Tecnología de código abierto para una Smart Home

El presente artículo, presentado como ponencia en la Jornada de Fenercom del pasado 23 de junio sobre Conectividad de equipos e instalaciones en viviendas inteligentes (Smart Home), trata de centrar la temática en tecnologías contrastadas, fiables, y no a un boom como el que está teniendo lugar con el denominado Internet de las Cosas. La aplicación de Internet a los objetos cotidianos y su interacción a través del móvil parece llamada al éxito, pero a futuro.

El concepto Smart se está introduciendo con fuerza en nuestra sociedad actual. El empuje de las tecnologías de la información y de la electrónica aplicada a la vida cotidiana ha acuñado la expresión Hogar Inteligente o en su acepción anglosajona ‘Smart Home’. En una primera aproximación, se trata de procedimientos y equipos que, aplicados a nuestro hogar, nos proporcionan más calidad de vida, seguridad y ahorro energético.

Sin embargo, este artículo trata de centrar la temática en tecnologías contrastadas, fiables, y no a un boom como el que está teniendo lugar con el denominado Internet de las Cosas. La aplicación de Internet a los objetos cotidianos y su interacción a través del móvil parece llamada al éxito, pero a futuro.

De momento, las iniciativas son muchas y dispares, y algunas incluso fallan al no disponer de estándares o plataformas estables. Lo cierto es que la aportación que hacen en pro de la imaginación y del futuro hogar conectado es innegable. Mientras el mercado clarifica miles de iniciativas que surgen, lo cierto que el Hogar Inteligente tiene un poso tecnológico irrenunciable y una instalación y mantenimiento fruto de profesionales acreditados.

Las sucesivas Directivas Europeas que definen las estrategias de impulso de la eficiencia energética han servido para fijar objetivos. Unas metas en términos de ahorro, sostenibilidad y rehabilitación/renovación que comprometen a los estados miembros.

Entender la construcción y/o rehabilitación de edificios desde una perspectiva transversal, integral, es a día de hoy una obligación. Aun acometiendo proyectos de forma parcial, el fin último del ahorro y eficiencia en los consumos energéticos se maximiza cuando se acometen los proyectos desde todas las perspectivas (envolvente del edificio, accesibilidad, instalaciones, carpinterías, etc.).

La combinación de soluciones activas y pasivas ofrece resultados muy positivos, siendo el caso de los sistemas de gestión Smart los que potencian el ahorro, sensorizando el inmueble y adaptando el hogar a las necesidades del usuario en cada momento.

En el mercado existe cierta confusión con respecto a los sistemas Smart, y una oferta muy heterogénea. Básicamente, los sistemas de gestión energéticos nos permitirán monitorizar la instalación, controlando e interactuando con nuestro hogar.

Dar el salto a una tecnología Smart transforma nuestro hogar desde un sistema pasivo a un sistema interactivo. Debidamente programado y gestionado, la vivienda puede adaptarse dinámicamente a los cambios y crear rutinas y acciones correctivas que devienen en una mejor experiencia del usuario con su casa, ahorrando energía sin perder confort.

El origen de todo el despliegue tecnológico del Hogar Inteligente tuvo su origen en la Domótica. Un término con el que se define la tecnología que permite al usuario controlar y automatizar su hogar o negocio.

La domótica favorece el ahorro energético en electricidad, combustibles fósiles y en agua, aportando confort, seguridad, accesibilidad, y fácil comunicación con el hogar. Y todo ello, mediante la gestión Smart de la iluminación, la climatización, el uso del agua -sanitaria o para el riego-, electrodomésticos, etc.

3.1. Motivación de instalar sistemas Smart Home

El progresivo aumento de los precios de la energía, en especial, la factura eléctrica, es suficiente argumento para que un cliente final considere la tecnología Smart Home.

En definitiva, la domótica de hoy contribuye a aumentar la calidad de vida, hace más versátil la distribución de la casa, cambia las condiciones ambientales creando diferentes escenas predefinidas, y consigue que la vivienda sea más funcional al permitir desarrollar facetas domésticas, profesionales, y de ocio bajo un mismo techo. Todo ello hace que se aproveche más el tiempo que pasamos en casa, que hoy día tiende a ser cada vez menor.

Desarrollar una instalación Smart aprovecha en gran medida los servicios digitales de que disponemos en nuestros edificios, aunque requiere de su propia instalación y conexionado.

