1.1 INTRODUCCIÓN MINI_ENERGY BOX PARA LA MONITORIZACION DEL CONSUMO A NIVEL DOMESTICO RESUMEN DEL PROYECTO. Autor: Martín Castro, Javier

Transcripción

1 MINI_ENERGY BOX PARA LA MONITORIZACION DEL CONSUMO A NIVEL DOMESTICO Autor: Martín Castro, Javier Directores: Sadot Alexandres Fernández, Daniel Muñoz Frías Entidad Colaboradora: ICAI- Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO 1.1 INTRODUCCIÓN La domótica lleva años operando en miles de viviendas con distintos niveles de complejidad y con tres objetivos básicos: la seguridad, la habitabilidad y el ahorro en el consumo energético. Dentro de estos tres objetivos el consumo energético es una de las grandes preocupaciones de la sociedad actual. Frente a la subida de la tarifa energética, los usuarios buscan cada vez más la optimización del uso de la energía en sus hogares. Gracias al desarrollo de la domótica, en estos últimos años, han surgido a nivel europeo diferentes soluciones que pueden ayudar al usuario medio a reducir su factura de la luz, así como llevar un control de su consumo doméstico. Por otra parte se ha producido también una expansión de Internet a nivel doméstico y un desarrollo de dispositivos smart (televisiones smart, teléfonos smart, tabletas...etc.). Gracias a los router-wifi, la existencia de redes locales donde todos los dispositivos de un hogar están interconectados es ya algo habitual. Lo que hace crear un servidor local desde el que monitorizar y controlar los diferentes consumos sea algo muy práctico. En la actualidad, existen pocos sistemas domóticos disponibles en el mercado para el control de los consumos a nivel doméstico, y tan solo uno a nivel nacional. Figura 1: Ejemplo de sistema parecido actual. Open Energy Monitor [1]

2 El objetivo de este proyecto es, por tanto, el desarrollo de un medidor de energía (energy box) preciso y barato, con posibilidad de conectarse a una red domótica fácilmente. Este módulo será posteriormente conectado a una red completa de sensores idénticos que será monitorizado desde un servidor local. Todo ello procurará realizarse buscando el mínimo coste de desarrollo para poder ser accesible al mayor número de consumidores y la máxima flexibilidad, para poder adaptarse fácilmente a cualquier otro sistema domótico. 1.2 ARQUITECTURA El resultado final del proyecto es un sistema domótico que el usuario puede controlar desde cualquier parte de su hogar, gracias al servidor de internet creado en la red local y siempre que disponga de un dispositivo con conexión a internet. La arquitectura completa del sistema se refleja en la Figura 2. Figura 2: Arquitectura global del sistema [1] Los usuarios interactúan con la vivienda inteligente a través de un dispositivo conectado a la red local. En ella existirá un servidor local encargado de monitorizar los datos recibidos de todos los nodos sensores repartidos por el hogar. La monitorización de estos datos se hará a tiempo real y se plasmará a través de una página web a la que el usuario accederá con su navegador. La comunicación entre el nodo de control y los sensores se hará a través de una red multipunto donde todos los sensores dispondrán de su propio canal de comunicación directa con el nodo control para evitar colisión de paquetes. Esto ayudará a mejorar la velocidad de transmisión de los paquetes ya que el protocolo de comunicación desarrollado no requerirá de control de errores ni de bits de identificación

3 Los nodos sensores serán los encargados de medir los consumos del hogar, calcular los parámetros de funcionamiento del consumo y enviar esas medidas calculadas al nodo central. Todo ello lo realizarán en tiempo real evitando así la necesidad de protocolos de control de paquetes erróneos. 1.3 RESULTADOS El sistema resultado consta por tanto de tres partes fundamentales: la medida, la comunicación y el control. La energy box desarrollada permite de una forma segura y precisa medir cualquier consumo de electricidad del hogar. Segura, ya que ha sido concebida teniendo en cuenta todos los protocolos de seguridad necesarios para evitar los posibles contactos directos del usuario con alta tensión. Preciso ya que es el único que controla al mismo tiempo tensión e intensidad, sin asumir valores típicos. La monitorización del sistema se realiza a través de la misma página web para todos los datos obtenidos por las diferentes energy box repartidas por toda la casa. La comunicación entre nodos se realiza con un protocolo de radiofrecuencia, lo que presenta varias ventajas frente a otros sistemas de comunicación: - Muy bajo coste. Las radios están muy expandidas en el sector de la domótica y cuestan muy poco. - Alta velocidad de comunicación. Pese a que el monitoreo de los consumos no requeriría muy altas velocidades, el sistema de comunicación por radiofrecuencia permite comunicaciones lo suficientemente rápidas para tener un control a tiempo - real de múltiples consumos. - Fácil implantación. Dado que se trata de un sistema de comunicaciones inalámbrico no requiere de ningún tipo de obra ni cableado. Además está desarrollado en la plataforma Arduino, muy expandida a nivel domótico - Fácil implementación. Frente a otros protocolos más complejos de comunicación ya implantados, la radiofrecuencia es un sistema desarrollado a nivel usuario lo que garantiza que haya una gran cantidad de foros y blogs al respecto. 1.4 CONCLUSIONES Este proyecto se ha centrado en conseguir una energy box que sea muy precisa en su medida, y capaz de medir tanto consumo como generación, teniendo presente que ha de ser lo más barata posible. Como objetivo secundario y para demostrar el funcionamiento de la energy box en sistemas domóticos, se desarrollará un sistema centralizado de consumos, con capacidad de controlar todos ellos a través de un servidor local, Como líneas para su desarrollo principales están la búsqueda del mínimo coste y la mayor flexibilidad para adaptarse a cualquier hogar

