Casa Inteligente. Descripción general del Sistema


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1 Casa Inteligente Descripción general del Sistema El sistema que se describe a continuación permite la gestión y el control inteligente del hogar de modo de mejorar el confort y permitir una gestión eficiente de la energía consumida. La arquitectura del Sistema, como se muestra en la figura 1, está formada por un controlador principal (Gateway y control) que gestiona en forma inalámbrica diversos nodos distribuidos a lo largo de la vivienda. Estos nodos pueden ser simples interruptores de luz, enchufes inteligentes, sensores de temperatura, de gas, de humo, audio portero, medidores de energía, etc. A su vez, el controlador principal se conecta a internet, dicha conexión puede ser inalámbrica via (WIFI) o mediante cableado UTP. A través de dicha conexión es posible acceder en forma remota ya sea desde un PC, tablet o Smartphone a los servicios provistos por el controlador y de esta manera comandar los interruptores o acceder a las lecturas de los distintos sensores, etc. Figura 1 La función del Controlador principal es gestionar las comunicaciones entre los diversos nodos, ya sean solicitadas a demanda por un usuario o efectuadas según esquemas de ejecución previamente programados (por ejemplo encender luces a intervalos programados para simular presencia, o consultar sensores a intervalos regulares para generar una curva de variación de temperatura o una curva de carga). Dentro del Controlador principal se encuentra un Framework de integración (ver Figura 2) que permite abstraer la complejidad de las comunicaciones inherentes a cada nodo. Permitiendo fácilmente agregar nuevos manejadores (handlers) que se comuniquen con nuevos dispositivos con diferentes protocolos que se deseen integrar al control inteligente. Así como también disponer de múltiples interfaces de usuario (Web, Android, ios, etc)

2 Framework de Integración Figura 2 A su vez, también se dispone un servidor web, el cual sirve de front end para que el usuario pueda gestionar remotamente los distintos nodos, y un gestor de base de datos para almacenar los históricos de las medidas de los sensores. Como funcionalidad adicional, tiene una salida de audio que, conectada a parlantes o auriculares, permite reproducir música ya sea de un NAS local o radio por internet. El control del reproductor se puede realizar desde un Smartphone mediante aplicaciones gratuitas de control de servidores MPD. Nodos Se pueden conectar hasta 254 nodos al controlador principal. Cada nodo se comunica con dicho controlador en forma inalámbrica utilizando la banda de 2.4 GHz. Si bien esta banda es utilizada por teléfonos inalámbricos y redes wifi, es posible seleccionar una canal de comunicación de modo que no se vean afectados por interferencia. El canal de comunicación que se establece entre los nodos y el controlador principal permite transferencia de datos bidireccional entre ambos en modalidad half dúplex a 250 kbps, y con un alcance de unos 10 m dentro de una casa y hasta cerca de 100 m al aire libre. Cada nodo cuenta con un identificar único que se preserva aun cuando se retira la alimentación al mismo. El protocolo de comunicación implementado es propietario y adaptado a los requerimientos del Sistema. El mismo cuenta con control de errores y retransmisión de paquetes en caso de pérdidas de los mismos. La alimentación requerida para hacer operar los nodos se toma directamente de la red eléctrica que controla, mediante una pequeña fuente del tipo sin transformador integrada a los mismos.