Componentes del sistema Smart:

• Controladores, que nos permiten actuar sobre el sistema
• Medio de transmisión, bien cableado o inalámbricos
• Actuadores: que son los que reciben e interpretan las órdenes del controlador
• Sensores, o detectores, que sirven de ojos para el sistema Smart
• Interfaz: los dispositivos y formatos con los que informarse y mostrar la información del sistema. En remoto, vía Internet.

Dependiendo de los valores registrados se toman decisiones a través de los actuadores. Por ejemplo, el sistema Chint Control está diseñado para unificar actuadores (o hardware) de distintos fabricantes y protocolos, y a través de su interface poder controlar de modo inteligente todos los elementos que conectemos.

La clave de este modelo de Smart Home es que está basado en los principios de software libre, con componentes sencillos, con un coste razonable, y que facilita la automatización del hogar amortizando el proyecto a corto plazo.

4.1. ¿Qué sensores debe tener una Smart Home?

La instalación domótica propuesta puede disponer de sensores y elementos como los siguientes:

• Detectores de movimiento (para seguridad, control de accesos, o control de iluminación).
• Control de piscina, jacuzzi, sauna, etc.
• Control de iluminación por salas.
• Sistema de seguridad.
• Sistema de riego.
• Control remoto de termostatos.
• Sistema de sonido ambiente.
• Sistema de climatización.

Y todo centralizado en el controlador con el que podremos conectarnos vía IP con el móvil, Tablet, PC.

4.2. ¿Por qué un controlador de código abierto?

Existen diferentes sistemas, tanto de tipo propietarios como estándares, que permiten la automatización del hogar. La ventaja del sistema de código abierto es que permite que el controlador sea mucho más versátil.

El epicentro de toda la instalación Smart, Chint Control, está configurado con distintos tipos de entradas tanto analógicas como digitales, y la posibilidad de ampliar mediante módulos adicionales. La gran versatilidad del controlador está justificada al disponer de todo tipo de entradas, adaptándose a cualquier escenario que queramos supervisar y controlar.

El dispositivo Chint Control puede funcionar de modo autónomo, algo útil en caso de pérdida de conexión vía IP. Cada controlador se comunica mediante una red IP con los equipos de supervisión, siendo realmente cómodo comunicarse a través de Smartphone, tablets, o incluso hosts que se configuren para supervisar un gran número de controladores.

Se ha optado por una tecnología basada en la infraestructura y protocolos de red más extendido actualmente, TCP/IP, con unos comandos fáciles de aprender y utilizar. Por otro lado, el uso de software libre y código abierto facilita la implementación de mejoras y actualizaciones, evitando posibles dependencias tecnológicas y aminorando costes de mantenimiento al cliente final.

Una instalación Smart para el hogar nos aportará:

· Un ahorro energético considerable:

• Climatización: zonificando y programando.
• Mejor gestión de la demanda eléctrica.
• Racionalizar las cargas eléctricas.
• Mejorar el consumo de agua automatizando el riego, y con grifería inteligente, pudiendo avisar de pérdidas o consumo inusual.

· Confort en la vivienda

• Iluminación cuando es necesaria.
• Automatización de procesos y hábitos.
• Control vía Internet con interfaz disponible en pc, Tablet y Smartphone.

· Seguridad. El sistema propuesto es seguro, fiable, y tolerante a fallos

• Alarmas de intrusión.
• Cierre de persianas.
• Simulación de presencias.
• Alarmas de detección.
• Alerta médica.
• Acceso a cámaras IP.

· Comunicaciones

• Control tanto externo como interno.
• Control remoto bien con mandos inalámbricos o a través de la interfaz.

Mejora la accesibilidad para personas con limitaciones funcionales o discapacidad.

Una de las condiciones de un sistema Smart ha de ser que ofrezca ventajas al usuario, sencillez de manejo y accesible. Llenar el hogar de mandos extraños complicados de manejar no es el objetivo. Se trata de que los habitantes del hogar pueden usar el sistema de forma natural, sin perjudicar a sus rutinas ni bienestar de dicho hogar.

5.1. ¿De qué modo reducimos el consumo de agua?

A través de la instalación Smart basada en sensor, actuador y controlador, podemos ahorrar agua, tanto caliente sanitaria como la del sistema de riego.

Una configuración básica será la de detectar fugas de agua. De este modo, a través de un sistema de control y regulación centralizado detectaremos si se produce una inundación, dando la señal de aviso y en su caso provocando un corte del suministro.

