Memoria de actividades: Participación en actividades concernientes al proyecto. Sistema de Alumbrado Público con Energía Solar y Autodiagnóstico

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1 Memoria de actividades: Participación en actividades concernientes al proyecto Sistema de Alumbrado Público con Energía Solar y Autodiagnóstico Rábade García, Manuel Rodrigo Ingeniería en Computación Facultad de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México Durante el programa se llevo a cabo el desarrollo del software para el centro de administración del proyecto Sistema de Alumbrado Público con Energía Solar y Autodiagnóstico, que es parte de la linea de investigación Utilización y Ahorro de Energía del macroproyecto La Ciudad Universitaria y la Energía 1. El software tiene como objetivo la comunicación inalámbrica con una red de luminarias inteligentes para la administración centralizada del sistema. Durante la primera fase del programa se especificaron las características del centro de administración. La interfaz de usuario estaría integrada por una consola de operaciones en la cual se posicionarían las luminarias en un mapa de Ciudad Universitaria desde donde sería posible diagnosticar y controlar interactivamente los dispositivos. Las comunicaciones con las luminarias se llevarían a cabo mediante un módem XBee2 enlazando la red de luminarias con el equipo de computo dedicado al centro de administración. Se investigo y documento el funcionamiento del módem y de la especificación ZigBee3 bajo la cual opera la red de luminarias. Por último se especifico que el centro de administración se encargaría de diagnosticar periódicamente las luminarias para alimentar una base de datos con la finalidad de generar reportes de operación y ordenes de trabajo analizando los datos almacenados. 1 Sitio del Macroproyecto: 2 Sitio del fabricante de los productos XBee: 3 Sitio de la Alianza ZigBee:

2 Según los requerimientos y especificaciones del proyecto se diseño la arquitectura del sistema de computo que podemos dividir en dos áreas: interfaz de comunicaciones y centro de administración. En la investigación de la tecnología a emplear para cada una de estas áreas se llego a diferentes conclusiones. Por parte de la interfaz de comunicaciones se concluyo desarrollar por completo el software debido a las especificaciones y necesidades del proyecto. En el caso del centro de administración se concluyó desarrollarlo con la ayuda de diverso software adaptado y modificado a nuestro propio desarrollo bajo un modelo cliente servidor. Se previo utilizar software con licencia de tipo libre4 en las dos áreas del programa gracias a sus beneficios directos en costos y funcionalidad pero también por sus beneficios indirectos como son la facilidad de adaptarlo a las necesidades del proyecto y la libertad de redistribuirlo. La segunda fase del proyecto consistió en la puesta a punto del equipo de computo dedicado al centro de administración. El equipo de computo esta operado por un sistema basado en el núcleo Linux5 con las herramientas necesarias para el desarrollo del proyecto. Se decidió emplear un sistema de control de versiones para la gestión del código del proyecto. En la tercera fase del proyecto tuvo lugar con el desarrollo de la interfaz de comunicaciones y el centro de administración. Para el desarrollo de la interfaz de comunicaciones se diseño un programa en segundo plano que se encargara de traducir las peticiones del centro de administración en comandos aptos para el módem inalámbrico y la red de luminarias. La interfaz con el módem es de tipo RS-232 o USB con tramas de tipo UART, mientras que la interfaz con el centro de administración es vía el protocolo TCP/IP de transmisión de datos orientado a conexiones. 4 Definición de software libre: 5 Sitio del proyecto Linux:

