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Viviendas más seguras e inteligentes

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Imagen 1: un ejemplo del módulo WICED de Cypress.

Mark Patrick, Mouser Electronics

El concepto de vivienda inteligente no es algo nuevo, y es que llevamos décadas hablando del tema. Sin embargo, hasta hace poco, era algo que solo estaba al alcance de los que podían pagar el elevado coste de una reforma total de la residencia y de todos los dispositivos necesarios. Actualmente, las innovaciones con internet inalámbrico, el Internet de las cosas (IdC), el reconocimiento/control de voz y la inteligencia artificial (IA) han empezado a lograr que más consumidores puedan acceder a las tecnologías domóticas. La palabra «inteligente» se asocia hoy en día a cosas como lavavajillas, neveras, lavadoras, aparatos de aire acondicionado, cafeteras y muchos otros electrodomésticos.

Además, algunas de las grandes empresas tecnológicas —como Amazon, Google, Apple o Microsoft— ofrecen diferentes opciones de asistentes digitales para el control de viviendas inteligentes; gracias a esto, la automatización en los hogares ha dejado de limitarse a las «smart TV» o los dispositivos de entretenimiento, y ya es posible disponer de funciones de control a distancia de la iluminación, la calefacción o la seguridad. Otro factor importante es que los operadores de internet ya ofrecen servicios de domótica y de configuración de redes inalámbricas.

Todos los estudios prevén un importante crecimiento global de la domótica en los próximos cinco años aproximadamente, pero las cifras plasmadas en estos estudios son radicalmente distintas. El informe de Zion, por ejemplo, da una cifra de 53 000 millones de dólares en 2022, mientras que Orbis sube hasta los 150 000 millones de dólares en 2023 y el último estudio de MarketsandMarkets habla de 151 000 millones de dólares para 2024.

A pesar de toda la publicidad y la atención de los medios de comunicación, la realidad es que no se ve que los consumidores estén entusiasmados con la idea de equipar sus hogares con electrodomésticos inteligentes. Esto se debe, principalmente, a los problemas de seguridad y privacidad de datos.

Incidentes como el de Amazon Echo (el altavoz inteligente que envió la grabación de una conversación privada a un contacto aleatorio del propietario), así como los numerosos ciberataques a grandes cadenas hoteleras y aerolíneas que, en teoría, estaban protegidas con sistemas de seguridad corporativos, crean reticencias hacia dispositivos inteligentes que están continuamente escuchando lo que ocurre y recopilando datos.

A la hora de diseñar soluciones para viviendas inteligentes, será necesario emplear tecnologías que sean rentables, que estén conectadas adecuadamente, que usen eficazmente la energía y que se integren con facilidad; sin embargo, también deberán ser seguras y fiables. Veamos cuáles son las tecnologías básicas que podrían generalizar de una vez por todas el uso de la automatización en el hogar.

Inteligencia y conectividad

Los módulos inalámbricos de la serie JN5168-001-M0xx (NXP) tienen una construcción de montaje superficial, un gran rendimiento y un nivel de consumo extremadamente bajo. Están diseñados para aplicaciones de redes IEEE 802.15.4, JenNet-IP, ZigBee Light Link, ZigBee Smart Energy y RF4CE. Gracias a estos dispositivos listos para el uso, ya no es necesario diseñar paquetes de prueba y placas RF específicas, un proceso lento y caro. Esto permite que los fabricantes de equipos originales en el sector de la domótica puedan crear productos atractivos con menos dinero y con un tiempo de comercialización más corto. Los módulos usan como base el microcontrolador inalámbrico JN5168 de la empresa, un elemento con gran capacidad de memoria, un núcleo de procesamiento de altas prestaciones y un excelente funcionamiento de radio (todos los componentes RF necesarios están incluidos). Por lo tanto, lo único que hay que hacer para fabricar productos de detección o control inalámbricos es conectar la fuente de alimentación y los periféricos (interruptores, accionadores y sensores), lo que simplifica el trabajo considerablemente.

Los microcontroladores integrados FT90x de 32 bits Bridgetek están diseñados para trabajos de unión de interfaces de alta velocidad, y son capaces de ofrecer una amplia gama de funciones de E/S. Cuentan con una entrada de cámara paralela y puertos periféricos y de servidor USB 2.0 de gran velocidad. El núcleo procesador FT32 de cada microcontrolador trabaja a 3,1 DMIPS/MHz, y puede funcionar sin estado de espera (0WS) hasta 100 Mhz. Se ha diseñado para sistemas de supervisión de circuitos cerrados, grabación de vídeo digital de seguridad y redes de protección, y cuenta con un dominio exclusivo de transmisión de datos. Gracias a esto, no es necesario emplear interfaces complejas de acceso directo a memoria (DMA) para transferir datos internamente, de modo que el modelo de procesamiento es muy determinista. El dispositivo cuenta con 256 kB de memoria de programa o «shadow» y 64 kB de memoria de datos.

Inteligencia y automatización

Los EZ-BLE y EZ-BT de Cypress Semiconductor son una propuesta de WICED (conectividad inalámbrica a internet para dispositivos integrados) con la que es posible simplificar el diseño y el desarrollo del hardware para la automatización del hogar. Se trata de módulos completamente integrados con un oscilador de cristal incorporado, una memoria flash, componentes pasivos y un exclusivo sistema en chip (SoC) CYW207xx con procesador ARM Cortex-M3 de 32 bits. Son unidades de consumo bajo con modulación de impulsos en anchura (MIA), conversión analógico-digital (CAD) y comunicación serie I2C, UART y SPI.