4 El resultado de este proyecto presenta tres ramas principales: - La obtención de un medidor de energía barato y eficaz capaz de controlar el consumo a tiempo real con una alta precisión. - El desarrollo de un protocolo de comunicación simple, para minimizar la cantidad de errores y desarrollado como una red multipunto. - La programación de un servidor local basado en la plataforma Arduino, capaz de recibir, gestionar y mostrar los consumos a tiempo real. El desarrollo de este proyecto pone de manifiesto las ventajas que proporciona la domótica a todos los niveles. 1.5 REFERENCIAS [1] Sitio web de OpenEnergyMonitor. [Online]

5 MINI_ENERGY BOX FOR MONITORING HOUSE S CONSUMPTION ABSTRACT 1.1 INTRODUCTION Home automation has been operating in thousands of houses for years, with different levels of complexity and three basic objectives: safety, comfort and savings in energy consumption. Between these three, the energy saving is one of the biggest concern in modern society. With the increasing prize of the electricity bill, people look forwards how to make a more efficiently use of the energy they use at their places. Afortunetely, thanks to the domotic s progress, nowadays there are many solutions to the medium user to acchieve this goal, at the same time that they control the energy waste. In the other hand there has been a wide expansion of internet and the so called smart devices (smarts TVs, smart phones, tablets...etc.). Thanks to the router-wifi, nowadays, having a house where all the devices are interconected is nothing uncommon. This makes having a local server where all the energy control is made, something really useful. Right now in the market, it exist just one domotic system that fully controls the home energy consumption in Spain, and just a few in Europe. Figure 1: Example of a similar system. Energy Monitor [1] The main goal of this project is then, the developement of an energy box with high accuracy and low price, and also able to easily connect with any domotic system already instaled in the house. This module will be afterwards conected to a domotic network with other similar devices and monitored through a local server. As other porpuses the system will try to be accesible to the more posible people so the final price of the energy box will be an important - 5 -

6 factor to achieve this goal. 1.2 ARCHITECTURE The final result is a domotic system where the user is able to control his energy consumption, no matter where he is if he has an acces to the local network. The full architecture of the system is shown in Figure 2. Figure 2: System s architecture [1] The users interact with the smart house through any device connected to the local network. In this network there will be a local server monitoring all the data obtained from the different nodes spreaded along the house. All this data will be readed and screened in real time in a web page where the user will access through his browser. The comunication between the control node (where the local server is hosted) and the sensor nodes is made through a multi-point network. That means that every node will have each personal pipe to directly comunicate to the control node. This protocol of comunication helps to avoid package collision and lost. This also helps to increase the communication speed because there is not need to have an error control or identification bits. The sensor nodes are the ones in charge of getting the data consumptions, calculating the main parameters and sending the obtained data to the control node periodically. Keeping in mind that the data read is send in real time (every few seconds), there is no need to make a complex error control protocol

7 1.3 RESULTS The final system results in three main parts: the measure, the comunication and the control. The developed energy box allows, in a safety and accurate way, to measure any home electricity consume. In a safety way because it protects the user from direct contact with high voltage.in an accurate way, because is the only one that measures both, the voltage and the current. The comunication between nodes is made with a radiofrecuency protocol, what has a lot advantages comparing with other comunication systems more commonly used. As a brief preview the mainly advantages are: - Low-cost. The radios used for this type of comunication are already widely used in domotics and we can easily find lots of models. - High comunication speed. Even though that the speed in comunication is not a really important factor when talking about consumes monitoring, the radiofrecuency has a quite high bit rate. - Easy installation. Being a wireless comunication system makes simple its instalation. - Easy developement. Radiofrecuency is a comunication system developed by users and not by any enterprise. That means that programing it is very intuitive and there is hundreds of forums where you can find useful information. 1.4 CONCLUSION This project has focused on getting an energy box, as accurate as possible, that will be also able to measure both, generation and consumption, keeping in mind that must be also as cheap as possible. As a second goal, and a way to demostrate the right function of the energy box in domotic systems, a control domotic system will be also developed. This system will be controlled through a local server. The main drivers for the developement are the minimum cost and the higher flexibility to adapt to any other system. The result of this project can be splitted in three achieved goals: - Getting a low cost energy box capable of measuring consumption with high accuracy and transmitting the data in real time. - Developing a fast comunication protocol, with almost none errors and also capable of making a mesh network. _ - 7 -

8 - Programming a local server, based on Arduino, that is able to recibe, manage and monitoring all consumptions in real time. This project shows the advantages that domotics has at all levels and situations. 1.5 REFERENCES [1] Open Energy Monitor. [Online]. Sliding menu _ - 8 -