Proyecto de Sistema de Control Domótico

Autor: iMarketing.es – Consultoría informática y de gestión, servicios tecnológicos y de outsourcing

Nueva economía, Internet y tecnología

02-2005

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El objetivo del proyecto es diseñar e implementar un sistema que permita monitorizar los dispositivo de un vivienda de forma remota desde un terminal móvil; ya sea una PDA, PocketPC, teléfono móvil o cualquier dispositivos con conexión a Internet. Permitiendo al usuario estar informado en todo momento de los eventos que sucedan en el hogar y poder actuar en consecuencia.

Este proyecto consiste en un sistema de control domótico que permite una interactuación bidireccional entre el usuario y su hogar desde cualquier terminal móvil sin necesidad de duplicar recursos, ya sea un PocketPC, PDA, Pc tradicional o un teléfono móvil. De esta forma podremos estar informados en todo momento de cualquier evento que suceda en la vivienda y actuar en consecuencia desde cualquier terminal con conexión a Internet.

Si optamos por el dispositivo móvil más utilizado en la actualidad, sin lugar a dudas hablamos del teléfono móvil, disponemos de dos posibles formas de actuar. Ya sea mediante la utilización de mensajes cortos (SMS) o utilizando WAP como interfície de control. Si optamos por esta última opción dispondremos de varias pantallas que nos irán mostrando los diferentes menús para que nos resulte sencillo y rápido realizar cualquier tipo de acción.

Tanto el hardware como el software del sistema han sido un diseño íntegramente propio. En el desarrollo del hardware se tubo muy presente dos puntos fundamentales, realizar un sistema que pudiera adaptarse a cualquier tipo de vivienda y en cualquier momento sin necesidad de hacer grandes reformas en el hogar. Y en segundo lugar se buscaba un sistema que no se quedara obsoleto a corto plazo y que por tanto fuera capaz de incorporar sistemas domóticos actuales (X10, Lonwork, etc.) o nuevas tecnologías de comunicación móvil, como por ejemplo Bluetooth, sin necesidad de rediseñar todo el hardware.

Introducción

Este proyecto nació, en primer lugar, con la finalidad de ser una herramienta de seguridad. Con el objetivo de persuadir el hurto simulando presencia en viviendas deshabitadas; en periodos cortos de fin de semana o en estancias más largas.

En segundo lugar se buscaba desarrollar un sistema que diera al usuario la posibilidad de estar informado en todo momento de lo que sucede en su vivienda y, poder reprogramar la configuración o actuar directamente sobre los dispositivos de una manera rápida y sencilla.

A partir de las especificaciones anteriores surgió la idea de construir un sistema de control intuitivo que pudiera ejecutarse desde cualquier terminal móvil con conexión a Internet (teléfono móvil, PDA, PocketPC, etc). Dando la posibilidad al usuario de poder recibir informes de su hogar en forma de mensaje corto (SMS) o de correo electrónico (e-mail) en cualquier momento y así, actuar en consecuencia sin ningún tipo de restricciones. Podrá actuar sobre su hogar sin importar el lugar donde se encuentre, ni el dispositivo utilizado, ni la tecnología empleada ( WEB, WAP o SMS ).

Otro de nuestros objetivos era acercar este producto al mayor número de personas. Para ello debíamos potenciar la utilización de nuestro sistema mediante el dispositivo más utilizado actualmente por la gente, que sin lugar a duda, se trata de el teléfono móvil.

Pero además debíamos desarrollar un entorno de usuario que destacase por la sencillez de su manejo incluso para personas sin ningún tipo de experiencia en temas de últimas tecnologías. Para ello se optó por tener la posibilidad de controlar el sistema mediante un método de comunicación muy extendido en la actualidad, que poseen todos los teléfonos móviles y de bajo coste, como son los mensajes cortos (SMS).

