Red de Sensores y Actuadores IoT para Edificios Inteligentes.

Bielsa Godina, Paris Emilio
Casas Nebra, Roberto (dir.) ; Marco Marco, Álvaro (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2023
Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Área de Tecnología Electrónica

Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática

Resumen: Este trabajo propone el desarrollo de una red de sensores y actuadores IoT inalámbricos distribuidos en distintos lugares de un edificio capaces de recolectar variables ambientales o activar señales eléctricas o visuales según la necesidad del usuario final. Esto permitirá manejar numerosos dispositivos de un edificio de forma automatizada y remota para así poder observar variables ambientales del edificio y reducir el coste energético. Para realizar este sistema se desea crear una red capaz de comunicar información de nodos situados por numerosos lugares del edificio. Adicionalmente se desea también poder observar dichas variables a través de una interfaz web de tal forma que el usuario pueda visualizarlas o modificarlas a su gusto. Finalmente se busca mantener cierta independencia entre el protocolo de comunicación de los nodos de la red y el protocolo de comunicación del servidor central, para así poder reducir las vulnerabilidades del propio sistema y evitar ataques externos. A la hora de diseñar este sistema ha sido necesario estudiar las topologías y tecnologías existentes para la comunicación entre nodos de la red. Tras estudiar todas ellas se ha decidido utilizar el protocolo Zigbee que, a diferencia de otros protocolos como BLE, Thread, WiFi o Z-Wave, es un protocolo abierto y de bajo coste energético capaz de calcular dinámicamente la ruta ideal para transmitir la información. Toda la información de los sensores y actuadores será transmitida hasta un servidor central que se encargará de almacenar dicha información, transmitirla al usuario final a través de software de visualización de datos y permitir su modificación a través de llamadas HTTP. Adicionalmente dicho servidor se encargará de mantener la independencia entre ambos protocolos para así minimizar las vulnerabilidades y proteger a los nodos de posibles ciberataques. Respecto a este servidor nos hemos decantado por utilizar InfluxDB y Grafana para el almacenamiento y visualización de datos. InfluxDB es un motor de bases de datos especializado para datos temporales lo cual es óptimo para guardar datos enviados periódicamente por los sensores. Grafana es una interfaz web diseñada para visualizar detalladamente la información almacenada en bases de datos. Para transmitir órdenes a los actuadores ejecutamos rutinas de Node-Red mediante botones visibles en Grafana. Adicionalmente hemos diseñado un gateway capaz de traducir la información recibida desde la red Zigbee al protocolo MQTT del servidor central, y viceversa utilizando un dongle Zigbee-USB y el programa Zigbee2MQTT. Por último, los prototipos utilizan un microcontrolador de bajo consumo fabricado por Silicon Labs que es capaz de emitir y recibir datos a través de Zigbee. Dicho microcontrolador denominado EFR32MG24 tiene un coste de alrededor de los $10 y tiene un uso energético de tan solo 5mA a la hora de recibir información y de 20mA a la hora de transmitir información a 10dBm.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado