar tareas en respuesta a eventos
Realizar tareas programadas
Enviar alertas sobre el dispositivo el cual el usuario
quiera estar informado
En un trabajo realizado y estudiado para el desarrollo de este
se identificó cuatro razones por las cuales la mensajería
instantánea aún no se ha implementado para el envío de
comandos por la red:
Interoperabilidad: Trata de la capacidad de
comunicarse de los diferentes dispositivos, esto
conlleva a facilidad de uso ya que el usuario no debe
preocuparse por qué protocolo se está usando en su
sistema.
Escalabilidad: Se refiere a la distancia geográfica e
independencia en la ubicación, aquí entramos al
contexto del control remoto de los dispositivos.
Seguridad: Este punto viene siendo el más importante
a tratar en este documento ya que tiene implicaciones
de seguridad en nuestro hogar, no nos gustaría que seamos víctimas de espionaje, que nuestro sistema
domótico fuese activado desde un dispositivo pirata o
en menor problema que el sistema recibiera mal
nuestras órdenes y hubiera un atasco de lectura y
escritura de comandos.
Servicio limitado: Estas limitaciones se basan en el
ancho de banda de los sistemas y protocolos
antiguos.[35]
Figura 34. Esquema del sistema, por medio de SMS. [35]
En este documento se realiza la investigación de los
principales estándares domóticos que han desarrollado las
organizaciones y aun puesto a servicio de los usuarios de la
domótica. Aunque todas las normas acogen el concepto de
automatización del hogar, algunas de ellas se especifican en
ciertos sistemas como son: el control de electrodomésticos,
iluminación, gestión de la energía y seguridad. Para que la persona que desee adquirir un sistema domótico este
documento le servirá como base para elegir el estándar que
automatizará su hogar según los dispositivos que quiera
instalar.
Zigbee: Es compatible con gran variedad de los
dispositivos que hay en el mercado, lo que
proporciona gran accesibilidad a diferentes
proveedores. aunque tiene un alto costo para un
proyecto domótico simple.
20
Lonworks: El protocolo de los dispositivos es eficaz
y los controladores que se adhieren a LonMark son
más rentables.
X-10: Su principal ventaja es el uso de la red
eléctrica entonces la instalación de los dispositivos no
necesita de nuevo cableado.
Insteon: Proporciona comunicación por cable e
inalámbrica es sencillo de instalar y ampliamente
compatible.
KNX: Este sistema se limita por el uso Principal en
Europa, pero aparte de esto es un buen sistema que
lleva buen tiempo en el mercado.
OneNet: Es un estándar de código abierto para los
hogares inteligentes, de bajo costo y bajo consumo de
energía.
Z-Wave: Es considerado como el mejor estándar
domótico por su fiabilidad y seguridad, pero es caro y su instalación es complicada. [36]
Figura 35. Visión general del sistema domótico. [36]
A medida que transcurren los años los desarrollos en
telecomunicaciones a través del internet permiten hablar de
integración a nivel de Protocolos de internet o redes IP.
Diversas redes funcionan correctamente y han sido
fundamentales para las distintas áreas en la medida en que la
automatización de los datos permite a investigadores y profesionales tener una visión más amplia de la producción en
los sectores. Desde hace mucho tiempo el control a distancia
viene desarrollándose gracias a la innovación tecnológica con
que se cuenta hoy en día, y con ello se van haciendo tangibles
cada vez más entornos de interacción humana basados en
sistemas de telecomunicaciones y control. Gracias a este
desarrollo tecnológico que se presenta, se produce el solo
hecho de pensar en controlar remotamente dispositivos, ya que
sea desde internet, con la voz humana, con el teclado de un
teléfono celular o un teléfono normal, con una tablet o ipod, o
un pc y con una infinidad de dispositivos que existen en nuestro diario vivir. De acuerdo a estas nuevas actividades que
pueden ser realizadas por el humano dentro de su hogar, como
un ejemplo controlar la intensidad lumínica desde una interfaz,
son enmarcadas dentro de una nueva área del conocimiento
denominado domótica. Cuando se menciona la palabra
domótica se hace referencia a la integración de las múltiples
áreas del conocimiento como lo son las telecomunicaciones, la
electrónica, la informática y la electricidad para mejorar la
calidad de vida de los seres humanos, agregando con ello
pautas para el desarrollo de la sociedad colombiana. [37]
Figura 36.Sistema domótico centralizado, diseñado. [37]
Durante la década de los años 90, el uso de la computadora
personal (PC), se convirtió en común en varias áreas de
aplicación diferentes, debido a la caída de su precio. Resultó
que un objeto no sólo utilizado por grandes empresas, sino
también por el ciudadano común. La propagación de la PC de
todo el mundo y su conexión a través de redes, lntranets o redes de área local, hizo este equipo un medio de
comunicación entre personas de diferentes zonas del mundo.
Este logro permitió una mayor velocidad y la comunicación
aún más eficaz (por ejemplo, el chat. Correo electrónico,
reuniones-net, etc) entre las personas. Esta interconexión
estimula la movilidad y el intercambio de datos entre personas
de lugares remotos. La necesidad de la movilidad implica un
nuevo tipo de pensamiento así que. Dispositivos que al igual
que el PC permiten el desarrollo de las tareas de
automatización, pero no requieren una fuente de energía
estática, es decir, dispositivos con menos capacidad que un
PC, pero con la carga de la movilidad, comenzó lo emerger, primero tuvimos la capacidad para ordenador portátil, después,
tuvimos la vez potentes ordenadores de bolsillo o dispositivos
Palm OS. Estos dispositivos PDA son cada vez más
sofisticados en la memoria, capacidad de 110, conectividad
inalámbrica, acceso a la Internet. etc. Esto fue posible debido a
los avances en las nuevas arquitecturas de THC. [38]
Figura 37. Evolución de los dispositivos en la domótica. [38]
21
La domótica abarca el conjunto de sistemas que automatizan
las diferentes instalaciones de una vivienda, mientras que la
inmótica es un término análogo, pero referido a edificios de
uso terciario o industrial (oficinas, hoteles, edificios,
públicos…).Ambas suponen una sustancial mejora de las prestaciones de las instalaciones en cuanto a garantizar su
seguridad, confort, ahorro de energía y comunicaciones,
además de aportar una relevante diferenciación respecto a los
edificios que no están dotados de este tipo de sistemas. El
objetivo de la domótica e inmótica1 es la integración de
diversos equipos en un único sistema controlado por una
unidad central, ordenador o teléfono móvil, proporcionando
servicios que mejoren fundamentalmente los siguientes
aspectos:
Confort
Seguridad
Ahorro energético
Comunicaciones
Diversión [39]
Figura 38. Diagrama entorno a las aplicaciones de la
domótica. [39]
A continuación trataremos unos artículos que se basan en el
estudio de la calidad que se debe ofrecer la domótica:
Se opta por usar una topología en estrella con un nodo central
que actúa como router Qos. Una característica especial de esta
topología es que se comporta como un árbol genealógico: cuando se hace necesario añadir nuevos servicios a la rama
estrella y continuar con una red centralizada que tenga un
único nodo de control.
El router Qos se basa en ZeroShell el cual permite
imponer restricciones en el uso del ancho de banda
máximo y da prioridad a los paquetes para cada flujo,
tiene una web útil que permite definir los parámetros
para la calidad del servicio. también posee una
inspección profunda de paquetes (DPI), característica
que permite inspeccionar el contenido de cada
paquete para clasificar mejor el tráfico correspondiente.
Para la transmisión de audio y video se basa en
código abierto VLC que es capaz de recibir señales
de televisión digital terrestre a través de una fuente
externa DVB-T y re-transmitir su contenido en redes
IP.
El código abierto Iperf es implementado para el
modelo cliente de datos/servidor, el cual simula el
tráfico TCP (tráfico en las redes IP) para la
sintonización de parámetros, el uso del ancho de
banda y la fluctuación de retardo en valores de
datagramas. La calidad del servicio es una prioridad en estos sistemas por
lo cual se han establecido parámetros que se usan para su
medida:
Retraso: mide el tiempo transcurrido en el envío y
recepción de cada paquete, este parámetro es esencial
en aplicaciones en tiempo real.
Jitter: mide la dispersión de retardo entre paquetes,
influye en la recepción y en el receptor correcto.
Pérdidas: cuenta el número de paquetes perdidos
entre emisor y receptor.
Errores: Cuenta la cantidad de paquetes dañados que fueron recibidos.