Y para terminales con tecnología WAP se creó un conjunto de pantallas que guiarán al usuario por diferentes menús para conducirle de una manera rápida y sencilla a realizar la acción deseada. (véase capítulo 2)

Otro de los temas que se cuidó fue el desarrollo del hardware que forma la Unidad de Control que esta ubicada en la vivienda. Su diseño era determinante para lograr un sistema que a parte de su sencillez en el manejo remoto, se adaptara con la menor obra posible a todo tipo de viviendas, sin necesidad de tener que instalarse paralelamente en el periodo de construcción de la misma

A causa de la falta en el actual mercado de sistemas que abarcaran todos estos requisitos optamos por realizar un diseño propio tanto de la Unidad de Control como de la interficie de usuario, software de control, etc. Esto nos daba mayor flexibilidad para poder realizar un sistema económico, fácil de utilizar, adaptable a cualquier dispositivo (teléfono móvil, PDA, PC, PocketPC, etc ) y que además fuera sencillo de instalar en cualquier tipo de vivienda. La Unidad de Control se divide en dos grandes bloques, PC-Servidor y Domótica Tradicional.

(Para ver las imágenes de este documento se recomienda utilizar la versión de descarga.)

Fig. 1.1 – Bloque de Domótica Tradicional ( Placa Principal, secundarias y módulo SMS ).

Las placas secundarias son las encargadas de disponer de la circuitería necesaria para actuar sobre los diferentes dispositivos a controlar. Se optó por diseñarlas separadas de la placa principal para poder tener un sistema más flexible, con la posibilidad de adaptarse a actuales sistemas domóticos o a las nuevas tecnologías de comunicación móvil sin necesidad de rediseñar todo el hardware.

La placa principal de control tiene tres funciones básicas y se puede considerar la Unidad Central del sistema. La primera de ellas se basa en identificar y verificar la información que recibe del PC-Servidor y actuar en consecuencia sobre las placas secundarias. La segunda de sus funciones es la de testear dichas placas para comunicarle al PC-Servidor cualquier tipo de modificación de los diferentes dispositivos que se hallan conectados a ellas. Si esta información es referente a la activación de algún tipo de alarma, a parte de comunicárselo al Pc, se ejecuta la tercera de las funciones de la placa principal. Ésta tiene como misión la de enviar un SMS a los teléfonos preseleccionados por el usuario informándoles detalladamente de lo que sucede en la vivienda. Para poder realizar esto hemos de contar con un módulo SMS o en su defecto un teléfono móvil GSM conectado a la placa principal.

El Pc-Servidor es parte fundamental de la Unidad de Control ya que a parte de albergar y gestionar la información del estado actual de cada dispositivo y su programación almacena en su interior el software de la interficie de usuario remota, páginas que veremos una vez que intentemos conectarnos a la vivienda desde cualquier terminal móvil. El contenido será el mismo para todos sin necesidad de duplicar el código ya que la presentación se adaptará según el terminal que estemos utilizando. Otro punto a destacar del PC-Servidor es su utilidad como interficie de usuario en la vivienda.

Fig. 1.2 – Interficie de usuario PC-Servidor ( Plano de la casa y dispositivos ).

De esta forma podremos interactuar con cualquiera de los dispositivos conectados de una manera rápida y sencilla gracias a lo intuitivo de su manejo. Ya que dispondremos de un plano de la casa donde estarán ubicados los distintos dispositivos (luces, persianas, alarmas, etc.) y representados con iconos como podemos ver en la anterior ilustración, Fig. 1.3. Pulsando sobre cualquiera de ellos podemos modificar su estado instantáneamente u optar por programarlos a una determinada hora.

El bloque de Domótica Tradicional consta de tres subgrupos: Placa principal de control, placas secundarias, módulo SMS ( o en su defecto teléfono móvil GSM ).

Descripción global del sistema

El sistema de control domótico consta de dos bloques bien diferenciados que son:

- PC-Servidor.
- Bloque de Domótica Tradicional.

