1 Edificios Inteligentes. Israel Orellana Malavé. [email protected] Ingeniería Electrónica Universidad Politécnica Salesiana. Electrónica Analógica II Sede Cuenca. Resumen—El avance tecnológico dentro de lo que es la domótica se ha vuelto un campo muy competitivo y cada ves con mas aplicaciones que se desarrollan para la comodidad del ser humano el objetivo especifico es en tener mucha mas seguridad, salud y confort que pueden otorgar estos edificios inteligente y casas que abordaran centenares de personas, por que será en donde se vivirá en el futuro, dentro de este avance tecnológico prevalece lo que es la protección del medio ambiente y la manera de comunicarnos por que van de manera juntas las comunicaciones con el desarrollo de la vivienda. Resumen—Technological advances in home automation is what has become a very competitive field and every time with more applications being developed for the convenience of man the specific objective is to have much more safety, health and comfort can grant these smart buildings and homes that addressed hundreds of people, that is where they live in the future, in this technological breakthrough that prevails is the protection of the environment and how they communicate so that together the communication with the housing development. Index Terms—Domótica, Edificios Inteligentes, TIC I. I NTRODUCCIÓN . EL siguiente informe nos indica cuales son las características en las que se están empleando para la construcción de lo que es domótica y la aplicación en los edificios inteligentes, donde se sigue mediante reglas y normas para un buen funcionamiento a lo que debe cumplir una casa o edificio quien dará servicio y confort para el ser humano, desde saber cual es y de donde partido la dominica hasta saber como es que ahora se las realiza con las comunicaciones en las viviendas del futuro. II. L A MUTACIÓN DE LA VIVIENDA . Tras la entrada de la electricidad en las ciudades, convirtiéndose en parte de su sistema nervioso, los múltiples electrodomésticos que surgieron solo llegaban a unos pocos. Aquellos bellos y mágicos artefactos para planchar, para tostar el pan y para lavar la ropa fueron considerados durante mucho tiempo como inasequibles para casi todos, especialmente para las capas sociales de bajos recursos. Pero con el tiempo la situación cambió. Y con el tiempo, a pesar de los matices que ello sugiere, también cambiará la proporción de hogares que utilicen sistemas domóticos[4]. La inserción de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación (TIC) en la sociedad y el territorio tiene sus raíces en el reciente proceso de convergencia tecnológica[5]. facilitado en buena medida por la estandarización de una de las unidades básicas con que hoy se mide la información y su flujo: los bits. Nacida en Francia bajo la denominación de domotique, la idea de aplicar las TIC al hogar tiene alrededor de unos 20 años de rápida génesis, desarrollo y evolución. En general, en la actualidad se tiene poca idea de lo que implica la interfase entre las TIC y la vivienda, y se conocen aún menos algunas de sus aplicaciones. Con la domesticación de las tecnologías la vivienda ya no será la misma, especialmente debido al cambio en su estructura y función, generando una nueva visión de la vida en el hogar[4]. II-A. ¿Qué es la domótica? En el Diccionario de la Real Academia Española aparece que la palabra domótica[9] proviene del latín domus —casa— y del término informática, siendo el “conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de la vivienda”. De manera amplia la definición es adecuada, pero en realidad la cuestión va más allá de la mera automatización. La domótica puede definirse como la adopción, integración y aplicación de las nuevas tecnologías informáticas y comunicativas al hogar. Incluye principalmente el uso de electricidad, dispositivos electrónicos, sistemas informáticos y diferentes dispositivos de telecomunicaciones, incorporando la telefonía móvil e Internet. Algunas de sus principales características son: interacción, interrelación, facilidad de uso, teleoperación o manejo a distancia, fiabilidad, y capacidad de programación y actualización. Su arquitectura puede ser centralizada o distribuida, aunque en realidad, por las ventajas de intercomunicación y ante los fallos, se emplea más la descentralizada. Los protocolos pueden ser estándar, es decir compatibles entre si, y propietarios, que son los creados exclusivamente para un cliente o