Building lighting automation through the integration of DALI with wireless sensor networks

1. Buildinglightingautomationthroughtheintegration of DALI withwireless sensor networks Automatización de iluminación en edificios a través de la integración de DALI con redes de sensores inalámbricos

2. Thispaperappears in:ConsumerElectronics, IEEE TransactionsonDate of Publication:February 2012Author(s):Bellido-Outeirino, F.J. Dept. of Comput. Archit., Electron. & Electron. Technol., Univ. of Cordoba, Edificio Leonardo da Vinci, SpainFlores-Arias, J.M. ;  Domingo-Perez, F. ;  Gil-de-Castro, A. ; Moreno-Munoz, A. Volume: 58 , Issue: 1 Page(s): 47 - 52 ProductType:Journals & Magazines

3. Resumen • Integración de la Interfaz de Iluminación Direccionable Digitalmente (DALI)y dispositivos de sensores inalámbricos. • Los diferentes aspectos de la automatización de edificios - por ejemplo: calefacción, ventilación, aire acondicionado, alarmas y control de iluminación - eran controladas por diferentes subsistemas. • El objetivo es agruparlas en un sistema de control integrado. En un sistema económico totalmente centralizado, en el que los aparatos electrodomésticos son controlados por un puerto IEEE 802.15.4, basado en una red de sensores inalámbricos. • Esto implica eficiencia en los costes de mantenimiento y consumo de energía.

4. Introducción • La automatización de edificios se ocupa del seguimiento y control de los servicios de construcción (calefacción,ventilación, aire acondicionado, iluminación, alarmas, etc) • Inicialmente su propósito era entregar comodidad a los usuarios. Más tarde, los criterios de eficiencia energética también se consideraron. • Este control puede obtenerse a través de medios más naturales y eficientes, por ejemplo, iniciar un motor para persianas abiertas.

5. Normalmente, los sistemas de ventilación, calefacción, etc. se instala por separado al sistema de iluminación. Esta división de los dos subsistemas aumenta el costo final debido a la inversión adicional en comunicación de hardware y software. Por lo tanto, se propone integrar estos subsitemas en un único punto de control. Es decir, que funcionen de forma centralizada. El propósito principal es la reducción de costes. Introducción

6. Una unidad terminal remota permite la detección rápida de las fallas de los dispositivos sin necesidad de desperdiciar mucho tiempo de búsqueda. Este continuo monitoreo permite un mantenimiento preventivo o predictivo. Como resultado se alcanza una reducción en el costo operativo y de mantenimiento. Para que este proceso de integración sea más fácil ,ahora tenemos varios estándares abiertos (BACnet, LonWorks, KNX, DALI, ZigBee ...) Introducción

7. Este trabajo se centra en el desarrollo de un prototipo para ser utilizado en una red de sensores inalámbricos, que también integra el protocolo DALI. DALI (interfaz de iluminación direccionable digitalmente) es un sistema bien establecido estándar y ha sido adoptado por los principales proveedores electrónicos. Es muy fácil encontrar dispositivos compatibles con DALI. A pesar de que está diseñado para el control de iluminación, DALI también ha sido adaptado para otras aplicaciones, tales como motor o controladores de ventilación, alarmas de proximidad, etc. Integración de DALI con redes de sensores inalámbricos

8. La adaptación de la norma a un sensor inalámbrico permite la integración de componentes DALI y retirar los cables (DALI requieren un bus dedicado para la transmisión de datos), lo que resulta una reducción de los costes de instalación. Un sensor inalámbrico como parte de un sistema de automatización del hogar se conoce también como una red inalámbrica o red domótica, que permite el seguimiento y control doméstico y la eficiencia energética. (En el paper se entrega una reseña de distintas normas y protocolos, dividido en tecnologías cableadas e inalámbricas, pero nos centraremos en el porqué del uso de DALI junto a sensores inalámbricos) Integración de DALI con redes de sensores inalámbricos

9. La interfaz digital de alumbrado direccionable (DALI) se centra en un solo aspecto de la automatización de edificios, en el control de iluminación. Se expandió a mayor rango de aplicación (LED, lámparas incandescentes, etc.) Varios fabricantes han desarrollado algún dispositivos como controladores de motores, ventiladores y alarmas de proximidad. Se optó por utilizar DALI porque es muy simple y fácil de construir. Permite una comunicación de dos vías que nos proporciona retroalimentación. El principal inconveniente es la separación inicial del control de la iluminación de los otros servicios. Sin embargo, existen algunas propuestas de integrar la DALI bus con sensores de propósito general con el fin de tener una única red de alumbrado, climatización, alarmas y vigilancia. Tecnología cableada

10. Los costos de instalación pueden reducirse aplicando tecnología inalámbrica, reducen el trabajo invertido en el cableado del sensor. Este sistema hace uso de IEEE 802.15.4 para redes de control DALI. Se decidió implementar un puerto IEEE 802.15.4 basado en sensores inalámbricos en lugar de utilizar ZigBee. La principal desventaja ZigBee es que no es interoperable entre diferentes fabricantes. IEEE 802.15.4 es compatibles con varios fabricantes, y logra la interoperabilidad. Tecnología inalámbrica

11. DALI se basa en el principio maestro-esclavo, el maestro envía mensajes a cualquier dispositivo esclavo en el sistema. Estos mensajes contienen una dirección y un comando, por lo que sólo el dispositivo dirigido reacciona al mensaje. Objetivo: Implementar un maestro DALI utilizando un controlador IEEE 802.15.4 basado en sensores inalámbricos. Los dispositivos que componen los sensores tienen una unidad de microcontrolador (MCU) y un IEEE 802.15.4 compatible con un transceptor. Un primer intento se centra en el alumbrado público, desarrollo de sensor inalámbrico para controlar al aire libre. Las obras futuras integrará este sistema junto con climatización, seguridad, etc. a un costo mínimo Aplicación del controlador DALI WSN

12. Se ha implementado una interfaz gráfica de usuario para probar la red inalámbrica de sensores y controlar la iluminación. La interfaz está instalada en el computador principal. El usuario puede enviar comandos que permiten encender y apagar las luces, comprobar algunos parámetros de la lámpara como el nivel de regulación, estado de la lámpara, etc. Aunque fue diseñado para fines de iluminación puede también ser utilizado para ajustar la velocidad del ventilador,etc. El resultado general muestra una buena convivencia con el ambiente hostil (Wi-Fi y las redes de Bluetooth). Aplicación del controlador DALI WSN

13. En comparación entre este sistema y otro sistema cableado. Este sistema mejora la eficiencia energética, capacidad de red inteligente y disminuye los costos de instalación y mantenimiento. Además de tener una mayor flexibilidad. Se puede extender el sistema propuesto a otras normas o tecnologías de luminarias o comunicación Por último, la interfaz gráfica puede ser desarrollado en profundidad con el fin de apoyar la funcionalidad de una evolvente inteligente, para el ahorro de energía y para su integración en una amplia automatización del hogar o edificio Conclusión