Se ha comprobado que el uso de router de servicios para
regular la prioridad del ancho de banda mejora adecuadamente
la calidad del servicio. En arquitecturas de red doméstica es
recomendada para evitar los cuellos de botella y garantizar la
disponibilidad de los servicios funcionales del nodo de
control. [40]
Figura 39. Configuración de prueba para un sistema
domótico. [40]
Sistemas domóticos, también conocidos como sistemas de
automatización del hogar, han estado disponibles en el
mercado desde hace varios años, sin embargo, sólo en los
últimos años se comenzó a extenderse también sobre edificios
residenciales, gracias a la creciente disponibilidad de
dispositivos de bajo costo y conducido por nuevas necesidades que surjan en comodidad de la casa, el ahorro de energía,
seguridad, comunicaciones y servicios multimedia. La
domótica se enfrenta a estos grandes problemas:
Son producidos y distribuidos por diferentes compañías de
fabricantes, cada uno con diferentes objetivos funcionales y
políticas de marketing; y que están diseñados principalmente
como una evolución de los componentes eléctricos
tradicionales (tales como interruptores y relés), siendo por lo
tanto no puede proporcionar de forma nativa la inteligencia de
los escenarios de automatización sencillas.
El enfoque propuesto en este documento se encuentra por debajo del concepto de hogar inteligente, y se basa en la
ampliación de los sistemas domóticos actuales, mediante la
adición de un dispositivo de hardware y agentes de software
22
para soportar la interoperabilidad y la inteligencia. Nuestra
solución toma un enfoque evolutivo, en el que se añade un
dispositivo de bajo costo (PC embebido) a los sistemas
domóticos comerciales nuevos o existentes permitiendo la
interoperabilidad y el apoyo a los escenarios de
automatización más sofisticados. En este caso, el sistema de domótica en el hogar se convierte en un sistema integrado más
potente, que llamamos Domótica Medio Ambiente inteligente
(IDE). La mayoría de las soluciones para entornos de
desarrollo se basan en un componente de hardware llamado o
puerta de enlace residencial casa, originalmente recibida
acondicionado para proporcionar conectividad a Internet a los
dispositivos inteligentes
Disponible en un hogar determinado. Este componente, en
nuestro enfoque, se convirtió en un sistema de interoperación,
llamado PERRO (Domo-tic OSGi Gateway), donde la
conectividad y capacidades computacionales son explotados
para salvar, integrar y coordinar las diferentes redes domóticas. PERRO explota OSGi (Open Source Initiative
Gateway) como un marco de coordinación para apoyar la
activación del módulo dinámico, la conexión en marcha de
nuevos componentes y la reacción al módulo fracasos. Tales
características básicas se integran con un modelo de ontología
de sistemas domóticos y entornos con nombre DogOnt. La
combinación de perro y DogOnt apoya la evolución de los
sistemas domóticos en entornos de desarrollo proporcionando
medios para integrar diferentes sistemas domóticos, para
implementar escenarios de automatización entre redes.
Por otra parte para acceder a los sistemas domóticos a través de una interfaz básica. El coste y la flexibilidad son
preocupaciones y toman un papel importante en el diseño de
la plataforma y nos proponen una solución de código abierto
de funcionar con sistemas de hardware de bajo coste. [41]
Figura 40. Ejemplo de un entorno domótico inteligente. [41]
Visiones de casas inteligentes han llamado mucho la atención
de los investigadores y un considerable esfuerzo se ha puesto
hacia permitir la automatización del hogar. Sin embargo, estas
tecnologías no han sido ampliamente adoptadas a pesar de
estar disponible durante más de tres décadas. Para profundizar
en este estado de cosas, se realizaron visitas a domicilio semi-estructuradas a 14 familias con la automatización del hogar.
La experiencia a largo plazo, tanto positivas y negativas, de
las casas evaluadas ilustra cuatro barreras que necesitan ser
abordados antes de la automatización del hogar se vuelve
susceptible a una adopción más amplia.
Estas barreras son de alto costo de propiedad, la inflexibilidad,
la mala administración y la dificultad para lograr la seguridad.
Nuestros resultados también proporcionan varias direcciones
para futuras investigaciones, que incluyen la necesidad de
cambios estructurales para la instalación de automatización del
hogar, proporcionando a los usuarios primitivos de seguridad
simples que se pueden configurar con confianza, y permitiendo composición de dispositivos domésticos.
Los hogares inteligentes con la detección, actuación y
dispositivos en red se han previsto desde hace mucho tiempo.
La investigación y las versiones comerciales se han
construido, incluyendo Mozer "s casa adaptativa, Georgia
Tech Consciente hogar, Orange, eHome otro tipo de
estructuras. Aunque el término "casa inteligente", con la
implicación de que un hogar se adapta a los habitantes, ha
llamado la atención de los medios de comunicación y los
investigadores, la "domótica", término definido como la
capacidad para automatizar y control múltiples sistemas dispares, describe más de cerca la tecnología disponible en la
actualidad. Casas automatizadas pueden ser vistas como los
peldaños hacia hogares inteligentes.
Sin embargo, la propia automatización del hogar no ha sido
ampliamente adoptada. Esta falta de adopción es
particularmente sorprendente porque muchos de los
dispositivos necesarios para permitir la automatización del
hogar, tales como sensores de movimiento, iluminación
programable, y cámaras de vídeo, han estado a disposición de
los consumidores desde la década de 1970. Mientras que
algunas tecnologías de automatización están ganando
aceptación en los entornos comerciales (por ejemplo, luces sensibles al movimiento), una adopción más amplia es serias
carencias con la excepción de los sistemas de seguridad
instalados y controlados por una empresa de servicios.
Para comprender mejor el estado actual de la domótica y
aprender acerca de las barreras a la adopción más amplia de
las personas experimentan a largo plazo de vivir con la
automatización del hogar, hemos llevado a cabo 14 entrevistas
semi estructuradas y visitas del hogar. Nuestra entrevista
explora por qué la familia había instalado la automatización
del hogar, su experiencia de vivir con ella, y la forma en que
maneja los huéspedes y las consideraciones de seguridad. También se pidió a los participantes acerca de su interés en un
conjunto de posibles aplicaciones domóticas para obtener
información acerca de las consideraciones de configuración y
control de acceso.
Se clasificaron las personas que ya han adoptado la
automatización del hogar en dos grupos: 1) Hágalo usted
mismo (DIY) que han instalado la automatización de sí
mismos y 2) los hogares subcontratados que han realizado la
23
instalación y gestión de los profesionales. Estos grupos
ofrecen una oportunidad única para estudiar el uso de la
automatización en las personas y el confort en los hogares, en
contraste con los estudios llevados a cabo en laboratorios
caseros o centrados en los hogares que adoptaron
automatización para fines religiosos. Para comparar y contrastar estos dos grupos, hemos contratado a dos hogares
de bricolaje y de terceros.
Mientras que la mayoría de los hogares fueron bastante
positivos acerca de su experiencia con la automatización del
hogar, nuestros participantes "experiencias también destacan
cuatro importantes variables son el alto costo de la propiedad,
la inflexibilidad, la mala administración y la dificultad para
lograr la seguridad. Si bien el atractivo general de la domótica
y el hogar inteligente es una cuestión abierta, estos retos
representan obstáculos que habría que superar antes de que la
población en general podría considerar el uso de la
automatización del hogar, un bloque de construcción en muchas visiones para el hogar inteligente. [42]
Figura 41. Interfaces de usuario planteadas en el trabajo. [42]
Trataremos dos artículos que buscan la aplicación de los
sistemas domóticos de bajo costo:
Mecanismos tales como Java Web Start permiten en la nube
descarga y ejecución de aplicaciones utilizar en servidores
remotos, sin necesidad de HAV de todas ellas instaladas en la
máquina principal. La rápida difusión local de los dispositivos
móviles (por ejemplo, Per-per- Asistentes de dispositivos -
PDA) conectados a Internet hacen que estas aplicaciones
apelando a muchos usuarios biliares. Sin embargo, en muchos
casos, el ancho de banda disponible es limitado, y su uso
excesivo puede ser incluso un coste cuando las conexiones
inalámbricas se pagan en una base de transferencia Kbytes.
Este documento propone un enfoque basado en algoritmos
genéticos y un entorno que, basándose en la información de
uso anterior de la aplicación (escenarios), empaqueta con el
objetivo de cantidad de los recursos de transmisión para el uso
de un conjunto de aplicaciones características. En el
documento se informa de un estudio empírico sobre la
aplicación del enfoque propuesto en tres aplicaciones de
tamaño medio de Java.