3 Nodo tipo Interruptor para iluminación Este nodo permite sustituir un interruptor convencional por un interruptor con sensor capacitivo controlable a distancia. Como se puede observar en la figura 3, el mismo está conformado por una fuente de alimentación, un micro controlador, un módulo RF, un control de potencia y sensores capacitivos. El diseño de dicho nodo es tal que su tamaño físico es lo suficientemente reducido para caber en las cajas embutidas estándares. Este tipo de nodo permite control local de las luminarias mediante pulsadores del tipo capacitivo, es decir sensibles al tacto, o control a distancia mediante el acceso al servidor web residente en el Controlador principal. El diseño cuenta con mecanismos de control de modo que ante caída del micro controlador o falla en la programación del módulo RF es capaz de recuperarse y volver a operar automáticamente. Figura 3 El control de potencia se realiza mediante relés de manera de poder comandar diversos tipos de lámparas y además dando feedback al usuario al actuar ya que produce un leve sonido. El diseño actual permite controlar hasta 2 circuitos independientes, cada uno con cargas de hasta 700 W. Nodo tipo Interruptor para electrodoméstico Este nodo permite controlar a distancia el flujo de corriente hacia un electrodoméstico. Es similar en concepción al Interruptor para iluminación. Puede contar con sensor capacitivo o no, en la figura 4 se muestra el diagrama de bloques sin el sensor capacitivo. Figura 4

4 Nodo tipo Sensor de temperatura Este nodo permite medir temperatura a distancia. El sensor de temperatura utilizado permite medir temperaturas desde -25ºC a 85ºC con resolución de 0.1ºC. El error en la medida es de +- 1ºC. Nodo tipo Medidor de energía Figura 5 Este nodo permite medir en forma estimada el consumo de energía. La medición se realiza mediante un transformador de corriente de relación 2000:1 y corriente máxima de 100 A. La lectura de dicho transformador es acondicionada de manera que pueda ser medida por el micro controlador. La medida que este realiza es en valor True RMS y el error en la misma es menor al 3%. El micro controlador toma medidas cada 1 segundo y calcula la energía consumida en ese período de tiempo, acumulándola cada hora y almacenando internamente hasta 72 horas. A pedido del Controlador principal puede enviar la lectura de la corriente instantánea, la energía consumida en la última hora, o descarga las 72 medidas guardadas. Front end Figura 6 A través de una dirección de internet se accede al front end de gestión de los nodos y de la información provista por los mismos. El usuario no requiere conocer la dirección IP de su conexión a internet, solo debe recordar una dirección fija ya que el controlador principal se encarga de mantener sincronizada la dirección IP (cambia en forma periódica por parte de

5 Antel) con la dirección fija. La dirección fija se gestiona mediante el uso de proveedores de servicios de DNS gratuitos tales como no-ip.com. A modo de ejemplo se muestran algunas pantallas del mismo (por ejemplo control de luces y temperatura actual e histórica de las últimas 24 hs) Interfaz de escritorio Este front end permite también, que un usuario no experimentado, pueda agregar nuevos nodos a la red mediante una interface simple e intuitiva.

6 Interfaz en dispositivos móviles Web:

7 3D Voz

8 Fotos Ejemplo de interruptor para iluminación, en este caso para dos lámparas. Detrás de los dibujos se encuentran los sensores capacitivos para el comando de las dos lámparas. Ejemplo de circuito de medidor de energía. En el mismo se observa el módulo RF por encima del micro controlador, la fuente de alimentación al fondo y el acondicionamiento de la señal sobre la izquierda. Elementos en tapa de desarrollo Topología de la red de nodos Actualmente la topología de la red de nodos es en estrella y cada nodo solo puede hablar con el controlador principal. Una mejora que se está desarrollando es permitir que la topología sea en esquema de árbol. Esto permite que se puedan poner nodos a mayores distancias que la del alcance desde el controlador principal ya que cada nodo individual puede retransmitir los mensajes que no son para él y así hacer que la comunicación llegue a los nodos más alejados. De igual manera se está implementando un algoritmo inteligente de modo que el árbol de nodos se pueda reconfigurar dinámicamente en forma automática, permitiendo que la red sea más robusta e inmune a perdidas de alcance ocasionados por interferencias. Control de electrodomésticos que cuenten con control remoto infrarrojo

9 Se está desarrollando un nodo con receptor y emisor infrarrojo capaz de aprender códigos de controles remotos convencionales y disponibilizarlos a través de la página web. De esta manera es posible comandar funciones de equipos particulares sin tener que intervenir físicamente en ellos. Por ejemplo en el control de equipos de aire acondicionado para ajustar la temperatura de los mismos.

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