3 El diseño del software de la interfaz de comunicaciones emplea el paradigma de la programación orientado a objetos y se compone de diversas clases que separan la funcionalidad del software. Las clases podemos dividirlas en tres tipos: interfaces de entrada y salida, codificación y decodificación de tramas ZigBee (por medio del módem XBee) y algoritmos específicos del proyecto. Gracias a esta separación es posible integrar la parte referente a la especificación ZigBee en otros proyectos con necesidades de comunicaciones similares. Durante el desarrollo de la interfaz de comunicaciones se empleo extensamente el conocimiento impartido en diversas asignaturas. Gracias a los conocimientos de la asignatura Redes de Datos fue posible comprender y trabajar con la especificación de red ZigBee. Para procesar la entrada y salida de información se emplearon técnicas de la asignatura Lenguajes Formales y Autómatas. En general, el conocimiento impartido en las matrerías Ingeniería de Software, Lenguajes de Programación, Sistemas de Comunicaciones y Estructuras Discretas fue aplicado durante el programa. Las pruebas de la interfaz de comunicaciones fueron satisfactorias en todos los aspectos y se dio por terminado el desarrollo de esta área. Para el desarrollo del centro de administración se eligió un arquitectura cliente servidor. El cliente ligero consiste en un navegador de Internet desde un equipo de computo multiproposito. El servidor consiste en un conjunto de aplicaciones que proveen al cliente ligero servicios de bases de datos, comunicaciones, mapas y aplicaciones. El servidor opera en el equipo dedicado al proyecto que previamente fue puesto a punto para esta función. El cliente y servidor están comunicados por Internet mediante el protocolo HTTP, el protocolo de cifrado SSL es empleado para asegurar y verificar el canal de comunicación entre las partes.

4 El servicio de mapas es proporcionado por MapServer6, una plataforma para publicar información espacial y aplicaciones de mapas interactivos. La información espacial que representa a Ciudad Universitaria fue contribución del Instituto de Geografía, el cual amablemente nos proporciono los datos espaciales del campus en un formato ideal para nuestra aplicación. El servicio de bases de datos es proporcionado por PostgreSQL7, un sistema de gestión de bases de datos relacionales orientadas a objetos. En la base de datos se almacena toda la información referente a las luminarias, circuitos y subestaciones del sistema de alumbrado público. Además la base de datos es alimentada periódicamente con diagnósticos de las luminarias. El servidor de comunicaciones es solo una pasarela entre el cliente ligero y la interfaz de comunicaciones anteriormente desarrollada y probada. El cliente ligero es una aplicación tipo Web 2.08 que integra un conjunto de librerías para el manejo del mapa interactivo además de la búsqueda, control y diagnostico de luminarias. El cliente ligero descarga su aplicación mediante al servidor HTTP de Apache9, que opera como servidor de aplicaciones desde nuestro equipo dedicado al centro de administración. El conocimiento de las asignaturas Bases de Datos, Dispositivos de Almacenamiento y Entrada/Salida, Administración de Redes, y Sistemas Operativos fue ampliamente aplicado en el desarrollo del centro de administración. Durante la colaboración del Instituto de Geografía surgió interés de su parte por el proyecto ya que en caso de llevarse a cabo un levantamiento de la posición geográfica de las luminarias de Ciudad Universitaria les sería de gran ayuda para realizar estudios 6 Sitio del proyecto MapServer: 7 Sitio del proyecto PostgreSQL: 8 Definición de Web 2.0: 9 Sitio del servidor HTTP de la fundación Apache:

5 referentes a la criminalidad y su relación con el alumbrado del campus. La última fase del proyecto consistió en las pruebas del centro de administración que fueron satisfactorias. La página del proyecto es: El prototipo funciona hasta la fecha aunque su alcance y condiciones de operación son limitadas por la localización de las luminarias en un laboratorio en el cual no es conveniente mantenerlas encendidas mucho tiempo debido a la cantidad excesiva de calor que generan. Los beneficios sociales derivados del trabajo en el programa son diversos. Con los reportes de operación es posible detectar las luminarias con desperfectos o cercanas al final de su vida útil. El mantenimiento preventivo es vital para ahorrar energía ya que la eficiencia de las luminarias desciende al final de su vida útil. El oportuno mantenimiento correctivo beneficia a la sociedad con un sistema de alumbrado más eficaz, aumentando la seguridad en las áreas públicas del campus. Gracias al control remoto es posible apagar y encender luminarias manualmente o de manera automática según sea requerido, el beneficio es un consumo energético mas eficiente sin sacrificar la calidad del servicio.

6 Anexo Vista del campus universitario en la consola de operaciones.

7 Diagnostico de una luminaria inteligente.

8 Control de luminarias agrupadas por circuito o subestación.

9 Bitácora de operación de una luminaria.

10 Prototipos de luminarias inteligentes.

11 Instrumentación de control y diagnostico para las luminarias.

12 Módem de comunicaciones inalámbricas Xbee-PRO.

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