En los últimos años se han caracterizado por una amplia
difusión de los dispositivos móviles tales como asistentes
digitales portátiles (PDA) o teléfonos inteligentes. La mayoría
de estos dispositivos han sido concebidos inicialmente para
proporcionar un conjunto bien determinado de funciones,
como la marcación de una llamada telefónica o recuperar un
teléfono o contacto en una libreta de direcciones. Durante los
últimos años la complejidad de estos dispositivos ha
aumentado dramáticamente, tanto los teléfonos inteligentes y
PDAs son provisto con un sistema operativo completo, una
cantidad rentable de memoria, conectividad a Internet con
ayuda de WIFI, General Packet Radio Service (GPRS) o
Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS)
conexiones. Además, el apoyo para el desarrollo de
aplicaciones adecuadas para estos dispositivos ha sido
mejorado con entornos como J2ME u otros kits de desarrollo
de software propio basado en el sistema operativo Symbian o
el sistema operating Windows Pocket PC. Como consecuencia
de ello, las aplicaciones para diversos fines (productividad,
juegos, ruta del planeación) se han desarrollado y están
disponibles. La tecnología Java permite al usuario para abajo
de carga en la marcha de una aplicación, o parte de ella. En
algunos casos la aplicación puede ser una aplicación de
cliente-servidor y, por lo tanto, el usuario tiene sólo para
descargar su del lado del cliente. Cuando se distribuye una
solicitud y ejecutado en línea, como en el caso de los applets
de Java Web Start o aplicaciones, el usuario normalmente se
descarga un conjunto de archivos JAR que contiene una
aplicación del lado del cliente, mientras que la del lado del
servidor puede o no existe. Sin embargo, algunas categorías de
usuarios nunca acceder a algunas características de la
aplicación, y la descarga del código asociado pueden ser
inútiles.
Por ejemplo, algunos usuarios pueden no estar interesados en
las características avanzadas. En estos casos, el tiempo de
descarga que se percibe es crucial para la Aplicación. [43]
Figura 42. Algoritmo genérico de la programación java. [43]
Uno de los objetivos de la domótica es ser accesible para gran
cantidad de usuarios por ello la implementación de un módulo
domótico programable y de bajo costo presenta una solución al mercado y al usuario.
Se presenta una arquitectura de control de electrodomésticos
con aplicación de la tecnología bluetooth. el proyecto plantea
usar un celular con capacidad de comunicación bluetooth para
el control local de electrodomésticos, es necesario que cada
aparato este equipado con comunicación de puerto serie el
problema de este planteamiento es su alto costo con el uso del
servicio bluetooth. Para resolver el problema del costo se
analizó otro sistema domótico basado en java, con un servidor
principal dedicado para ejecutar las tareas del programa java
beans los costes del sistema embebido estarían alrededor de $ 200 dólares.
24
Pero se analizó otro problema el cual es que la domótica
basada en control java solo contiene estados ON/OFF de los
electrodomésticos [44].
Figura 43. Diagrama de flujo de control del programa. [44]
Finalmente les presentamos unos proyectos domóticos que
ejercen su estudio en la seguridad domótica:
Actualmente en la tecnología domótica existen gran cantidad
de protocolos de comunicación en uso, estos protocolos
carecen de seguridad como la autentificación de mensajes para
la activación de algún sistema. Así las casas inteligentes no se
encuentran protegidas contra malware o el ingreso de
mensajes no autorizados. Este trabajo describe un sistema de
interferencia que se puede usar para evitar la introducción de
estos mensajes, también presentan la evaluación inicial de un
atasco en un dispositivo y la capacidad que tiene el sistema
para asegurar las redes con gran cantidad de protocolos. El problema claro que se quiere resolver con este sistema es
que en una conjunto residencial donde cada hogar tenga
sistemas domóticos con diferentes protocolos, accidentalmente
un vecino pueda ingresar a nuestra red y accionar los
diferentes dispositivos
Con el fin de evitar que en una casa inteligente se desplieguen
mensajes no solicitados, el área de despliegue se supervisa por
un controlador en busca de estos mensajes y con una señal de
interferencia que genera un dispositivo, se prevé esta
recepción e informa a los dispositivos permitir el paso correcto
de las señales adecuadas a los receptores desactivando la
interferencia, por lo tanto la protección en la red se realiza sin necesidad de modificar el protocolo de comunicación o los
propios dispositivos. El dispositivo de bloqueo debe reducir al
mínimo la duración de la señal de interferencia con el fin de
reducir el impacto de las redes vecinas. [45]
Figura 44. Sistema general de domótica. [45]
La automatización es el proceso de tener una máquina o
máquinas para realizar las tareas realizadas hasta ahora en
todo o en parte, por los seres humanos. El objetivo de la
domótica realmente es facilitar todas estas tareas para que el
ser humano dedique más tiempo a otras actividades. Domótica
y el seguimiento de la participación de infrarrojos / Bluetooth
o Ethernet a través de técnicas de energía en los mandos a
distancia. Pero no hay tal publicación en proporcionar
instalaciones para controlar y monitorear un número ilimitado
de equipos en el hogar a través de un dispositivo móvil a un
costo muy bajo usando General Packet Radio Services (GPRS). Este artículo presenta un reciente esfuerzo de
investigación y desarrollo en la interpretación de una
automatización del hogar en tiempo real y monitoreo del
sistema denominada SmartEye que utiliza las redes celulares,
servidor basado en Internet, equipos de hardware en red y las
redes GPRS. SmartEye lleva a cabo las tareas; que son la
automatización del hogar y el seguimiento a través del
teléfono móvil. Bajo la automatización Aborda encender
electrodomésticos / apagado electrodomésticos, como las
bombillas eléctricas, cerraduras de puertas, etc. SmartEye
utiliza un mecanismo de alerta junto con las cámaras de
seguridad para salvaguardar los hogares. Y también proporciona una interfaz para monitorizar y controlar la casa a
través de dispositivos móviles. Este es un sistema que integra
el hogar con el dispositivos móviles World Wide Web y este
documento también discute la arquitectura del sistema que
hace que sea una, monitoreo en tiempo real fácil de usar,
asequible y fiable fácilmente ampliable y control remoto
solución
Figura 45. Sistema domótico planteado en el hogar. [46]
25
En esta investigación hemos tratado de identificar las posibles
áreas de automatización del hogar y la seguridad que se puede
mejorar y pro-plantea un nuevo sistema que se dirige a ellos.
Un nuevo sistema de domótica y seguridad llamado SmartEye
fue desarrollado junto con esta investigación y probado en el
entorno real. El modelo único diseñado para poner en práctica este sistema y los diferentes métodos fueron discutidos en
detalle. Sin embargo, puesto que el área de la domótica es muy
vasta, más espacio que está disponible para sus posteriores
mejoras. [46]
Varios algoritmos han sido propuestos con el fin de identificar
o autenticar a un usuario determinado en un sistema de
detección de Iris. Estos algoritmos anteriores se basan en
diferentes transformadas aplicadas a ciertas características
extraídas de la Iris, conocido como plantilla Iris. Sin embargo,
este nuevo enfoque tiene como objetivo identificar y / o
autenticar un usuario evitando transforma, comparando directamente el iris plantillas lugar. Sobre la base de las ideas
heredadas de los algoritmos de alineación de ADN y la lógica
difusa, este nuevo algoritmo logra un mejor resultado para
decidir si dos plantillas pertenecen al mismo usuario, cuando
se compara con los algoritmos anteriores. Además, este nuevo
algoritmo permite una comparación parcial entre toda la
plantilla almacenada en una base de datos, y una parte de la
plantilla, disminuyendo el tiempo de Acceso. Como resultado,
no sólo Falso tasa de aceptación (FAR) y la Tasa de Falso
Rechazo (FRR), sino también el tiempo de identificar y
autenticación son muy disminuido en comparación con los algoritmos actuales y, además, su flexibilidad en un local de
La comparación hace de ella un algoritmo prometedor no sólo
en un sistema de detección del iris, pero en cualquiera de los
Términos autenticación, biometría, ADN global y local de
alineación, lógica difusa, identificación, sistema de detección
de Iris, Iris plantilla biométrica.
El intento de reconocer a un individuo en base a la Iris abarca
varias etapas ya que la imagen se adquiere hasta que el sistema
es capaz de aceptar o rechazar el individuo antes citados. En
primer lugar, la información contenida en los iris debe ser
extraído. Se ha propuesto varios patrones y plantillas, junto
con algoritmos de poder comparar de una manera precisa las características anteriores y dilucidar si o no dos patrones son
los mismos,
Por otro lado, existen algoritmos capaces de comparar las
secuencias de ADN, que contiene proteínas o aminoácidos.
Estos algoritmos proporcionan una alineación entre las
secuencias, permitir-saber si dos secuencias siguen siendo los
mismos, o por el contrario, la mutación se ha producido a lo
largo de la evolución. En otras palabras, el algoritmo de
alineación de ADN da una idea acerca de cómo dos secuencias
de proteínas similares son.