aplicación única. La configuración estándar cuenta con un sistema compuesto por ordenador u ordenadores, módem, tarjeta de sonido, dispositivos de amplificación de audio, baterías de emergencia, sondas de temperatura exterior e interior, detectores de humo, gas y agua[10], videoportero, censores magnéticos para puertas y ventanas, detectores de presencia, mandos a distancia y emisores-receptores de señal[4]. II-B. Las TIC en la vivienda y nuevas nociones espaciotemporales El desarrollo de las TIC(Tecnologías de la Información y las Comunicaciones) más allá de la novedad que implica 2 la domótica se encuentran los cambios que puede inducir, especialmente los asociados a la función de la vivienda, al control a distancia o teleoperación, a la concepción del lugar y del mundo y, en definitiva, a las nuevas nociones sociales del espacio-tiempo. Hace ya algunos años David Harvey señaló que estamos asistiendo a un nuevo régimen espacio-temporal que define nuevas y diferentes experiencias, caracterizadas fuertemente por la reducción de la barreras espaciales[6]. II-C. La vivienda del futuro hoy, o el inicio su mutación Mientras todo esto surge, todavía hay personas que no tienen dónde dormir, personas que probablemente no se han enterado, porque no tienen cómo, de las comodidades y experiencias espaciotemporales que otros ya viven. Indudablemente debemos prestar gran atención al surgimiento de la vivienda digital o en red, pero de ninguna manera debemos descuidar nuestro interés por la falta de vivienda, de una vivienda real y digna para muchos. Tal vez este sea el gran reto que todo esto pone de manifiesto: la gran brecha y distancia entre quienes ya han entrado en la vivienda digital y quienes no tienen ni vivienda. Estamos convencidos de la necesidad de no descuidar ninguno de esos frentes. Indudablemente en la actualidad la vivienda es uno de los grandes temas que preocupa tanto a científicos sociales como a arquitectos e ingenieros. La cuestión es paradójica porque tal vez nunca en la historia de la humanidad se habían presentado tantas posibilidades técnicas para una vivienda cómoda y digna, pero tampoco se había alcanzado una distancia tan amplia entre quienes la poseen, con sus comodidades y ventajas, y quienes apenas disponen de un lugar para dormir, o peor aún, frente a quienes no tienen techo. Entonces podría surgir la siguiente pregunta: ¿por qué pensar en estas cosas, más cuando mucha gente no tiene ni donde dormir? Frente a ello podríamos decir que existe una fuerte retroalimentación entre pensar lo que viene, o puede venir, y el presente, precisamente porque lo primero nos podría ofrecer un referente, una pista para actuar hoy y planificar el mañana, de manera similar a como ocurre con el análisis del pasado, ya que ofrece información para entender el presente y pensar el futuro. Lo que se haga depende del mismo hombre, y los marginados y pobres del futuro los estratos bajos de la era digital, que de seguro existirán, tal vez reclamen o pregunten el porqué de su ausencia en la planificación que hoy estamos haciendo, o que tal vez no estamos considerando[4]. III. D OMÓTICA . El término domótica procede de la palabra francesa “domotique” que podría definirse como: “El conjunto de servicios proporcionados por sistemas tecnológicos integrados para satisfacer las necesidades básicas de seguridad, comunicación, gestión energética y confort, del hombre y de su entorno más cercano” (Krainier, 1996) . El término domótica, procedente de doméstico e informático, no trata de dar nombre a una nueva tecnología, sino a un conjunto de servicios integrados en la vivienda para una mejor gestión en aspectos tales como el confort, la seguridad, la gestión energética, las comunicaciones, la información y la flexibilidad. En este sentido, la domótica puede entenderse como la disciplina que estudia el desarrollo de infraestructuras inteligentes, así como las tecnologías de la información en edificios[3]. En los últimos años se viene utilizando, de manera indiscriminada, términos como inteligente o domótica sin que en muchas ocasiones su utilización esté del todo justificada o sea correctamente comprendida. El sector informático fue quién comenzó a utilizar el término inteligente para distinguir aquellos terminales con capacidad de procesamiento de datos de aquellos sin esa capacidad (no inteligentes). Generalmente el término utilizado es domótica cuando va aplicado al hogar y edificios inteligentes cuando va aplicado a edificios. A comienzos de los ´80, las revistas especializadas comenzaron a referirse a edificios con características particulares en cuanto a prestaciones de confort en sintonía con su entorno tales como “edificios inteligentes”, “edificios listos”, “edificios automatizados”, o inclusive “edificios electrónicamente optimizados”. Sin embargo, no existe una definición estandarizada de lo que es un edificio inteligente[3]. Además, las tecnologías de sistemas expertos podrían ser útiles en el diagnóstico de posibles causas de problemas, por ejemplo en diagnósticos de fallas en equipos de climatización. También los sistemas expertos podrían emplearse en climatización para la selección de tipos de equipos a ser instalados en un edificio en función del clima, ubicación, requisitos de mantenimiento, provisión de espacios para planta, presupuesto, consideraciones de ahorro energético, preferencias individuales, etc. Los sistemas expertos también constituyen una tecnología que podría utilizarse como herramienta de asistencia o guía en elmantenimiento preventivo de los diversos sistemas instalados en un edificio (Hossian, 2003)[3]. III-A. Características Generales Las raíces de los sistemas expertos abarcan muchas disciplinas; en particular, una de las raíces principales de los sistemas expertos es el área del procesamiento de la información en la mente humana, denominada ciencia cognitiva (Berlanga et al, 1999). La cognición es el estudio de la manera en que los humanos procesan la información. En otras palabras, la cognición es el estudio de la manera en que las personas piensan, especialmente cuando resuelven problemas. En este sentido, el estudio de la cognición es muy importante si se pretende lograr que las computadoras emulen a los expertos humanos. En particular, en el sistema experto desarrollado en el presente trabajo, se emplearon técnicas específicas de educción de conocimiento tales como análisis de protocolo y emparrillado a efectos de inferir el conocimiento de expertos en automatización de edificios y modelar estos conocimientos operativos en términos de reglas de producción (Gómez et al, 1997)[3]. III-B. Estructura del Sistema El sistema experto desarrollado contempla los siguientes aspectos generales inherentes a la automatización global de un edificio: 3 a) Sistema de gestión del confort. Este sistema esta constituido por el sistema de control de la iluminación y por el sistema de control de temperatura del edificio b) Sistema de gestión de la seguridad. El sistema de gestión de la seguridad se compone de un sistema de control de presencia y de un sistema de gestión de seguridad. El sistema de control de presencia esta compuesto por: Sensor de apertura de la puerta de acceso Sensor de apertura de ventana Sensor de rotura de cristales Sensor de control de acceso Sistema de simulación MODEM Alarma Sistema de gestión del ahorro energético. El sensor de control de acceso determina si la persona que esta ingresando a la habitación está habilitada para tal situación; si no fuera así , el sensor se activara y hará sonar una alarma para avisar al personal de seguridad del edificio. El sistema de gestión de seguridad esta compuesto por: Sensor de nivel de agua Sensor humo Sensor de llama Sensor de gas Llave térmica Electroválvula de gas Controlador de apertura de puertas Controlador de aire acondicionado Electroválvula de agua Sistema de extinción de incendio Controlador de apertura de ventanas MODEM. c) Sistema de gestión de ahorro de energía El sistema de gestión de ahorro energético se compone de: Sensor de presencia Reloj Sistema de acumulación Controlador del sistema de iluminación Conmutador de llave térmica Conmutador del sistema de calefacción El sistema de gestión de ahorro energético funciona de la siguiente manera: El sistema de acumulación se compone de un banco de baterías que se cargan entre la una y las siete de la mañana cuando la tarifa de la compañía eléctrica es mas económica. El resto del día el sistema de acumulación se utiliza para activar el sistema eléctrico y para calentar el tanque de agua caliente que provee de agua caliente a todo el edificio. Mientras el sistema de acumulación se está cargando el edificio se encuentra conectado a la red eléctrica para suministrar energía a todo el edificio[3]. IV. E DIFICIOS I NTELIGENTES . (EI) Las casas de familia, oficinas e industrias han incorporado, en forma paulatina, distintos dispositivos basados en tecnologías