Diseño de un dispositivo de iluminación de vías públicas con posicionamiento automático

Abstract

[EN] Current trends in urban lighting design are focused on factors such as energy efficiency, environmental sustainability, and multi-service effectiveness. As in most urban facilities, geographic location is a key attribute in the management of urban lighting infrastructures, and although street lighting hardware based on IoT devices allow users to connect multiple sensors, GNSS chips are rarely considered in hardware and software design. In this paper, we present the prototype of a lighting device intended for urban networks that allows positioning lampposts. The hardware equipment consists of four fundamental blocks: the BeagleBone Black (BBB) board, the energy manager board, the serial wired LED array, and the RS-485 communication bus. Blocks one and two form a subsystem that we name the energy management system (EMS), while block four is responsible for low level communication with the sensors, particularly the GNSS sensor. After its integration in the network, our device is considered as a node in a branched structure with three hierarchical levels: the operations command centre, the control cabinets, and the lampposts themselves; or in other words, the central, mid, and peripheral node groups respectively. The operation of the positioning procedure is mostly autonomous, starting with the GNSS data collection by the lamppost equipment. All those data are sent to the upper level, i.e. cabinets, for further processing in a different computing environment. This separation reduces the computational requirements of terminal nodes. Nodes in level 2 are also responsible for communicating geolocation updates to nodes in level 3 as well as to the command centre in level 1. Communication tasks rely on HTTP requests over lines that link the three levels. We used the open-source platform Fiware, a framework designed to support smart solutions, which in turn relies on other well-known components such as MongoDB, a NoSQL database system. As a result, we have a positioning procedure that can be embedded into a lighting network that guarantees efficiency and other requirements in modern city management.

[ES] Las tendencias actuales en el diseño de iluminación urbana se centran en factores como la eficiencia energética, la sostenibilidad medioambiental y la eficacia de múltiples servicios. Como en la mayoría de las instalaciones urbanas, la ubicación geográfica es un atributo clave en la gestión de las infraestructuras de iluminación urbana, y aunque el hardware de alumbrado público basado en dispositivos IoT permite a los usuarios conectar múltiples sensores, los chips GNSS rara vez se consideran en el diseño de hardware y software. En este trabajo presentamos el prototipo de un dispositivo de iluminación destinado a redes urbanas que permite geolocalizar farolas. El equipo de hardware consta de cuatro bloques fundamentales: la placa BeagleBone Black (BBB), la placa electrónica de gestión de la energía, la matriz de LED cableados en serie y el bus de comunicación RS-485. Los bloques uno y dos forman un subsistema que denominamos sistema de gestión de energía (EMS), mientras que el bloque cuatro es el responsable de la comunicación de bajo nivel con los sensores, en particular el sensor GNSS. Tras su integración en la red, nuestro dispositivo es considerado como un nodo en una estructura ramificada con tres niveles jerárquicos: el centro de mando, los nodos de control y las propias farolas; o en otras palabras, los grupos de nodos central, medio y periférico, respectivamente. La operación del procedimiento de posicionamiento es fundamentalmente autónoma, comenzando con la recolección de datos GNSS por el equipo electrónico de la luminaria. Todos esos datos se envían al nivel superior para su posterior procesamiento en un entorno informático diferente. Esta separación reduce los requisitos computacionales de los nodos terminales. Los nodos en el nivel 2 también son responsables de comunicar las actualizaciones de geolocalización a los nodos en el nivel 3, así como al centro de mando en el nivel 1. Las tareas de comunicación se basan en solicitudes HTTP a través de líneas que vinculan los tres niveles. Utilizamos la plataforma de código abierto Fiware, un marco diseñado para admitir soluciones inteligentes, que a su vez se basa en otros componentes de código bien conocidos como MongoDB, un sistema de base de datos NoSQL. Como resultado, tenemos un procedimiento de posicionamiento que puede integrarse en una red de iluminación que garantiza la eficiencia y otros requisitos en la actual gestión de la ciudad.