El propósito de este trabajo consiste en recoger las ideas anteriores, para implementar un algoritmo capaz de alinear dos
plantillas Iris. Sin embargo, los algoritmos de alineación de
ADN deben estar sintonizados con el fin de hacer posible
dicha alineación entre dos plantillas. La lógica difusa
proporcionará este nuevo algoritmo con las habilidades
necesarias para cumplir con los objetivos finales.
Además, este algoritmo se ha probado en la base de datos
Upol, con resultados muy prometedores. Una vez que el
problema se ha indicado, los papeles continúa con una
explicación detallada de no sólo el propio algoritmo, sino
también acerca de cómo la información se extrae de la Iris; por
otra parte, los resultados se presentan y comparan, que termina
con conclusiones y trabajo futuro. [47]
Figura 46. Representación del algoritmo por refracción de
longitudes de onda. [47]
La utilización de biometría en teléfonos móviles, está
haciendo presencia para mejorar la seguridad al momento de
autenticar al usuario, esto es similar al uso de contraseñas
donde el sistema debe analizar si la contraseña es
suficientemente fuerte para impedir que se adivinada. En este
documento se presenta la evaluación de una técnica de
autenticación para celulares inteligentes basado en gestos. El
usuario creará una base del gesto a identificar y este es
considerado como su firma el en aire. Se analizó una base de
120 gestos diferentes para verificar la vulnerabilidad y la obtención de una tasa de error (EER) de 9,19 % cuando no se
verifica la robustez del gesto. Se propone el uso de análisis
lineal discriminante para decidir si el gesto es seguro para su
uso en el teléfono el cual debe de poseer un acelerómetro para
extraer la información de actual firma echa en el aire. [48]
Figura 47. Comparación entre los resultados teóricos y los
resultados obtenidos con el algoritmo. [49]
26
En este trabajo se desarrolló una simulación de un algoritmo
de baja complejidad para el receptor MMSE-RAKE, el
simulador usado para el sistema fue el UWB (banda ultra
ancha). El novedoso enfoque de la detección multiusuario por
este método reduce operaciones de convolución, que son las
que más tiempo consumen en los procesos de simulación. Algunas investigaciones muestran que el receptor MMSE
tiene mejor rendimiento en términos de la señal de ruido pero
el problema es su alta complejidad computacional, además
para procesar las señales de banda ultra ancha, es necesario
llegar a una velocidad de muestreo extremadamente grande.
El procesamiento rápido y la baja complejidad del algoritmo
desarrollado mejora el tiempo de procesamiento de los
anteriores diseños, con independencia de la frecuencia de
muestreo. Por lo tanto se permite el procesamiento de un gran
número de muestras con el fin de conocer con precisión el
BER (tasa de error binario) en una aplicación de tiempo corto.
[49]
En el campo de la vigilancia el Sistema de vigilancia
inteligente para seguridad en el hogar con almacenamiento en
la nube obtuvo los siguientes resultados.
Para la creación del sistema domótico se debe tener en cuenta
unos aspectos en su diseño:
La creación de red de datos.
La infraestructura en la nube la cual permite al
usuario controlar y administrar sus puntos de red
datos.
La automatización del hogar se puede definir como el acceso o el control de nuestros electrodomésticos, la seguridad, el clima
y la vigilancia de video desde una ubicación remota o
centralizada.
Figura 48.Diagrama de flujo de activaciones del sistema
UWB. [50]
El sistema envía un mensaje al usuario a través del modem
GSM después de detectar la presencia de una persona no
autorizada, el usuario controla la intrusión en cualquier lugar
desde un dispositivo con acceso a internet utilizando la
dirección IP de la cámara y enviar alertas a sus vecinos o a la
policía. Los usuarios pueden almacenar de forma remota sus datos en
la nube y acceder a los recursos sin la necesidad de
permanecer en la red local. Se ha implementado el
almacenamiento de Google Drive para guardar las imágenes
grabadas y videos.
El módulo GSM es el estándar inalámbrico más popular para
la comunicación de teléfonos móviles. Este módulo funciona
con comandos AT sobre la interfaz TTL. [50]
Para finalizar mostraremos un trabajo que habla sobre todo lo
concerniente a la domótica:
“El origen de la domótica se remota a la década de los setenta,
cuando tras muchas investigaciones aparecieron los primeros
dispositivos de automatización de edificios basados en la aún
exitosa tecnología X-10. Durante los años siguientes la
comunidad internacional mostró un creciente interés por la
búsqueda de la casa ideal, comenzando diversos ensayos con
avanzados electrodomésticos y dispositivos automáticos para
el hogar. Los primeros sistemas comerciales fueron instalados,
sobre todo, en Estados Unidos y se limitaban a la regulación
de la temperatura ambiente de los edificios de oficinas y poco
más. Más tarde, tras el auge de los PC (Personal Computer), a
finales de la década de los 80 y principios de la de los 90, se
empezaron a incorporar en estos edificios los SCE (Sistema de
Cableado Estructurado) para facilitar la conexión de todo tipo
de terminales y periféricos entre sí, utilizando un cableado
estándar y tomas repartidas por todo el edificio. Además de los
datos, estos sistemas de cableado permitían el transporte de la
voz y la conexión de algunos dispositivos de control y de
seguridad, por lo que a estos edificios, que disponían de un
SCE, se les empezó a llamar edificios inteligentes.”
“Posteriormente, los automatismos destinados a edificios de
oficinas, junto con otros específicos, se han ido aplicando
también a las viviendas de particulares u otro tipo de edificios,
donde el número de necesidades a cubrir es mucho más
amplio, dando origen a la vivienda domótica. Los diccionarios
franceses incorporaron el término domotique a partir de 1998.
Esta palabra, traducida al castellano por domótica, es
originaría de la palabra latina domus (de la que ha derivado la
raíz domo que quiere decir casa) y de la palabra francesa
informatique (de la que ha derivado la palabra informática) o,
según otros autores, robotique (robótica). Este término de uso
común en España, no ha conseguido, por el momento,
imponerse en diversos países de Iberoamérica; donde aún se
han quedado con el término inteligente, sin avanzar hacia la
diferenciación entre domótica e inmótica.”
“Los orígenes de la domótica en España deben buscarse a
primeros de los años noventa, en los que tienen lugar las
primeras iniciativas de promociones y el mayor conocimiento
de sus beneficios; pero no será hasta estos dos últimos años
cuando pasa a ser un concepto notablemente conocido por la
27
sociedad. En la actualidad, el número de viviendas
domotizadas es todavía relativamente bajo respecto al total de
viviendas, pero el interés en su adopción está creciendo
progresivamente. Del mismo modo en que en nuestros días no
es aceptable que una vivienda no tenga corriente eléctrica o
agua corriente, dentro de muy poco no se concebirán
viviendas que no estén mínimamente domotizadas. El
principal problema que se encontraba para la introducción de
la domótica era que muy pocas personas estaban dispuestas a
pagar los costes adicionales que implica construir una
vivienda inteligente, pero el actual descenso de los precios, ha
hecho de la vivienda domótica un sueño asequible.”
“Pero antes de seguir adelante, conviene aclarar el significado
del término domótica, en continuo cambio y bajo constantes
discusiones. La domótica se aplica a la ciencia y a los
elementos desarrollados por ella que proporcionan algún nivel
de automatización o automatismo dentro de la casa; pudiendo
ser desde un simple temporizador para encender y apagar una
luz o aparato a una hora determinada, hasta los más complejos
sistemas capaces de interactuar con cualquier elemento
eléctrico de la casa. “
“La vivienda domótica es, por lo tanto, aquella que integra una
serie de automatismos en materia de electricidad, electrónica,
robótica, informática y telecomunicaciones, con el objetivo de
asegurar al usuario un aumento del confort, de la seguridad,
del ahorro energético, de las facilidades de comunicación, y de
las posibilidades de entretenimiento. La domótica, pues, busca
la integración de todos los aparatos del hogar, de forma que
todo funcione en perfecta armonía, con la máxima utilidad y
con la mínima intervención por parte del usuario.”[51]
Figura 49.Tecnologias de acceso a internet desde la casa [51]
III. MARCO TEÓRICO
El término domótica proviene de las palabras domus (casa en
Latín) y tica (de automática en griego) y es el conjunto de
sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando
servicios de bienestar, gestión energética y seguridad,
integrados por medio de redes de comunicación pudiendo ser
controlados desde y fuera del hogar. La tendencia futurista se
centra básicamente en conseguir un hogar totalmente
conectado, capaz de integrar las nuevas tecnologías que van
surgiendo, con sistemas sencillos y totalmente gestionables
garantizando la seguridad y privacidad del usuario. [18]
Aplicación de control local y remoto: Además de los paneles
de control también se crea una aplicación de gestión que
ofrece a los usuarios el seguimiento y la capacidad de control
sobre la casa. Esta aplicación está alojada en un servidor
HTTP en la puerta de enlace local con un programa flash el
cual puede ser ejecutado desde cualquier ubicación fuera de la
casa [21]
Los sistemas domóticos tienen como objetivo encargarse de
gestionar cuatro aspectos fundamentales:
Comunicaciones: consiste en conectar la red telefónica con la
red domótica que se instala en la vivienda para controlar
diferentes dispositivos. Esto permite el diagnóstico de la
vivienda por el usuario desde el exterior .Todos estos
objetivos los podemos alcanzar mediante tres tipos de formas
de control remoto. Podemos aplicar el control remoto desde
dentro de la vivienda (mando a distancia), desde fuera de la
vivienda (telefónicamente o a través de internet) o
programando funciones según se cumplan condiciones
horarias o climatológicas.