avanzadas. Es común que hoy en día se hable de sistemas automáticos para vigilancia, prevención y control de incendios, control de ascensores, climatización e iluminación como así tambien de procesos industriales automatizados y equipamientos o electrodomésticos "inteligentes". La disponibilidad y abaratamiento del hardware necesario para este tipo de aplicaciones ha llevado a que elementos tales como robots móviles, sensores inteligentes, cámaras para visión ambiental y computadoras con alto poder de procesamiento entre otros, comiencen a formar parte de nuestra vida diaria como partes constituyentes de los edificios donde vivimos y trabajamos[2]. Si sumamos a este fenómeno, las posibilidades de interconectar estas componentes que existen hoy en día, la idea de lograr edificios inteligentes surge naturalmente, es decir, edificios que permitan realizar las tareas cotidianas de manera más fácil, segura, confortable y eficiente. Basta observar que es posible hoy en día conectar sensores, computadoras y artefactos eléctricos inteligentes o tradicionales mediante Internet para imaginar innumerables aplicaciones prácticas. Algunos ejemplos de aplicaciones son: Ahorro de energía: : Se puede lograr un menor consumo de energía, controlando de manera flexible y dinámica la calefacción, refrigeración e iluminación de las distintas partes de un edificio. Un ejemplo simple, es el apagado automático de luces en una habitación, cuando se detecta la ausencia de personas. Servicios personalizados:: Es común que los habitantes de un edificio inteligente puedan expresar sus preferencias en aspectos tales como la intensidad de la luz y temperatura de su oficina. Este tipo de servicios pueden ser muy útiles y placenteros para las personas en la medida que el edificio pueda satisfacer automáticamente dichas preferencias. Seguridad:: Este aspecto abarca tanto la seguridad e integridad de los habitantes del edificio como la del edificio en sí mismo. Un ejemplo del segundo tipo de aplicación es aquel en que el edificio debe mantener una temperatura mínima para las cañerías de un edificio para evitar que éstas se rompan debido al congelamiento. Vigilancia: : En este caso, un sistema de detección de intrusos podría, por ejemplo, cerrar todas las puertas y ventanas automáticamente y dar aviso a los servicios de vigilancia tradicionales cuando fuera necesario[2]. Hoy en día, muchos de los dispositivos y sistemas utilizados para la automatización de edificios suelen ser referenciados como “inteligentes”. En su mayoría, son aplicaciones más bien elementales y distan significativamente de las características de los sistemas inteligentes que están disponibles hoy en día en un entorno de computadora[2]. Esto no significa que la administración de un edificio inteligente no presente aspectos que harían aconsejable la incorporación de más inteligencia, entre los que podemos citar: Flexibilidad: : El sistema debe proveer el soporte necesario para extender y modificar las políticas que se adoptan en el edificio. Idealmente, debería tener la capacidad de detectar y adaptarse automáticamente a estos cambios. 4 Escalabilidad: : El sistema debería funcionar adecuadamente en habitaciones, pequeños edificios como así también en edificios con muchos pisos y habitaciones. Las extensiones en la construcción y la incorporación de nuevos dispositivos, no debería involucrar un costo significativo para la adaptación del sistema de control del edificio a los nuevos requerimientos. Robustez: : Las fallas en el sistema, no deberían tener un gran impacto. Sería inaceptable que un error de programación haga el edificio incontrolable. Amigabilidad:: El sistema debería asistir a sus habitantes y facilitarles sus tareas automatizando gran parte de sus actividades rutinarias. Las personas también deberían poder retomar el control manual cuando lo consideren necesario. Tiempos de respuestas adecuados: el ambiente es esencialmente de tiempo real y el sistema debería dar respuesta a los requerimientos en un lapso de tiempo acotado[2]. IV-A. SISTEMAS MULTI-AGENTE Y EI Un agente inteligente es una entidad (de software o hardware) autónoma, conectada directamente al ambiente del problema, que es capaz de exhibir un comportamiento flexible tendiente a cumplir sus objetivos de diseño. Al hablar de comportamiento flexible, referenciamos el hecho de que debe ser capaz de reaccionar a tiempo a los cambios en el ambiente (reactividad), tomar la iniciativa cuando sea