Sistema de administración de energía utilizando Internet de las Cosas (IoT)

Abstract

Se desarrolló un sistema de administración de energía utilizando Internet de las Cosas (IoT), el cual gestiona los equipos de aire acondicionado en instalaciones comerciales y edificios, pudiendo lograr ahorros en energía y demanda. Además, es completamente configurable y funciona en empresas con cualquier número de sucursales y aires acondicionados. El sistema está compuesto por un dispositivo central, que cuenta con una interfaz web, desde el cual se puede monitorear y controlar los equipos de aire acondicionado; por módulos remotos, los cuales envían y reciben información de manera inalámbrica vía WiFi, y son los encargados de medir la temperatura y humedad, así como controlar a los aires acondicionados; y finalmente por gateways que sirven como puente de comunicación entre el dispositivo central y los módulos remotos en caso de que existan múltiples redes. Para el desarrollo del sistema se utilizó solamente hardware y software de código abierto. Dentro del hardware utilizado, destacan el Raspberry Pi 3 Model B como dispositivo central, dos Arduino Megas con sus respectivos Ethernet Shields como gateway, y NodemCU como módulo remoto, utilizando DHT22 para las mediciones de temperatura y húmedad, así como relevadores de pulso para controlar los aires acondicionados. Se usaron varios protocolos de comunicación, tal como el UDP, utilizado para la comunicación entre el dispositivo central con los gateways, así como la comunicación entre los gateways y los módulos remotos. Modbus RTU, protocolo que utilizan los Arduinos Mega de los gateways para transferir información entre ellos; y el protocolo I2C, utilizado por un Arduino para poder leer y escribir sobre un RTC con el objetivo de mantener la hora actualizada. Los dispositivos fueron programados con diversos lenguajes, destacando PHP, HTML5, CSS3 y JavaScript, utilizados para la programación de la interfaz web. El lenguaje Python con el cual se desarrolló la programación para que el dispositivo central se pudiera comunicar con los gateways, y el lenguaje Arduino, usado para programar los Arduinos Mega y los NodemCU. Se probaron 2 prototipos, el primero de una sucursal y un equipo de aire acondicionado simulado con focos, con el objetivo de probar el sistema de control. El segundo de 3 sucursales y 4 equipos de aire acondicionado, cuya prueba duró 110 días, con el objetivo de ver la calidad de la comunicación entre los dispositivos, logrando arriba del 99.6% de paquetes UDP satisfactorios y arriba de 98.4% de paquetes enviados por serial con Modbus.