Confort: la domótica nos aporta la automatización de
servicios como la iluminación, la refrigeración, la calefacción,
el cierre y apertura de persianas, ventanas y puertas. Todo ello
mediante pulsadores o bien por la creación de interfaces
gráficas ya programadas que se activan en determinados
momentos definidos por el usuario.
Energía: la domótica se encarga de controlar el consumo de
energía eléctrica, aplicando el uso de temporizadores, relojes
programadores y termostatos con el fin de eliminar los usos
innecesarios de iluminación, calefacción, electrodomésticos,
etc.
Seguridad: son sistemas para detección de intrusión, cámaras
de vigilancia, alarmas personales, alarmas técnicas (humo,
agua, gas, fallo de suministro eléctrico, fallo de línea
telefónica, entre otros), etc.
Una solución domótica puede variar desde un único
dispositivo, que realiza una sola acción, hasta amplios
sistemas que controlan prácticamente todas las instalaciones
dentro de la vivienda [52]. Los distintos dispositivos de los
sistemas domóticos se pueden clasificar en los siguientes
grupos:
Controlador: es el dispositivo que gestiona el sistema según
la programación y la información que recibe. Puede haber un
controlador solo, o varios distribuidos por el sistema.
Control universal: el control universal es un sistema que une
en un solo aparato electrónico, todos los aparatos electrónicos
que podemos y usamos en nuestro hogar se le puede adaptar
desde el control del
28
Figura 50. Sistemas aplicados en la domótica
29
televisor, equipo de sonido, puerta del garaje,
cortinas, iluminación, calefacción, DVD y demás
controles de aparatos electrónicos. [42]
Control de iluminación: el control de la iluminación
te da el poder de decidir cómo y a qué hora encender
las luces de su casa, sin necesidad de estar en ella.
Por medio de escenarios establecidos y utilizando de
una interfaz amigable podrás elegir en apagar,
encender o atenuar las luces desde un dispositivo
móvil o computadora. [53]
Actuador: es un dispositivo capaz de ejecutar y/o recibir una
orden del controlador y realizar una acción sobre un aparato o
sistema (encendido/apagado, subida/bajada, apertura/cierre,
etc.).
Bus: es el medio de transmisión que transporta la información
entre los distintos dispositivos por un cableado propio, por la
redes de otros sistemas (red eléctrica, red telefónica, red de
datos) o de forma inalámbrica. Interface: nos referimos a los
dispositivos (pantallas, móvil, Internet, conectores) y los
formatos (binario, audio) en que se muestra la información del
sistema para los usuarios (u otros sistemas) y donde los
mismos pueden interactuar con el sistema.
Sensor: es el dispositivo que monitoriza el entorno, tanto
interior como exterior, captando información que transmite al
sistema (sensores de agua, gas, humo, temperatura, viento,
humedad, lluvia, iluminación, etc.) [54].
Sensor de gas: Detecta la presencia de gas en el aire a
una concentración determinada y emite una señal
óptica, además puede poner en funcionamiento el
sistema de corte automático de gas. [30]
Sensor de incendio: Detecta la presencia de humo en
el aire a cierta cantidad de concentración y emite una
señal acústica avisando del peligro de incendio,
cuando ya se identifica el fuego en la habitación tiene
conexión con un rociador de incendios que puede
extinguir el posible incendio antes de que se extienda.
[30]
Sensor de inundación: Actualmente existe una alarma
detectora de inundación”. Es un circuito que permite
activar un dispositivo, su funcionamiento está basado
en la detección de una pequeña corriente que es
detectada por el transistor Q1. Además de servir
como alarma de inundación, este circuito también
sirve para el control de nivel, por ejemplo cuando se
llena un tanque, o cuando este queda vacío (usando
los contactos NC del relevo)”. [51]
Sensor de movimiento: Usan la detección de ondas
infrarrojas, estos sensores son conocidos como PIR
(pasivos infrarrojos). Para que uno de estos sensores
detecte a los seres humanos se debe de ajustar la
sensibilidad del sensor para que detecte la
temperatura del cuerpo humano. Funcionan
basándose en el efecto doppler. [19] [55]
Tipos de arquitecturas
El tipo de arquitectura de un sistema domótico nos aporta
información de cómo será la distribución y la ubicación de los
elementos de control. Los principales tipos de arquitectura son
cuatro: arquitectura centralizada, arquitectura descentralizada,
arquitectura distribuida y arquitectura híbrida o mixta [52]
[54].
Arquitectura centralizada: Un controlador centralizado
envía la información a los actuadores e interfaces según el
programa, la configuración y la información que recibe de los
sensores, sistemas interconectados y usuarios. El cableado es
en estrella cuyo centro es la unidad central de control y no
existe comunicación entre sensores y actuadores.
Arquitectura descentralizada: Hay varios controladores,
interconectados por un bus, que envía información entre ellos
y a los actuadores e interfaces conectados a los controladores,
según el programa, la configuración y la información que
recibe de los sensores, sistemas interconectados y usuarios.
Arquitectura distribuida: Cada sensor y actuador es también
un controlador capaz de actuar y enviar información al sistema
según el programa, la configuración, la información que capta
por sí mismo y la que recibe de los otros dispositivos del
sistema. Todos los elementos disponen de un acoplador al bus
con una interfaz de acceso compartido y técnicas de
direccionamiento para que la recepción y el envío de
información quede definida y el dialogo entre elementos
asegurado.
Arquitectura Híbrida o Mixta: Se combinan las
arquitecturas de los sistemas centralizadas, descentralizadas y
distribuidas. A la vez que puede disponer de un controlador
central o varios controladores descentralizados, los
dispositivos de interfaces, sensores y actuadores pueden
también ser controladores, como en un sistema distribuido, y
procesar la información según el programa, la configuración,
la información que capta por sí mismo, y tanto actuar como
enviarla a otros dispositivos de la red, sin pasar por otro
controlador [54].
Tipos de sistemas de transmisión
Por otra parte, también se pueden clasificar los sistemas en
tres tipos a nivel tecnológico:
Sistemas cableados: todos los sensores y actuadores están
cableados a la central o entre ellos, la cual es el controlador
principal de todo el sistema. Ésta tiene normalmente una
batería de respaldo, para en caso de fallo del suministro
eléctrico, poder alimentar a todos sus sensores y actuadores y
así seguir funcionando normalmente durante unas horas. El
cableado puede ser de cuatro tipos: Par trenzado, de 1 a 4
pares, coaxial, por fibra óptica o mediante la línea eléctrica de
la vivienda con el sistema llamado "corrientes portadoras"
(Power Line Carrier) [54].
30
Sistemas inalámbricos: en este caso usan sensores
inalámbricos alimentados por pilas o baterías y transmiten vía
radio la información de los eventos entre ellos o a la central, la
cual está alimentada por red eléctrica y tiene sus baterías de
respaldo [54].
Sistemas mixtos: combinan el cableado con el inalámbrico
[54] [56].
EJEMPLOS COMERCIALES DOMOTICOS
OZOM
Funcionamiento:
Ozom es una empresa dedicada al desarrollo de tecnología que
hace posible de manera fácil y rápida tener un sistema
domótico, posee un cerebro que se llama ozombox y requiere
descargar la aplicación para el celular donde el usuario podrá
controlar distintos actuadores para realizar el control de
iluminación, puertas, ventanas y otra cantidad importante de
lugares del hogar.
