Implementación y desarrollo de luminaria autosuficiente con geoposicionamiento automático

Abstract

[ES] El ritmo de desarrollo tecnológico actual es tan alto que algunos expertos hablan más de un cambio de época que de una época de cambios hacia nuevas tecnologías. Entre las tendencias más recientes existe una clara preferencia hacia los sistemas alimentados de forma autónoma mediante la utilización de energía renovable fotovoltaica, combinados además con sistemas inteligentes basados en sensores. En este TFG se presenta una luminaria alimentada con energía fotovoltaica, autónoma, autosuficiente energéticamente, con diversos sensores y con un sistema de control de la energía consumida. Los aspectos determinantes del proyecto son la autosuficiencia energética, el control de la energía y el uso de sensores. Los sensores utilizados los podemos dividir en dos grupos. Probablemente, el sensor menos habitual en este tipo de equipos es el sensor GNSS, modelo NEO6M-V2 de la firma U-BLOX. El segundo grupo de sensores lo constituye un sensor tipo DHT11 de temperatura y humedad que nos permite controlar el interior de la caja de la luminaria IP67 donde se sitúa la electrónica del prototipo. El sensor GNSS es un receptor de 50 canales incluyendo la recepción de la banda L1 de GPS. Este sensor de bajo coste tiene una precisión de 2.5 m, aunque se podría aumentar con la utilización de técnicas de postproceso. La luminaria, los sensores y el sistema de control se ubican en el interior de la carcasa de la luminaria. Los datos de los sensores se vuelcan a un bus de comunicaciones RS-485 en modo compartido, y específicamente, el volcado temporizado de los datos se realiza mediante la placa embebida BeagleBoard. Es también este sistema embebido basado en Linux, el que se encarga de la gestión de la energía utilizada por la luminaria. En el otro extremo del bus compartido RS- 485 se encuentra un ordenador con sistema operativo Linux. Este ordenador hace de servidor y está situado en el laboratorio de desarrollo de la empresa TECHNOSUN S.L.U. Con el objetivo de conseguir la autosuficiencia energética el sistema consta de un módulo solar de 120 W y dos baterías de ion-litio de 480 W·h de autonomía, más un regulador de carga PWM que se encarga de extraer la energía eléctrica del módulo solar y de cargar la batería. Los datos recolectados del estado del sistema se guardan dentro de una base de datos no relacional (NoSQL), en el entorno de trabajo de la plataforma FIWARE, cuyos componentes se instalan en diferentes contenedores (máquinas virtuales) gestionadas por el sistema Docker. El resultado de este TFG es un sistema de iluminación con georreferenciación continua y automática, autónomo energéticamente, controlado mediante el sistema embebido BeagleBoard, comunicado a nivel local mediante el bus de comunicaciones RS-485 y cuya gestión e histórico de datos se almacenan en la plataforma FIWARE para la eventual toma de decisiones y el correcto postproceso de los datos.

[EN] The current pace of technological development is so high that some experts speak more of an epochal change than an era of change towards new technologies. Among the most recent trends there is a clear preference towards autonomously powered systems using renewable photovoltaic energy, combined with intelligent sensor-based systems. This TFG presents a photovoltaic powered luminaire, autonomous, energy self-sufficient, with various sensors and a control system of the energy consumed. The determining aspects of the project are energy self-sufficiency, energy control and the use of sensors. The sensors used can be divided into two groups. Probably the least common sensor in this type of equipment is the GNSS sensor, model NEO6M-V2 from U-BLOX. The second group of sensors is a DHT11 type temperature and humidity sensor that allows us to control the inside of the IP67 luminaire box where the electronics of the prototype are located. The GNSS sensor is a 50-channel receiver including GPS L1 band reception. This low-cost sensor has an accuracy of 2.5 m, although this could be increased with the use of post-processing techniques. The luminaire, sensors and control system are located inside the luminaire housing. Data from the sensors is dumped to an RS-485 communications bus in shared mode, and specifically, the timed data dump is performed by the BeagleBoard embedded board. It is also this Linux-based embedded system that is responsible for managing the power used by the luminaire. At the other end of the shared RS-485 bus is a computer with a Linux operating system. This computer acts as a server and is located in the development laboratory of the company TECHNOSUN S.L.U. In order to achieve energy self-sufficiency, the system consists of a 120 W solar module and two 480 W-h lithium-ion batteries, plus a PWM charge regulator that is responsible for extracting electrical energy from the solar module and charging the battery. The data collected from the system state is stored inside a non-relational database (NoSQL), in the FIWARE platform working environment, whose components are installed in different containers (virtual machines) managed by the Docker system. The result of this TFG is a lighting system with continuous and automatic georeferencing, energy autonomous, controlled by the BeagleBoard embedded system, communicated locally through the RS-485 communication bus and whose management and historical data are stored in the FIWARE platform for eventual decision making and correct post-processing of the data.