El bloque de Domótica tradicional se compone de tres subgrupos: placa principal, módulo SMS y placas secundarias. Éstas últimas son las encargadas de conectar físicamente los dispositivos de la vivienda que deseamos controlar con el sistema domótico. Mientras que la placa principal además de verificar, gestionar y filtrar toda la información dirigida a los dispositivos conectados, testea estos últimos para detectar cualquier cambio en su estado y actuar en consecuencia.

Se diseñó en tres partes separadas para facilitar su posterior instalación en cualquier tipo de vivienda. Ya que no es lo mismo instalar este sistema en hogares en fase de construcción, donde podemos optar por tener todo (PC-Servidor, placa principal, secundarias y módulo SMS) ubicado en un mismo lugar y cablear los dispositivos a controlar hacia este punto, que en viviendas donde no nos interese por cuestiones de habitabilidad realizar grandes reformas. Por ello, y para reducir al máximo las obras, optamos por posicionar las placas secundarias de control de los dispositivos lo más cerca posible de los mismos y realizar la comunicación con la placa principal mediante radiofrecuencia.

A este bloque, Domótica tradicional, se le añade el de PC-Servidor para formar conjuntamente el sistema de control domótico. Se optó por este diseño ya que se buscaba interactuar de una forma remota sobre dispositivos que se encuentran actualmente en cualquier vivienda tradicional. Por las características de éstos era imposible actuar directamente sobre ellos. Por este motivo se creó una Base de Datos, almacenada en el PC-Servidor, con las características de todos ellos (estado actual, ubicación física en las placas secundarias del control de dichos dispositivos, horarios de programación, alarmas, etc.). De esta forma, cualquier modificación de la Base de Datos sería transmitida hacia la placa principal del bloque de Domótica Tradicional para su posterior verificación y actuación. Estas modificaciones no pueden realizarse directamente sobre la Base de Datos sino mediante las interficies de usuario, disponiendo de:

- Interficie de usuario en la vivienda.
- Interficie de usuario remota.

La interficie de usuario en la vivienda se ejecuta en el PC-Servidor y se basa en un plano de la misma donde tenemos representados con iconos los diferentes dispositivos a controlar (luces, persianas, alarmas, etc.). Pulsando sobre cualquiera de ellos podemos modificar su estado instantáneamente u optar por programarlos a una determinada hora. Estos cambios quedan reflejados en la Base de Datos y como consecuencia se informará a la placa principal para que actúe en función de ellos.

El PC-Servidor a parte de realizar la función de interficie de usuario en la vivienda, es el encargado de conectar el sistema con el exterior mediante conexión a internet. En este punto es donde el Pc trabaja realmente como servidor almacenando en su interior las páginas que forman la interficie de usuario remota. Éstas las visualizaremos una vez intentemos conectarnos a la vivienda desde un terminal móvil (PDA, PocketPC, teléfono móvil, etc.) y nos guiarán por diferentes menús para facilitarnos cualquier acción que queramos realizar. Como ya hemos comentado no podemos actuar directamente sobre los dispositivos y por tanto, las acciones que seleccionemos en la interficie de usuario remota se basarán únicamente en modificar la Base de Datos. Por este motivo y por comodidad optamos por almacenarla junto con las páginas de esta interficie en el directorio virtual del PC-Servidor; almacenadas en el mismo sitio.

Especificaciones del PC-Servidor

Seguidamente, se realizará una descripción de las consideraciones que hemos seguido para la elección del PC-Servidor. El objetivo primordial era encontrar un sistema operativo, que pudiera ser instalado en cualquier ordenador doméstico de gama media, capaz de realizar funciones de servidor sin que ello suponga alejar al usuario de las aplicaciones y entornos de trabajo a los que está acostumbrado. De esta forma tenemos un Pc que a parte de realizar las funciones pertinentes de nuestro sistema puede ser utilizado, aunque no es recomendable, como ordenador de trabajo. Esto es gracias a tres puntos básicos:

• El PC-Servidor es un Pc doméstico tradicional.
• El nuevo entorno de trabajo no necesita un aprendizaje extra por parte del usuario.
• Compatibilidad del nuevo sistema operativo con el máximo software existente en el mercado (Procesadores de texto, programadores, editores gráficos, etc.).