Para la aplicación de control de riego, gracias a sensores de humedad o de lluvia, el sistema Smart podrá detectar el grado de humedad del suelo y decidir autónomamente si es necesario regar el jardín. Incluso se podría reciclar aguas grises a través de sensores que midan la calidad de dichas aguas.

Finalmente, la aparición de griferías inteligentes permite interactuar con el caudal y la temperatura. Gracias a estos sensores y actuadores, se evita el goteo y las pérdidas de agua potable.

5.2. ¿Qué conseguimos controlar?

• La supervisión de todas las salas y dormitorios.
• La integración de los controladores y actuadores con la instalación eléctrica de forma sencilla.
• Control absoluto de iluminación
• Control de persianas motorizadas, a través de sensores lumínicos, de temperatura, etc.
• Control del consumo eléctrico mediante la gestión y monitorización de aparatos y electrodomésticos
• Control de la climatización, bien sea calefacción o aire acondicionado, indistintamente
• Que el sistema permita el ahorro de agua, detectando consumos indebidos o fugas.
• La utilización de componentes de uso común en el mercado para la infraestructura de comunicaciones, a fin de evitar la dependencia tecnológica.
• Que el sistema pueda operar sin interrupción, incluso ante averías.
• Que el modelo de instalación quede bien documentado. Para ello, el instalador-integrador profesional deberá facilitar al cliente los Diagramas de Despliegue de la Red, los esquemas tipo de integración, topología y cualidades de la red que garanticen la continuidad del servicio, así como definir las funcionalidades para el control y supervisión vía interfaz gráfica.
• En caso de fallo total del sistema Smart, poder dar servicio al hogar en ‘modo manual’.

El Controlador Chint Control es un producto acabado, en el que sólo se han de asignar las entradas y salidas analógicas/digitales, además de cada sensor y/o actuador. La correcta asignación de estos inputs-outputs facilitará una instalación inteligente en función de las necesidades que exponga el cliente final.

Por ejemplo, una asignación tipo puede ser la que se expone en la siguiente figura:

Equipo programado en origen con toda la lógica de gobierno de los elementos que se encomienden a cada entrada-salida. Configurado con software de distribución libre, dispone de una interfaz gráfica para el control en remoto desde cualquier dispositivo electrónico tipo Smartphone, Tablet, pc.

Para configuraciones personalizadas se recomienda la ayuda y consultoría de un integrador profesional.

Una de las características adicionales del equipo es la comunicación MODBUS. Un estándar de comunicación de uso extendido en el ámbito industrial, por lo que la cantidad de sensores, medidores, actuadores, a integrar y controlar vía IP es enorme.

Características técnicas:

• 8 salidas digitales.
• 8 entradas digitales.
• 8 entradas analógicas.
• 1 puerto Ethernet RJ45.
• Puertos de expansión 1 int. + 1 ext.
• Protocolos soportados: UDP, HTTP, netcat.
• Puertos virtuales: 48.
• Enlaces: 32.
• Configuración con interfaces graficas o con comandos.
• Modos de operación: manual, mediante interfaz web incorporada, TCP/IP, y en autónomo, aislado de la comunicación vía Internet.
• Instalable sobre carril DIN, ocupa 4 polos, perfectamente integrable dentro del cuadro de protección eléctrica.

Bibliografía:

• Cómo ahorrar energía instalando domótica en su vivienda. IDAE, 2008. Autores: Cedom, la Asociación Española de Domótica, en colaboración con el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, IDAE.
• Diseño de un modelo de red domótica libre basada en componentes OpenDomo, para aplicación a un pequeño hotel. UOC Cataluña. Autor: Valeriano López Torres. Consultor: Miguel Martín Mateo. Tutor de prácticas externas: Oriol Palenzuela i Rosés. Fecha: Mayo-2014
• Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) – Concerted Actions European Commission
• Reglamento Electrotecnico de Baja Tension (RD 842/2002) y sus instrucciones tecnicas especificas (ICT-BT-51:“instalaciones de sistemas de automatizacion, gestion tecnica de la energia y seguridad para viviendas y edificios”)
• Directiva 2004/108/CE de Compatibilidad Electromagnética y RD1580/2006, por el que se regula la compatibilidad electromagnética de los equipos eléctricos y electrónicos
• Código Técnico de la Edificación (RD 314/2006)
• Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE, RD1027/2007, modificado por el RD 238/2013)