Los módulos WICED EZ-BT también tienen una interfaz de audio PCM/I2S y una memoria flash serial de 512 kB, así como una pila Bluetooth 5.0 con licencia gratuita. Por otro lado, el módulo WICED EZ-BLE cuenta con una memoria flash de 128 kB y una SRAM de 60 kB para el funcionamiento autosuficiente y las actualizaciones OTA. Estas memorias tienen una pila BLE de licencia gratuita y compatible con Bluetooth 4.1. Ambos módulos emplean el kit de desarrollo de software WICED Studio de la empresa para el IdC, que combina el wifi y el Bluetooth en un solo entorno de desarrollo integrado (IDE).

El SiP (sistema en cápsula) multiprotocolo RSL10 de ON Semiconductor dispone de la conectividad inalámbrica de bajo consumo necesaria para una gran variedad de aplicaciones en el mundo del IdC y la domótica. Se trata de un sistema versátil y compatible con Bluetooth 5 y un enlace de RF de 2 Mbps, así como con protocolos exclusivos o personalizados de 2,4 Ghz. Dispone de un procesador ARM Cortex-M3 de 48 Mhz junto con un núcleo doble Harvard DSP de 32 bits preparado para tareas intensas de procesamiento de señal. Tiene diversas arquitecturas de memoria (RAM y flash), así que puede almacenar la pila Bluetooth y otras aplicaciones. La cápsula también cuenta con un controlador DMA, osciladores y unidades de administración de energía de gran rendimiento. Puede trabajar con tensiones de alimentación de entre 1,1 y 3,3 V.

Desde la placa de evaluación del SiP RSL10 podemos acceder a todas las conexiones de entrada y salida mediante conectores estándar de 0,1 pulgadas. Además, cuenta con un circuito integrado de interfaz de comunicación y funciones J-Link para que los ingenieros puedan depurar el hardware mediante una conexión USB/PC.

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Imagen 2: el SiP RSL10 de ON Semiconductor.

Inteligencia y comodidad

El sensor digital de humedad relativa HTU21D de TE Connectivity se encuentra dentro de una cápsula DFN soldable por reflujo de 3×3 mm. Suministra señales lineales y calibradas mediante una interfaz I2C. Se trata de un transductor de temperatura y humedad «plug and play» y de bajo consumo, diseñado específicamente para sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, cámaras de seguridad y conceptos similares. Hay una interfaz directa con un microcontrolador a través de las salidas digitales modulares de humedad/temperatura. Todos los sensores están probados y calibrados individualmente, y la resolución es modificable (desde 8/12 bits hasta 12/14 bits para RH/T). La solución dispone de un módulo checksum que contribuye a mejorar la fiabilidad de la comunicación.

Elkit UP EnOcean de AAEON para viviendas inteligentes ofrece diferentes soluciones potenciales para el hogar, como el ajuste de las luces, el control de persianas, los sensores para ventanas y el control de la temperatura. El kit contiene un transmisor PTM210 de pulsador electrodinámico con dos interruptores basculantes para pruebas, un módulo STM329 de contacto magnético e inalámbrico para ventanas, un módulo STM330 inalámbrico de detección de temperatura, un interruptor de contacto inalámbrico Eltako/BSC y la placa adaptadora de la empresa para entradas y salidas genéricas (GPIO). Se puede suministrar con una configuración de frecuencia de comunicación de 868 Mhz para Europa y de 902 Mhz para Norteamérica.

Las Smart Lighting Engines de ams forman parte de la conocida familia de productos Cognitive Lighting de la empresa, unas unidades con funciones avanzadas de autogestión, control centralizado y detección integrada. Con esta solución, se puede alcanzar una iluminación inteligente en un sistema IdC capaz de ajustarse a las características estéticas que el usuario desee. El administrador de iluminación inteligente AS7211 para el IdC es compatible con la funcionalidad en red y cuenta de manera integrada con un sensor de luz ambiental digital para la gestión automática y en bucle cerrado de la luz diurna. El control de la luz en el IdC se lleva a cabo mediante una conexión en red o mediante reguladores 0-10 V con salidas de control a accionadores PWM a LED (entre otros). Para facilitar la integración con clientes en red estándar, hay una interfaz UART serie y un conjunto de comandos de iluminación inteligente por texto.

La tecnología para viviendas inteligentes será más inteligente

Aún queda un largo camino por recorrer antes de que el hardware/software para la automatización del hogar se haya generalizado entre los usuarios: necesitaremos un verdadero avance tecnológico antes de que estos sistemas hagan lo que su nombre parece indicar. Sin embargo, es probable que dentro de poco se superen las limitaciones de los dispositivos inteligentes actuales y aparezcan nuevas tecnologías; en este sentido, será imprescindible una mayor dependencia de la inteligencia artificial. Estos dispositivos no solo deben ser más inteligentes, sino que también deben estar diseñados para garantizar un mayor nivel de seguridad a fin de que los usuarios estén realmente seguros dentro de su hogar inteligente.