Las características básicas que debe cumplir el servidor son:

• Sencillo proceso de instalación y puesta en marcha.
• Mínimo mantenimiento.
• Máxima seguridad a ataques externos.
• Posibilidad de albergar tanto páginas WEB como WAP.

Uno de los objetivos globales de nuestro sistema de control domótico era obtener una herramienta que se caracterizase, entre otras cosas, por su sencillez y adaptabilidad; estando presente esta característica tanto en el proceso físico de instalación del sistema como en la puesta en marcha del software del mismo. Parte de este software es el encargado de configurar el servidor. Necesitamos un control total sobre este proceso para poder realizar un servidor capaz de proporcionarnos tanto páginas WEB como WAP; las cuales pueden tener la función de modificar información que se encuentra en dicho servidor. Si éste no tiene activos los permisos pertinentes no podremos actuar desde el exterior sobre la información almacenada en él. Y, como ya hemos comentado en la introducción de este capítulo, para actuar sobre un dispositivo no podemos hacerlo directamente sino que hemos de modificar la información del mismo que hay depositada en la Base de Datos que se encuentra almacenada en el PC-Servidor.

El hecho de proporcionar permisos de escritura o ejecución hace más vulnerable el servidor a ataques externos. Por este motivo el PC- Servidor tiene que ser capaz de ejecutar en su interior aplicaciones de seguridad y control de acceso para evitar intrusiones no autorizadas desde el exterior.

Elección del Sistema Operativo.

La elección se realizó teniendo en cuenta que debía ser un sistema operativo capaz de funcionar en un ordenador doméstico de gama media, compatible con el mayor número de software del mercado y que tuviera un entorno de trabajo familiar para cualquier usuario. Por este motivo se buscó dentro de la plataforma de sistemas operativos de entorno Windows y en concreto sobre los más utilizados actualmente:

• Windows 95/98 y Millenium.
• Windows NT y 2000.

El primer grupo, Windows 95/98 y Millenium, son los más extendidos entre el consumidor general:

• Diseñados para ser más flexibles con los principiantes.
• Favorecen el uso de multimedia y juegos.
• Preinstalados en la mayoría de equipos nuevos.

Mientras que NT y 2000 poseen normas más estrictas de operación y seguridad. Motivo más que razonable para seleccionar uno de ellos como sistema operativo, ya que a parte de ser capaz de realizar funciones de servidor ha de disponer de los medios para ofrecernos un entorno seguro a posibles intrusiones no autorizadas. En este caso hemos de recordar que Windows 2000 forma parte de la familia NT y representa un esfuerzo por unificar lo que hasta ahora eran dos sistemas operativos distintos, Windows 9x y Windows NT. Desde hace tiempo se sabia que Windows NT 5.0 estaba en proyecto, pero Windows 2000 es la nueva versión de Windows NT 4.0 WorkStation y NT Server, incorporando la sencillez de manejo de la serie 9x. Dicho en otras palabras, Windows 2000 ofrece lo mejor de ambos mundos: la solidez y la seguridad de NT, junto a la facilidad de manejo, soporte de hardware y multimedia de Windows 98.

Entre lo mejor de Windows 98 que ofrece la versión 2000, se encuentra el soporte de hardware, la interfaz, la presencia de Internet Explorer 5 y del Reproductor de medios, y soporte para las nuevas tecnologías como USB, FAT32, Administración Avanzada de Energía, etc.

Después de una exploración veloz, se pueden señalar grandes rasgos del nuevo sistema operativo: abundancia de herramientas de conectividad, madurez de la interfaz, buen reconocimiento del hardware y estabilidad. Se añade a esto el soporte de nuevas tecnologías, las mejoras en sus funciones de informática remota, aplicaciones centralizadas de servicio, re-inicios obligatorios drásticamente reducidos y mejora en la seguridad.