necesario (pro-actividad) y comunicarse e interactuar con otros agentes humanos o artificiales (sociabilidad). Si varios agentes interactúan en un ambiente compartido, se tiene un sistema multiagente[2]. Un sistema multi-agente (SMA) es una red débilmente acoplada de componentes (agentes) que trabajan en conjunto para resolver problemas que superan sus capacidades y/o conocimientos individuales. Algunas características distintivas de un SMA son: Existe más de un agente en el sistema. Los agentes son autónomos, distribuidos, posiblemente heterogéneos y pueden ser individualistas o cooperativos. Cada agente tiene información incompleta, o capacidades limitadas para resolver el problema, por lo que cada agente tiene un punto de vista limitado. Un SMA es usualmente abierto y no existe diseño centralizado. No existe un control global del sistema y los datos están descentralizados. La computación es asíncrona. Existe alguna infraestructura que especifica los protocolos de comunicación e interacción[2]. V. S ISTEMAS DE COMUNICACIÓN PARA CONFIGURAR REDES EN CASAS Y EDIFICIOS . La solución al problema de automatización de casas y edificios se basa en la elección del sistema de comunicación más adecuado para una aplicación particular. La elección del sistema debe ser hecha sobre la base del medio físico de interconexión utilizado para la configuración de la red. En la actualidad existen 3 tipos de medios de interconexión disponibles para la automatización de casas, sin la necesidad de tener que hacer costosas instalaciones de nuevo cable por toda la casa y que permiten automatizar casas que inicialmente no fueron diseñadas para ello. Hay un 4to. medio de interconexión que sí requiere de un cableado especial. La Figura1 muestra los cuatro medios de interconexión disponibles para configurar una red en casa, así como los dispositivos que se pueden interconectar a la red. A continuación, se hace una breve descripción de c/u de ellos, resaltando los sistemas de comunicación para cada medio[1]. Figura 1. Tipos de redes de casa[1]. V-A. Configuración de red utilizando el cableado de la alimentación eléctrica. Se puede configurar una red de dispositivos eléctricos utilizando el cableado de alimentación eléctrica de baja tensión 120 Vac. como medio de interconexión y los contactos eléctricos como terminales de conexión. Utilizar las líneas de alimentación eléctrica como infraestructura de red tiene ciertas ventajas. Primero, no se necesita colocar un nuevo cableado por toda la casa, ya que los dispositivos electrónicos se pueden comunicar con otros, utilizando el mismo cable por el que les llega la alimentación eléctrica. Segundo, hay muchos contactos a la línea de alimentación distribuidos por toda la casa (3 ó 4 por habitación). Tercero, actualmente existen varios sistemas de comunicación para el control de dispositivos electrónicos que utilizan como medio de interconexión la línea de alimentación eléctrica[1]. V-B. Configuración de red utilizando la línea telefónica. Se puede utilizar el cableado de la línea telefónica que hay en el interior de las casas como medio físico para configurar la red de dispositivos electrónicos. Este sistema tiene la ventaja de que no se necesita instalar un nuevo cableado para configurar la red; otra ventaja es que la mayoría de las casas tienen el servicio de Internet utilizando la línea telefónica, con ello se puede desarrollar el sistema de automatización para controlar y monitorear la casa desde cualquier lugar fuera de ella vía Internet. Por ejemplo, desde una PC en el trabajo o desde una computadora de bolsillo que tenga acceso a Internet, etc. Por otro lado, existe una desventaja: en algunas casas no existe cableado de línea telefónica por toda la casa, así que sólo se cuenta con 3 ó 4 conectores a la línea. Sin embargo, esta desventaja puede ser superada si se combina con una red utilizando la línea de alimentación eléctrica o utilizando una red inalámbrica[1]. V-C. Configuración de red utilizando la tecnología inalámbrica. n la actualidad existe un gran variedad de tecnologías de transmisión inalámbrica, siendo la más popular, la tecnología 5 basada en radio frecuencias, ya que provee un enlace más práctico y flexible. El principal beneficio de utilizar redes inalámbricas es la libertad de movimiento que se puede tener dentro del área de cobertura de la red. Este tipo de red se puede construir instalando múltiples puntos de acceso de interconexión inalámbrica (WAP), y una