Diseño e implementación de una arquitectura para hogar digital

Abstract

Este Proyecto Fin de Grado llamado Diseño e implementación de una arquitectura para hogar digital se enmarca en el campo de la domótica. La domótica se centra en el desarrollo de sistemas para automatizar aspectos de la vivienda, como pueden ser su gestión eléctrica, la seguridad o el confort de los habitantes. Aunque la domótica no es un campo novedoso, el continuo crecimiento de internet lo posiciona como uno de los campos que deberían tener un gran impacto en la sociedad debido a su enfoque, que no es otro que el de facilitar o incluso automatizar algunos partes del hogar. A pesar de ello, y aunque ya existen muchos sistemas domóticos a la venta, el nivel de implantación en las viviendas a nivel global es muy bajo. El principal problema que frena la globalización de la domótica es el mercado y sus empresas. Cada empresa desarrolla su propio sistema domótico, en el que únicamente pueden añadirse aparatos de esa empresa, que no son mejorables o de código abierto, aun teniendo los conocimientos para ello. Además, emplean protocolos propietarios que, aunque pueden haber sido desarrollados entre varias empresas, son cerrados y demasiado caros. Todos estos problemas se agrupan, mostrando una falta de estandarización y de colaboración entre las empresas del campo de la domótica. Y, además, estos problemas hacen al usuario que instala un sistema domótico en su hogar, alguien dependiente de esa empresa, quedando a merced de que cierre, cambie de manos o deje de dar soporte a su sistema domótico, quedando obsoleta una inversión que suele ser cuantiosa.
Buscando una solución, surge este proyecto. La idea es la de crear una arquitectura domótica para la automatización del hogar. El proyecto pasa entonces a ser una prueba de concepto con la que verificar la viabilidad de la idea. El proyecto es enfocado desde el punto de vista DIY (Do It Yourself) y la comunidad Maker, dos corrientes muy populares en internet que tratan de fomentar y premiar la creatividad personal, en este caso en el ámbito tecnológico. El principal condicionante es el bajo coste que debe suponer la creación del sistema, ayudando a mejorar su posible comercialización o implantación de manera libre por cualquier persona. Además, buscando enmendar algunos de los errores que padece la domótica, otro condicionante es que en la medida de lo posible todo el desarrollo de la arquitectura domótica debe ser mediante software y hardware de código abierto, buscando su escalabilidad y mejora en un futuro. Por último, la implantación del sistema debe ser lo menos intrusiva posible. Siguiendo estas ideas y condicionantes, ha sido desarrollada la arquitectura domótica que se explica en este documento. Este sistema tiene topología en estrella, teniendo así un único controlador para manejar o interactuar con los diferentes dispositivos desarrollados. Este controlador proporciona al usuario una interfaz de interactuación con el sistema mediante una aplicación web. Cuatro han sido los tipos de dispositivos desarrollados para este proyecto. Siempre comunicados con el controlador mediante el protocolo WiFi para facilitar su instalación en cualquier hogar sin necesidad de obras. Los tipos de dispositivos son:
Actuador Iluminación: Permite controlar una o más luces del hogar de dos maneras, mediante un botón físico o mediante la interfaz web que sirve el controlador; Actuador Enchufe: Permite controlar un enchufe del hogar mediante la interfaz web que sirve el controlador al usuario; Actuador Persiana: Permite controlar una persiana de la casa de dos maneras, mediante dos pulsadores físicos o mediante la interfaz web que proporciona el controlador; Sensor de Temperatura y Humedad: Mide la temperatura y humedad de una estancia del hogar y permite al usuario visualizar desde la interfaz del sistema su última medida y un historial con el listado de medidas hechas. Para el controlador se emplea una Rasberry Pi y para los diferentes dispositivos una placa WeMos, compatible con Arduino. Ambas placas seleccionadas tienen una gran fama en la comunidad Maker, facilitando así la obtención de información y tutoriales sobre su uso. Los resultados obtenidos han sido satisfactorios, obteniendo al final de este proyecto un sistema domótico funcional, que permite automatizar o controlar algunos escenarios domóticos al usuario. La principal conclusión extraída al finalizar este proyecto es la de que realmente es viable la creación e implantación de un sistema domótico de bajo coste y desarrollado por uno mismo usando la información proporcionada por las grandes comunidades existentes en internet. Además, y como será detallado en el apartado para ello, este proyecto plantea muchas líneas de trabajo futuras que de realizarse podrían terminar haciendo de este, una posible solución comercial para todos los públicos o una opción implementable por cualquiera.
Abstract:
This final degree Project called Design and Implementation of a Smart Home Architecture is framed in the field of domotics. Domotics focuses on the development of systems to automate aspects of the home, such as its electrical management, safety or the comfort of the inhabitants. Although domotics is not a new area, the continuous growth of the Internet positions it as one of the areas that should have a great impact on society due to its focus, which is none other than to facilitate or even automate some parts of the home. Despite this, and although there are already many home automation systems for sale, the level of implementation in homes globally is very low. The main problem that slows down the globalization of domotics is the market and its companies. Each company develops its own home automation system, in which only devices from that company can be added, which cannot be improved or open source, even if they have the knowledge to do so. In addition, they use proprietary protocols that, although they may have been developed between several companies, are closed and too expensive. All these problems are grouped together, showing a lack of standardization and collaboration between companies in the field of domotics. And, in addition, these problems make the user who installs a home automation system in their home, someone dependent on that company, being at the mercy of closing, changing hands or stop supporting their home automation system, becoming obsolete an investment that is usually significant. In search of a solution, this project arises. The idea is to create a domotic architecture for home automation. The project then becomes a proof of concept to verify the viability of the idea. The project is focused from the point of view of DIY (Do It Yourself) and the Maker community, two very popular movements on the Internet that try to encourage and reward personal creativity, in this case in the technological area. The main conditioning factor is the low cost that the creation of the system must suppose, helping to improve its possible commercialization or implantation in a free way by any person. In addition, seeking to correct some of the errors suffered by home automation, another condition is that as far as possible all the development of home automation architecture should be through open source software and hardware, seeking its scalability and improvement in the future. Finally, the implementation of the system should be as non-intrusive as possible.
Following these ideas and conditioning factors, the domotic architecture explained in this document has been developed. This system has star topology, therefore having a single controller to manage or interact with the different devices developed. This driver provides the user with an interface to interact with the system through a web application. Four types of devices have been developed for this project. Always communicated with the controller through the Wi-Fi protocol to facilitate its installation in any home without the need for works. The types of devices are: Lighting controller: Allows you to control one or more lights in your home in two ways, either by using a physical button or by using the web interface served by the controller; Plug controller: Allows you to control a household plug via the web interface that serves the controller to the user; Blind controller: It allows you to control a house blind in two ways, using two physical buttons or the web interface provided by the controller; Temperature and humidity sensor: It measures thetemperature and humidity of a room in the home and allows the user to view his last measurement and a history from the system interface with a list of measurements made. A Raspberry Pi is used for the driver and an Arduino compatible WeMos board for the devices. Both selected boards have a great reputation in the Maker community, making it easy to obtain information and tutorials on their use. The results obtained have been satisfactory, obtaining at the end of this project a functional domotic system that allows the automation or control of some domotic scenarios to the user. The main conclusion drawn at the end of this project is that it is really viable to create and implement a low-cost home automation system and developed by yourself using the information provided by the big communities on the Internet. In addition, and as will be detailed in the section for this purpose, this project proposes many future lines of work that if carried out could end up making this a possible commercial solution for all audiences or an option that can be implemented by anyone.