La familia Windows 2000 está integrada por cuatro versiones de las que deberemos seleccionar la que mejor se adapte a las especificaciones que debe cumplir el PC-Servidor:

Windows 2000 Professional: Windows 2000 Pro, sucesor de NT Workstation, está destinado a ser un cliente de red seguro y una estación de trabajo corporativa. Carece de funciones de servidor y por este motivo se aleja de las especificaciones marcadas.

Windows 2000 Advanced Server y Data Center Server: Poseen funciones de servidor pero están destinados a sistemas de grandes dimensiones (número elevado de estaciones de trabajo, continua transmisión de información, grandes volúmenes de datos, etc.).

Windows 2000 Server: sucesor de NT Server, destinado a ser el servidor de impresión, archivos, aplicaciones e, incluso, Web de sistemas de pequeñas o medianas dimensiones. Estos servicios están plenamente integrados en todas las plataformas de Windows 2000 Server y reciben el nombre de Information Server5 (IIS 5).

Esta última es la versión seleccionada para instalarse como sistema operativo ya que cumple con todas las especificaciones marcadas (servidor de un sistema de pequeñas o medias dimensiones, seguridad, entorno Windows, etc.) y posee integrados servicios de WEB y de aplicaciones que marcarán la selección de los lenguajes de programación de la interficie remota:

• La implementación de las ASP en Windows 2000 Server es simplemente mejor, más rápida, más fiable, más escalable y capaz de ejecutarse en el hardware multiprocesador más nuevo.

• XML Parser es el intérprete de XML (Extensible Markup Language) y está implementado como un componente COM, proporcionando una base XML completa para las aplicaciones basadas en Windows DNA (nombre que se le da a la combinación de arquitectura "n-tier" con los servicios de Windows 2000, incluyendo COM+, MSQM y "Active Directory").

Elección de la conexión a Internet.

El PC-Servidor a parte de poseer el software adecuado, en este caso
Windows 2000 Server, para realizar las funciones de servidor, ha de
conectar físicamente el sistema con el exterior, mediante una
conexión a Internet. La elección de la misma debe regirse por las
siguientes especificaciones:

• Conexión permanente.
• Poseer una IP fija.
• Menor coste de mantenimiento posible.
• Máxima velocidad de transferencia.

Actualmente en el mercado disponemos de dos tipos de conexión a Internet que cumplen la mayor parte de estos requisitos, son la línea ADSL y RDSI:

La línea ADSL (Línea de Abonado Digital Asimétrica) es una tecnología que permite utilizar las líneas telefónicas tradicionales como líneas de datos de alta velocidad. La ventaja principal que ofrece este servicio es la posibilidad de una conexión permanente a Internet, a buena velocidad y bajo coste. Mediante la instalación de un splitter, o filtro de voz-datos, el usuario de ADSL puede, además, utilizar el teléfono de la misma línea de forma convencional mientras navega por Internet.

Para la utilización del servicio ADSL se necesita instalar un módem ADSL, que, mediante las nuevas tecnologías de codificación digital, permiten ampliar el rendimiento del cableado instalado en la red telefónica actual.

Básicamente, ADSL establece tres canales independientes sobre la línea telefónica: dos canales de datos de alta velocidad (uno de envío y otro de recepción) y uno de voz.

Típicamente, el ADSL establece un canal de entrada o recepción de datos más veloz que el canal de salida, lo cual se adapta perfectamente a los servicios de acceso a información como Internet en los que, normalmente, el volumen de información recibido es mucho mayor del enviado. Actualmente las ofertas en España se barajan entre los 256 Kbit/s del acceso Básico, hasta los 2Mbit/s del acceso más caro.

Las opciones para instalar ADSL son varias, pudiendo elegir entre la configuración mas adecuada a nuestras necesidades. Existen módems ADSL internos, que se instalan directamente en un slot libre de nuestro PC, así como algunos modelos externos. Este tipo de configuración es ideal para uso personal con un único equipo conectado a Internet.