Su interfaz gráfica es muy llamativa como se puede ver en la
siguiente imagen
Figura 51. Interfaz gráfica Ozom
Posee distintos sensores que se conectan con la ozombox por
medio de la red wi-fi, se debe aclarar que la empresa como
requisito para un funcionamiento correcto del producto sugiere
tener conexión a internet por vía alámbrica lan entre el router
o modem y el cerebro ozombox, y tambien poseer un plan que contenga 2Mb de subida y bajada de transferencia de datos.
En la interfaz gráfica se relacionan las instrucciones necesarias
para conectar los dispositivos y sincronizarlos con el fin de
obtener un buen funcionamiento y disfrutar de las ventajas del
sistema.
En cuanto a los sensores o dispositivos, existe una gran
variedad y por medio de un clic el usuario puede obtener
información de temperatura, humedad y otras condiciones
ambientales dentro del hogar, así mismo puede realizar
acciones que modifiquen estás condiciones por medio de la
interfaz gráfica presentada, el sistema es útil y sencillo de
instalar y usar.
Paquete de productos:
Protección en el hogar:
Conoce lo que está pasando en casa, incluso cuando no estés allí. Recibe alertas, enciende las luces e
instala sensores de movimiento y cámaras para grabar
el interior de tu casa desde cualquier lugar.
Iluminación de tu hogar:
Maneja todos los artefactos eléctricos de tu hogar
mediante nuestra aplicación, enciende y apaga los
bombillos Led de tu casa y los aparatos eléctricos
conectados al enchufe Smart desde cualquier lugar.
Hogar seguro para tus hijos:
Conoce cuando tus hijos no han llegado a casa,
nuestras cerraduras alertan que una puerta se ha desbloqueado y la cámara es un ojo activo para saber
que ocurre en tu casa.
Alerta de fugas:
No dejes que una fuga de agua, humo o CO eche a
perder tu día, podrás recibir alertas de fugas que los
detectores inalámbricos de ozom detecten.
Hardware:
Principalmente el sistema tiene un cerebro llamado ozombox
que se conecta vía lan al modem del hogar, de ahí tiene gran
cantidad de esclavos que leen distintas variables posibles de
cambiar por medio de actuadores.
Posee diversos sensores y kit que el usuario puede armar a su
gusto entre los dispositivos más comunes para control se
encuentran:
OZOM Box: Cerebro del sistema que se conecta al
router de tu casa, necesitas solo 2MB de subida y de
bajada para una buena calidad de video.
Cámara Smart IP, con visión nocturna: Podrás
monitoreas en tiempo real lo que sucede en tu casa,
además cuenta con sensor de movimiento.
Bombillo LED, dimerizable, 9w luz cálida, E27: Con los bombillos Smart podrás prender o apagar las
luces de tu casa, regular la intensidad de la luz,
agrupar, calendarizar, y simular presencia en tu casa
de donde quiera que estés.
Enchufe Smart con medidor de consumo y repetidor
de señal ozom: Podrás prender o apagar lámparas o
aparatos electrónicos, funciona además como
extensor de señal del ozom box. Además con este
enchufe podrás ver la cantidad de consumo eléctrico
que estas utilizando (en vatios)
Cerradura electrónica digital Smart code: Podrás activar y desactivar el cerrojo, ver su estado actual y
recibir notificaciones y /o alertas inmediatas en caso
que sea abierta.
Alarma Smart y repetidor de señal ozom: Podrás dar
aviso o alerta de alguna situación de emergencia en tu
hogar, activándola directamente desde la aplicación.
31
Sensor Smart inalámbrico de movimiento: Podrás
detectar la presencia de alguien en tu zona de
protección.
Sensor Smart inalámbrico de apertura y cierre:
Podrás recibir notificaciones inmediatas en caso de
que quede alguna puerta, ventana o cajón se abra.
Sensor de presencia y botón Smart: Podrás recibir
notificaciones de presencia en tu Smartphone/Tablet
cuando una persona, mascota u objeto se encuentre
dentro o fuera del radio de señal del ozom box.
Además trae un botón de alerta, el cual podrá ser
activado por quien porte el sensor.
Sensor Smart inalámbrico de temperatura y humedad:
Podrás recibir notificaciones en tu Smartphone/Tablet
de la temperatura y humedad al interior de la
habitación.
Sensor Smart inalámbrico de agua: Podrás recibir mensajes de actividad en tu Smartphone/Tablet cada
hora o cuando ocurra un cambio muy brusco.
Sensor Smart inalámbrico de humo: Podrás ser
informado en tu Smartphone/ Tablet ante una alerta
de humo. Además cuenta con una alarma sonora en el
lugar.
Sensor Smart inalámbrico de monóxido de carbono:
Podrás ser informado en tiempo real a tu
Smartphone/Tablet cuando exista una alerta de
contaminación de monóxido de carbono, de esta
manera tendrá la posibilidad de actuar ante una eventualidad. Además cuenta con una alarma sonora
en el lugar.
Figura 52. Productos Ozom
Figura 53.Diagrama de arquitectura de OZOM
ELRO
Desde el sillón
¿Encender y apagar todas las luces a distancia? ¿Manejar las
luces de jardín sin tener que dar un paso fuera en el jardín?
¿Regular la lámpara de pie a distancia? O encender la cafetera en la cocina del salón. Con los productos de Control de Hogar
de Elro todo el mundo pueden hacer esto. Cómodo, seguro
y duradero.
Duradero
Con los productos de Control de Hogar, toda la casa es
manejada con un mando a distancia. Esto no sólo es fácil y
seguro, sino también ahorra energía. La iluminación puede
regularse y por lo tanto consume menos energía. Nunca habrá
dispositivos encendidos innecesariamente. ¡Eso ahorra mucho
dinero anualmente en las cuentas de energía!
Inalámbrico El sistema trabaja con un receptor y un transmisor. El receptor
se enchufa en una toma de pared y el transmisor está
incorporado en el mando a distancia. Por lo tanto, se pueden
manejar varios puntos de electricidad desde el sillón
independiente o simultáneamente. El sistema es muy sencillo
y rápido de instalar y se amplía sin desportillar o romper. Los
productos se combinan bien entre sí. ¿Prefiere un montaje a
ras? Incluso eso es posible.
Figura 54. Arquitectura sistema domótico ELRO
Características:
Manejar todos los electrodomésticos con un mando a
distancia
Regular la iluminación
Para uso en el interior y al aire libre.
Para equipos de hasta 1000 Vatios
Se puede montar a ras
Ventajas:
Auto-instalación sin roturas
Funciona directamente (Enchufar y listo)
Pequeña inversión: grandes ventajas
Ahorro de energía y por lo tanto duradero
32
Productos:
Regulador: Controla tu casa de forma inalámbrica con un
mando a distancia.
Descripción:
Para luces alógenas e incandescentes.
Enchufe regulador para cambiar y regular luces de
hasta 200 Vatios a distancia.
Inalámbrico hasta 50 metros.
4 canales con código personal.
Suavizador integrado: Suavizador compacto para activación y
suavización remotas de equipos e iluminación hasta 100
vatios.
Descripción:
Funcionamiento con mando a distancia.
Funciona con un código de casa ajustable por el usuario.
Interruptor inalámbrico sin abrirlo.
Para bombillas y luces halógenas de 230V.
Soporte de luz: Soporte de luz para suavizado remoto de
iluminación hasta 60 vatios.
Descripción:
Para montar en instalaciones de iluminación
existentes.
Funcionamiento con mando a distancia.
Funciona con un código de casa ajustable por el usuario.
Para iluminación con bombilla hasta máx. 60 vatios.
Figura 55. Base para iluminación ELRO
Llavero mando a distancia: Funcionamiento universal de
interruptores y reguladores de la gama WIRELESS HOME
CONTROL.
1 canal con código de casa.
Inalámbrico, hasta 50 metros.
Figura 56. Llavero mando a distancia ELRO
Mando a distancia de pared: Funcionamiento universal de
interruptores y reguladores de la gama WIRELESS HOME
CONTROL.
Descripción:
1 canal con código de casa.
Inalámbrico, hasta 50 metros.
Fácil de colocar en cualquier lugar.
HORUS SMART CONTROL
Es una herramienta que permite controlar de forma
inalámbrica el encendido y apagado de luces, la apertura y
cierre de cerraduras, el nivel de temperatura de los equipos de
aire acondicionado y el monitoreo de alarmas entre otras
aplicaciones domóticas; evitando así procesos de cableado y
de intervención de obra civil innecesarios e incómodos para
los hogares y empresas que accedan a obtener los beneficios
de dicha tecnología.
A partir de la comercialización e implementación de las tecnologías inteligentes e innovadoras de automatización y
domótica en los hogares, oficinas y edificios, Horus Smart
Control satisface las necesidades de sus clientes
personalizando aplicaciones que generen seguridad, manejo de
ambientes y confort y que a su vez hagan un uso eficiente de
la energía.
