Aplicación de la IoT a la eficiencia energética en un hogar

Abstract

[ES] En la actualidad, el mundo conectado está permitiendo desarrollar soluciones que ofrecen servicios avanzados que proporcionan funcionalidades cada vez más inteligentes. Este mundo se constituye por entornos heterogéneos y dinámicos con muchos dispositivos interactuando, apareciendo y desapareciendo dinámicamente, y colaborando para ofrecer estas funciones avanzadas. Un dominio con mucho potencial es el de las viviendas, en dónde las capacidades de introducir inteligencia pueden aportar beneficios sustanciales, ofreciendo mejoras significativas en diferentes aspectos de cara a sus usuarios. Un ejemplo es la necesidad actual de diseñar y construir sistemas eficientes energéticamente. En este TFG se pretende abordar este problema de la eficiencia energética en un hogar inteligente a través de la monitorización del consumo energético de diferentes dispositivos. El proyecto se centrará en abordar este problema de la dinamicidad, entendida como la capacidad que existe en una vivienda de que aparezcan y desaparezcan dispositivos de consumo (móviles, nuevos electrodomésticos, dispositivos que se reemplazan, etc.). El objetivo del TFG es doble: por un lado, establecer una solución basada en la IoT que permita tanto la monitorización como la regulación de este consumo energético, utilizando ’smart-meters’ como elementos principales de la solución; por otro lado, se diseñará una plataforma donde los diferentes participantes/dispositivos (elementos de consumo y medidores de consumo) puedan aparecer y desaparecer dinámicamente. A nivel tecnológico, se creará una mini-plataforma IoT basada en comunicaciones M2M entre dispositivos inteligentes a través de colas de mensajería (se usará MQTT) y servicios REST. Para abordar el problema de la dinamicidad, se utilizará Consul.io como protocolo de registro y descubrimiento de los diferentes recursos que constituirán esta plataforma (desde los propios dispositivos hasta los elementos de infraestructura necesarios). Se prototipará una solución sobre una vivienda real (o realista) donde se desplegará una pequeña infraestructura con Arduino y Raspberry Pi que poseerá estas capacidades antes descritas. A nivel funcional, se gestionará el consumo eléctrico de la vivienda implementando funciones que monitorizarán dinámicamente el consumo, y cuando este sea elevado, desconectará circuitos no prioritarios para mantener el consumo dentro del rango de la potencia contratada y así evitar el disparo intempestivo del ICP que la controla, permitiendo la continuidad del servicio evitando las molestias causadas por esta situación.

[EN] Nowadays, the connected world is allowing us to develop solutions that offer advanced services which provide increasingly smart functionalities. This world is constituted by heterogeneous and dynamic environments with a high amount of devices interacting, appearing and disappearing dynamically and even collaborating between them to offer these advanced functions. A high potential domain is that of homes, where the ability to introduce intelligence can provide substantial benefits, offering meaningful upgrades to their users in various ways. One example of this is the current need of designing and building energetically efficient systems. In this project we aim to approach the problem of maintaining a good energetic efficiency in a smart home through the monitoring of the energy consumption of varios devices. The project will revolve around the dynamicity problem, understood as the ability existent in a house to have power consuming devices appear and disappear (mobile phones, home appliances, replaced devices, etc.) The objective of this project is double, one one side, to establish an IoT based solution which allows both the monitoring and the regulation of the electric consumption on the household using smart-meters and the main elements of the solution. On the other hand, we will design a platform where the various participants/devices (consumption devices and consumption meters) can appear and disappear dynamically. At a technological level, a mini IoT platform based on M2M communications between smart meters using messaging queues (MQTT) and REST services will be created. To address the dynamicity problem, consul.io will be used as a register and discovery protocol for the different resources that will form this platform (from the devices themselves to the required infrastructure elements). A solution based on a real(or realist) household where a small infrastructure using Arduino and Raspberry Pi will be deployed and will posess said characteristics will be prototyped. On a functional level, the electric consumption will be managed implementing functions which will dynamically monitor the consumption, and when it reaches a certain threshold, some non prioritary circuits will be disconnected to mantain the consumption between the power threshold, succesfully evading a power shutdown situation, and therefore mantaining the continuity of service, avoiding the inconveniences that would be caused by a power shutdown.