estación base dentro del área que se desea cubrir[1]. V-D. Configuración de red utilizando cableado especial. En este apartado se muestran algunos de los sistemas más populares que necesitan de un cableado especial para configurar una red. Es decir, si se quiere implementar una red basada en esos sistemas, se debe hacer una instalación de un cable especial por toda la casa[1]. V-E. Sistemas aplicados a la automatización de casas y edificios. En este apartado se hace una breve descripción de algunos proyectos encontrados en la literatura dedicados a la automatización de casas y edificios, se hace un énfasis en el sistema que se utiliza para la configuración de la red de dispositivos en el nivel de automatización y nivel físico. En[11] se presenta la implementación del hardware de un sistema de control para la automatización de casas utilizando FPGA´s. El sistema es controlado a través de Internet, la red de dispositivos electrónicos se configura utilizando el sistema CAN (Controller Area Network) [12]. Este sistema es utilizado para interconectar a cada dispositivo electrónico con el controlador maestro, conectado a un servidor (PC) vía RS-232. El sistema CAN utiliza un cableado especial para configurar la red. En [12] se describe la implementación de un sistema de red basado en el Firewire IEEE1394 y Ethernet. En[13] se describe una aplicación de la tecnología inalámbrica Bluetooth y Ethernet para un sistema de automatización de casas, la red propuesta contiene un controlador móvil y varios módulos cliente (dispositivos electrónicos). Los módulos cliente se comunican con el controlador a través de dispositivos Bluetooth y Ethernet. VI. C ONCLUSIONES . Dentro de recopilación y búsqueda sobre lo que hoy en día se lleva a cabo los avances tecnológicos de lo que son las viviendas del futuro, se puede observar como es que la domótica va tomando fuerza haciéndose cada vez mas competitivo dentro del campo de la electrónica ya que permite un ahorro de la energia mejorando el medio ambiente se han normalizado mediante el IEEE las normas para llevar a cabo las comunicaciones para que el ser humano tenga confort pero hay que decir que esto tiene sus desventajas ya que al ser humano lo vuelve cada vez mas dependiente de las tecnologías que a su larga puede tener complicaciones en el vivir de cada día del ser humano. R EFERENCIAS [1] E. S. de la Hoya. Sistemas de comunicación en casas y edificios inteligentes. Uct, dic. 2005, Vol. 9, No. 36. disponible en: www.scielo.org.ve [2] M. Errecalde, M. Lasso, A. Villagra, D. Pandolfi, and M. de San Pedro. Edificios Inteligentes: El enfoque multi-agente, 2006., disponible en http://ficcte.unimoron.edu.ar/wicc/Trabajos/I %20- %20asi/688wicc2006_ib.pdf [3] E. Sierra, A. Hossian, R. García-Martínez, and P. Marino. Sistema experto para control inteligente de las variables ambientales de un edificio energéticamente eficiente. disponible en http://www.itba.edu.ar/archivos/secciones/59RPIC-2005.pdf. [4] «Domótica: la mutación de la vivienda». [Online]. Available: http://www.ub.edu/geocrit/sn/sn-146(136).htm. [Accessed: 15-may2012]. [5] Sobre la relación entre las TIC y la actual convergencia tecnológica destacamos el texto de Terceiro y Matías “Digitalismo: El nuevo horizonte sociocultural” 2001, 319 p. [6] Harvey 1996, p. 242-245. [7] Berlanga, A., Borrajo, D., Fernández, F., García Martínez R., Molina, J.& Sanchis, A. “Robótica Cognoscitiva y Aprendizaje Automático”. Conferencia de la Asociacion Española para la Inteligencia Artificial. VIII. 1-8. Murcia. España. (1999) [8] Borrajo D., Juristo N., Martínez B., Pazos J., Inteligencia Artificial. Métodos y Técnicas. Editorial Centro de Estudios Ramón Areces, Madrid (1993) [9] Real Academia Española 2001, p. 847. Este diccionario, y las versiones anteriores, puede consultarse en línea en <http://www.rae.es/>. [10] Ad 2003. <http://www.aldeadomotica.com/>. [11] Fernando Moraes et al. “Using the CAN Protocol and Reconfigurable Computing Technology for Web-Based Smart House Automation”, 14th Symposium on Integrated Circuits and Systems Design PirenopolisBrazil, September 2001. pp 38-43 [12] Shimada Keiji et al. "The home networking system based on IEEE1394 and ethernet technologies" IEEE Meeting June 2001, Los Angeles, CA USA page(s): 234 – 235. [13] Sriskanthan, N.; Tandon, D.; Lee, K.K. “Protocol for plug and play in Bluetooth based home networks” Consumer Electronics, IEEE Volume 50 , Issue 2 , May 2004, pages 457 – 462.