La tecnología usada es Z-Wave, la cual permite que los
productos domésticos regulares como luces, cerradura de
puertas y termostatos puedan controlarse de forma inalámbrica
y segura a través del control del teléfono, de una tablet o de un
computador.
Figura 57. Sistema Horus Smart Control
La red Z-Wave incluye hasta 232 nodos entre controladores y
esclavos, los cuales retransmiten el mensaje garantizando la
conectividad al interior de una casa residencial.
Entre los productos pertenecientes a Horus Smart Control se
encuentra Horuscam P2P, una cámara de alta calidad, útil para
el reconocimiento humano de manera efectiva y precisa;
enfocando su uso en hogares y oficinas para brindar
soluciones económicas y eficientes. No requiere IP fija, por lo
que se puede conectar modo Wi-Fi, grabar y tomar capturas de imagen las cuales son almacenadas de forma local en una
tarjeta micro SD de hasta 32GB, captar video en tiempo real o
enviar notificaciones a la cuenta propia del correo electrónico
con el que cuenta.
33
Figura 58. Elementos del sistema de Horus
Además el sistema domótico puede enviar notificaciones al correo electrónico registrado, activar la alarma y a su vez
iniciar grabación visualizada desde un dispositivo móvil sin
importar la ubicación.
En cuanto a seguridad de cerraduras, Horus Smart Control
ofrece un kit tecnológico que permite programar hasta 200
códigos diferentes según las necesidades del cliente y grabar la
hora de entrada del código.
La temperatura del hogar se puede controlar gracias a ésta
aplicación por medio de termostatos inteligentes programando
el encendido y apagado del aire acondicionado en horarios
programados permitiendo ahorrar energía; adaptable a usos y oficinas.
Estas son algunas de las cosas que puedes hacer con Horus
Smart Control:
Apagar y encender tus luces.
Abrir y cerrar tu cerradura.
Programar la temperatura de tu aire acondicionado.
Saber en tiempo real quién entra o sale de tu casa.
Recibir notificaciones de la alarma.
Kit de seguridad inteligente
El sistema de alarma inteligente más económico, seguro y
fácil de utilizar » Controla y monitorea la seguridad de tu
hogar a través de nuestra aplicación en cualquier momento, en
cualquier lugar del mundo desde tu PC, Smartphone o Tablet.
Arma y desarma tu alarma cuando lo necesites: si
algún sensor es violado, el sistema automáticamente
te enviará una notificación al correo electrónico que
configuraste y activará la sirena ahuyentando al
ladrón, la cámara grabará todo lo sucedido en tu casa
al momento de activarse la alarma, lo cual podrás ver desde tu dispositivo móvil.
Este kit es tu entrada al mundo de las casas
inteligentes » Más de 900 tipos de dispositivos
compatibles como interruptores, termostatos,
sensores, cerraduras y cámaras de seguridad se
pueden adicionar fácilmente a tu sistema Horus
Smart Control.
Con tu controlador Horus-link cerebro del sistema
podrás controlar hasta 50 dispositivos más.
Todas estas funcionalidades desde una sola
aplicación, que puedes instalar a tu celular, tablet o tu
computadora.
¿Qué esperas? Protege lo que más quieres. No hay
segundas oportunidades para la seguridad de tu
hogar.
Kit de iluminación ¡Ahorra energía, las luces de tu hogar o empresa ahora son
inteligentes! Enciende y apaga las luces de tu hogar o
empresa, desde tu Smartphone, Tablet o PC, desde cualquier
lugar del mundo. Controla cargas livianas como ventiladores,
extractores, entre otras, por medio de nuestros Interruptores de
lujo táctiles que cuentan además, con un diseño elegante y
acabado en vidrio de seguridad.
Sistema domótico para el control de iluminación:
Enciende, Apaga y Programa tus luces. también podrás nivelar la cantidad de luz de tus luces
regulables.
Gestiona las luces de tu hogar
remotamente y ¡Ahorra energía!
Por medio de nuestra aplicación en tu Smartphone,
Tablet o PC podrás controlar la iluminación de tu
hogar fácilmente.
No necesitas modificar tu red eléctrica, solo debe
cambiar sus interruptores antiguos por los nuestros
Interruptores de lujo con acabado en vidrio de
seguridad: valoriza tu casa y dale un toque de elegancia.
Programa encendidos y apagados automáticos: Si
sales de viaje, esta opción dará mayor seguridad a tu
hogar.
Uso residencial y comercial: disponible en cualquier
infraestructura ya sea para casas u oficinas.
Kit de cerradura inteligente ¡Vive tranquilo! Recibe notificaciones de tu cerradura en tu
dispositivo móvil. Con este kit de cerradura inteligente, podrás
programar hasta 200 códigos diferentes, activarlos y
desactivarlos según tus necesidades, desde tu Smartphone, Tablet o pc. Además, podrás conocer la hora de entrada de
cada código que estableció, permitiéndote mayor control y
seguridad para tu hogar. La cerradura inteligente cuenta con
las siguientes 3 formas de apertura: Llaves, digitando la clave
en la pantalla táctil de la misma y a través de nuestra
aplicación en un dispositivo móvil conectado a Internet.
Sistema domótico para el control de acceso a tu hogar
por medio de nuestra aplicación en tu Smartphone,
Tablet o PC.
Tres formas de apertura: Llaves, clave y/o cualquier
dispositivo conectado a Internet.
Hasta 200 usuarios con claves independientes.
Autoriza y restringe accesos sin cambio de llaves.
Notificaciones a tu Smartphone: error de código
introducido, advertencia de batería baja.
Kit de climatización inteligente El sistema de climatización inteligente más económica, segura
y fácil de utilizar, controla la temperatura de tu hogar a través
de nuestra aplicación en cualquier lado del mundo desde tu pc,
34
Smartphone o Tablet. Programa tu sistema de climatización
para que tu casa te de una bienvenida agradable con la
temperatura deseada.
Sistema demótico de termostato inteligente
Fácil instalación y configuración
Uso residencial y comercial: se adapta a casas u oficinas.
Por medio del termostato se puede programar el aire
acondicionado para que se encienda o se apague en
horarios programados o cuando el ambiente alcance
la temperatura deseada permitiéndote ahorrar energía.
Puedes ampliar tu sistema: adiciona nuevos
dispositivos a tu kit para controlar sensores, luces,
cerraduras, cámaras, todo desde una sola aplicación.
Figura 59. Interfaz gráfica de Horus
Figura 60. Diseño de arquitectura presentado por horus
Smart
35
Figura 61. Diagrama de flujo para la programación del sistema domótico
36
IV. PROCEDIMIENTO
Figura 62. Imagen de la planta realizada para las pruebas
del sistema domótico
El proyecto del sistema domótico que desarrollamos fue
elaborado y programado en el software Codesys V3.5 SP7
Patch 3 el cual nos da la facilidad de usar la tarjeta raspberry
pi como PLC y en ella descargar la aplicación desarrollada.
El software Codesys fue desarrollado para la programación de
controladores, está basado sobre el estándar industrial
internacional IEC 61131-3. Tiene 6 lenguajes de programación incluidos en su entorno, los cuales son:
IL (Lista de instrucciones)
ST (texto estructurado)
LD (Diagrama ladder)
FBD (Diagrama de bloque de funciones)
SFC (Bloque de funciones secuenciales)
CFC (Grafica de funciones continuas)
También viene incorporado con un módulo para realizar
interfaz gráfica sencilla y amigable a la vista del usuario, en el
cual después de haber realizado la interfaz puede ser
visualizado por medio de una web que funcione con HTLM5
siempre y cuando el controlador tenga conexión a la red y
permita establecer la conexión por medio de su dirección IP.
Figura 63. Interfaz gráfica desarrollada en codesys.
En la ejecución de nuestro proyecto tenemos la Raspberry pi
como PLC y cerebro de todo el sistema domótico la cual para
conectar con el software codesys es necesario instalarle una
librería a la tarjeta (Codesys control de raspberry pi SL)
disponible en la página oficial de codesys, desde este punto ya
podemos conectar la tarjeta con el software y realizar la
programación a nuestra aplicación. Para la programación
hemos usado dos leguajes estándar de codesys el LD ya que es
el más conocido en la programación de PLCs y por otro lado usamos el lenguaje CFC ya que durante el transcurso del
proyecto usamos el módulo I2C que tiene la tarjeta, y es más
sencillo la programación realizando la llamada a los bloques
de funciones necesarios.
Figura 64. Diagrama de arquitectura distribuida del proyecto.