Los módems ADSL con conexión a red permiten compartir el acceso a Internet de forma muy sencilla por todos los equipos conectados a una red. Al no requerir la instalación de ningún tipo de drivers, aseguran un correcto funcionamiento independientemente del sistema operativo instalado en cada uno de los equipos, siendo esta la solución mas cómoda para pequeñas redes caseras

RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) es una evolución de la línea telefónica analógica convencional, que ofrece conexión completamente digital de extremo a extremo, lo que permite la integración de multitud de servicios, independientemente de la información a transmitir y del equipo terminal que la genere.

Para la transferencia de la información, se han definido en RDSI una serie de canales digitales:

• Canal B: Canal de 64 Kbit/s que transporta la información generada por el terminal del usuario
• Canal D: Canal utilizado para señalización (establecimiento y control de la llamada) y para transportar información a baja velocidad (Por ejemplo, la voz). Generalmente es de 16< Kbit/s.
• Canal H: Permite la transferencia de información a velocidades superiores a 64 Kbits.

Cuando se contrata una RDSI, se pueden combinar los canales de varias maneras, con el fin de formar el tipo de acceso que mas nos interese. Se han normalizado dos tipos de acceso diferentes, que especifican distintas agrupaciones de los canales posibles:

• Acceso Básico: Esta compuesto por dos canales B y un canal D de 16 Kbit/s. La velocidad de transmisión total es de 193 Kbit/s.
• Acceso Primario: Esta compuesto por 30 canales B y una canal de tipo D de 64 Kbit/s. Con este acceso se dispone de un total de 2.048 Kbit/s.

La RDSI permite, además de una mayor calidad de sonido en la conversación telefónica, todo tipo de soluciones a las necesidades de comunicación de voz, texto, datos e imágenes por un solo medio de transmisión. Mediante una única línea RDSI se puede disponer de hasta ocho números para los distintos terminales conectados (faxes, extensiones, vídeo y teléfonos). Además se caracteriza por:

• Permitir la utilización del teléfono al mismo tiempo que se navega por Internet a una velocidad mayor que la soportada por un módem convencional.
• Ofrecer el servicio de identificación de llamadas, llamada en espera, desvío.

Para que nuestro bloque de PC-Servidor realice correctamente las funciones de servidor ha de disponer de una IP fija y conexión permanente. Ya que si la conexión a Internet seleccionada no dispone de estas dos características nos encontramos que:

• No disponer de una IP fija: provoca que no podamos conectarnos desde el exterior, mediante un terminal, al servidor que hay en la vivienda. Debemos de conocer de antemano la IP que indica la dirección donde se encuentra ubicada la información que deseamos visualizar.

• Conexión no permanente: el sistema de control domótico esta diseñado para que se pueda acceder y controlar la vivienda desde cualquier punto y en cualquier momento. Por tanto el sistema ha de estar conectado a Internet permanentemente sin que ello suponga un gasto económico elevado.

Si observamos la tabla anterior y comparamos vemos que la conexión a Internet mediante ADSL se ajusta mejor a nuestras necesidades:

• Incorpora una IP fija, mientras que en la RDSI se ha de
contratar por separado a la conexión.
• Conexión permanente, característica que no posee la RDSI.
• Tarifa plana incluida en la cuota mensual mientras que la
RDSI depende del acceso contratado.

Especificaciones de las interficies de usuario. Interficie de usuario remota.

El PC-Servidor es el encargado de recibir las peticiones de los terminales móviles, en este caso actuando como clientes, y proporcionarles el conjunto de páginas que visualizarán, formando la interficie de usuario remota. La cual debe solventar dos problemáticas claras para no duplicar recursos:

• Diversidad en el tamaño, ubicación y número de estancias de las viviendas.
• Multitud de terminales con conexión a Internet que poseen características diferentes en la visualización y formato del contenido.

Nota: Es probable que en esta página web no aparezcan todos los elementos del presente documento.  Para tenerlo completo y en su formato original recomendamos descargarlo desde el menú en la parte superior

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