Para nuestro proyecto lo interesante de la raspberry pi es su
conectividad al internet por medio de un cable Ethernet o un
adaptador wifi, dándonos la facilidad de controlar el proceso
de activación por medio de una interfaz que se ejecuta en una
página web. Sus pines GPIO también son un punto a favor de
la tarjeta ya que en ellos conectamos los módulos de los cuales
depende la conexión o desconexión de nuestros nodos finales. Algunos pines de alimentación de 5 y 3.3 voltios están siendo
usados para energizar los drivers PCA 9685 y el módulo de
relevos de 4 canales, por otro lado se usan cuatro pines BCM
para el envió del pulso de activación de los canales del módulo
de relevos y finalmente los pines dedicados a la comunicación
I2C los cuales son el SDA (línea de datos) y el SCL (reloj
serial) los cuales van al driver PCA 9685 y hace el control del
pulso PWM.
Figura 65. Tarjeta raspberry pi
37
Con el objetivo de cuidar la raspberry pi para que no sufra
daños al recibir la corriente necesaria para alimentar los
módulos necesarios en el proyecto, hemos realizado medidas
de consumo de corriente en cada módulo conectado a la
raspberry individualmente y a continuación mostramos la tabla
de resultados de esas medidas:
Elemento Consumo de corriente
Tarjeta Raspberry pi B+ 700 mA
Driver PCA 9685 control de
servos
Aprox. 5 mA
Módulo de 4 relés control iluminación
70 mA
Módulo de 1 relé control total Aprox. 4 mA
Cada pine GPIO Raspberry pi
B+
2 mA
Tabla 1. Consumo de corriente que percibe la tarjeta
raspberry pi
Nota: El consumo de corriente de los servomotores no lo
tenemos en cuenta ya que no está conectado directamente a la
raspberry, sino que tiene una fuente externa.
Con la medida del consumo de corriente observamos que es
necesario alimentar la tarjeta con un mínimo de 800 mA,
usaremos un adaptador que nos ofrece 1 amperio a los 5
voltios necesarios para alimentar la raspberry pi
Control de las válvulas
A la raspberry pi como procesador principal del sistema le
activamos el bus de comunicaciones estándar I2C para el uso
del módulo periférico PCA 9685. Este driver tiene la
capacidad de controlar hasta 16 servos con una resolución de
12 bits y trabajar a una frecuencia desde 24 HZ hasta 1526 Hz.
Para energizar el driver lo conectamos a un pin de
alimentación de 3.3 voltios pero para energizar los
servomotores es más viable usar una fuente externa de 5
voltios ya que si usamos la alimentación de 5 voltios de la raspberry pi y al cambiar de dirección el servomotor causa
gran cantidad de ruido lo que haría que el voltaje comience a
variar, lo cual es negativo para la raspberry ya que estos pines
van directos a la alimentación de la tarjeta y podría terminar
en causar graves daños.
Figura 66. Driver controlador de servos
La modulación de ancho por pulsos (PWM) modifica el ciclo
de trabajo de una señal periódica, esta señal está compuesta por un valor alto y uno bajo los cuales funcionaran por un
ciclo de trabajo el cual permitirá enviar una señal cuadrada.
Una desventaja fuerte de este tipo de señales es hay la
posibilidad de que haya interferencias generadas por la
radiofrecuencia.
Figura 67. Servomotor
Control de las salidas de iluminación
En el momento de querer controlar una carga que demanda
más corriente de la que entrega la raspberry como una
bombilla es insuficiente usar los pines como salidas de control
para la iluminación aquí es donde implementamos el módulo
de relevadores opto acoplados de 4 canales para ilustrar la
activación de 4 salidas de iluminación en el hogar. Que
reciben la señal de la raspberry y con esta nos permite activar
las bombillas a los 120 voltios.
Figura 68. Módulo de 4 relevos
Control total de las salidas conectadas
Nuestro control para los elementos lo hacemos con un relé
electromecánico opto acoplado que evitara daños en la tarjeta
por corrientes o tenciones excesivas causados por efectos
transitorios al energizar o des energizar el transistor que viene
con el circuito del relé.
Figura 69. Relé control total
38
Escenarios programados para el control simple del hogar
Uno de los grandes objetivos de la domótica es facilitar la vida
en la casa y reducir el trabajo rutinario que se debe realizar
para ciertas situaciones en nuestro hogar, por lo cual hemos
desarrollado varios escenarios pensados específicamente en el
sistema que implementamos para hacer más sencilla la vida
del usuario domótico.
Vacaciones: Escenario diseñado para el momento en
el cual salimos de vacaciones y dejamos nuestro
hogar inhabitado, entonces necesitaremos desactivar
todos nuestros dispositivos y el control total. Sería
algo innecesario ingresar a cada interfaz de control
para desactivar una por una las salidas. Fácilmente
con un solo clic desactivamos todos los puntos de
control.
Hora de dormir: En aquel momento que ya nos
vamos a descansar y vamos directamente a nuestro
cuarto, puede suceder que dejemos las luces de otras
habitaciones encendidas y/o activa la válvula del gas,
este perfil permite desde la interfaz de escenarios
activar “Hora de dormir”, y como resultado
desactivaremos toda la iluminación y la válvula de
gas, dejando activa únicamente la válvula de agua por
si se nos presenta la necesidad del preciado líquido.
Merienda: Es planeado para cualquier momento que
deseamos ingresar a la cocina, este activara la
iluminación de la cocina y la válvula de gas.
Fuera luces: Este escenario funciona para el
momento en que queramos desactivar únicamente la
iluminación con un solo clic sin afectar el
funcionamiento de las válvulas de gas y agua.
Riego: Esta ya es una aplicación externa y a futuro
está pensada cuando instalemos la válvula de agua y
una salida de control para el riego automatizado y
controlado de nuestro jardín.
INTERFAZ GRÁFICA UTILIZADA
Para desarrollar la interfaz gráfica de nuestro proyecto
utilizamos las herramientas visuales disponibles en Codesys
V3.5. La configuración visual permitió que el usuario del sistema domótico no tenga ningún problema o confusión al
momento de activar o desactivar las funciones disponibles,
cumpliendo el objetivo de sencillez y eficacia.
Nuestra interfaz gráfica posee 5 opciones iniciales para el
usuario como se muestra en la siguiente imagen.
Figura 70. Visualización de entrada del sistema domótico
En esta parte de la visualización se espera lograr que el
usuario de forma sencilla y amigable elija si quiere controlar
la iluminación parcial o total del hogar, la acometida de agua
y/o gas y también dispone de una función complementaria con
unos escenarios programados que son recurrentes en la vida de
un usuario promedio.
En caso que el usuario haya elegido escenarios o perfiles
encontrara una visualización como la presentada en la
siguiente imagen.
Figura 71. Acceso a la opción escenarios predeterminados.
La explicación correspondiente de esta selección se encuentra
anteriormente. Por último se presentara en las siguientes imágenes el
contenido por sub visualizaciones derivadas de las opciones
principales del sistema domótico.
Figura 72. Plano en vista superior de la vivienda control de iluminación.
39
Figura 73. Representación de válvula de agua.
Figura 74. Representación de válvula de gas.
Por otra parte se utilizó la herramienta webvisu para poder
realizar el control de todos los elementos anteriormente
nombrados, desde una página de internet, el diseño del plano
en vista superior del hogar se realizó en AutoCAD 2013 para
una mejor definición y exactitud en el área real del
apartamento.
V. CONCLUSIONES
Después de haber realizado una investigación
informativa y técnica de los sistemas domóticos
existentes a nivel nacional e internacional, la
propuesta hecha por nosotros cumple con los
requerimientos básicos de un sistema de bajo costo
y con grandes posibilidades de ser mejorado.
Se logró realizar una interfaz gráfica sencilla y de
fácil manejo por el usuario quien podrá con un
simple clic desde su celular o cualquier pantalla
por medio de webvisu, visualizar y activar o
desactivar iluminación parcial y total de su hogar,
también podrá controlar la apertura y cierre de la
acometida de gas y la acometida de agua.
En cuanto a eficiencia energética se programó el
sistema con distintos perfiles o escenarios que
hacen posible que el usuario tenga seguridad que si
sale del hogar el sistema se prepara para apagar
luces encendidas por olvido y otros puntos como
llaves de agua y los quemadores de la estufa
dejando sin el suministro desde las acometidas.
Cómo conclusión final, se puede decir que diseñar
un sistema domótico básico que genere seguridad,
confort y ayude al planeta ambientalmente es
posible, en cuanto a costo y materiales usados se
puede determinar que es viable y la dirección o
rumbo que se le puede dar a la domótica depende
directamente de lo que requiera el usuario.
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