RED DE SENSORES PARA EL

MONITOREO Y CONTROL DE LUCES EN

LOS PRINCIPALES PARQUES DE LA

CIUDAD “SMARTLIGHT”

Bermeo Alexis1, Guerrero Cristian

1, Peña Andy

1, Manuel Quiñonez

2

Profesionales en formación de la Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones de la UTPL#1

, Docente de la Escuela de

Electrónica y Telecomunicaciones de la UTPL #2

ambermeo1@utpl.edu.ec1, cfguerrero1@utpl.edu.ec1,

arpena@utpl.edu.ec1,jorgeluis@utpl.edu.ec1

Resumen─ El presente trabajo tiene como

objetivo realizar el estudio del desarrollo de una

aplicación que permita llevar a cabo por medio

de una red de sensores el monitoreo y control

de luces en los principales parques de la ciudad

de Loja.

I. INTRODUCCIÓN

A través de éste proyecto procuramos plantear y

crear una metodología con el objeto de reducir el

consumo energético a la vez que se implantan

nuevas tecnologías como lo es Smatlight.

En la actualidad el área urbana de la ciudad de Loja

tiene un 96% de cobertura del servicio de

abastecimiento de energía eléctrica, lo cual es

significativo considerando que el número de

viviendas aumenta. En este marco, la ocupación

acelerada y espontánea del área urbana ocasiona

que el sistema (transformadores y redes) esté sobre

o subdimensionados, además que el consumo

desmesurado de energía eléctrica, causa problemas

al medio ambiente al existir contaminación

lumínica por el desperdicio de la misma. Cuando

los espacios públicos no se usan, la iluminación a

plena potencia es un desperdicio de energía. [1]

La mayor parte de energía que la sociedad consume

diariamente proviene de la iluminación, tanto en

fábricas, oficinas y hogares, así como en las vías

públicas, calles, carreteras, etc.

Bajo este concepto ha surgido una nueva

tecnología llamada SmartLight que refleja un gran

cambio en cuanto el aprovechamiento de la energía

Como objetivos se planteó los siguientes aspectos:

Controlar la activación de la luz en los

parques de la ciudad de Loja.

Evitar la contaminación lumínica, y el

desperdicio de energía.

Reducir el consumo energético, a la vez de

utilizar medios energéticos naturales como

la luz solar.

Brindar tranquilidad a los transeúntes y

facilitar la obtención de datos de las

cámaras del Ecu911 en caso de

emergencias.

Conocer las características principales del

control de la luz nocturna, su estructura, su

funcionamiento y el uso en la sociedad.

II. MARCO TEORICO

Contaminación Lumínica

Con este nombre se designa la emisión directa o

indirecta hacia la atmósfera de luz procedente de

fuentes artificiales, en distintos rangos espectrales.

Sus efectos manifiestos son: la dispersión hacia el

cielo, la intrusión lumínica, el deslumbramiento y

el sobreconsumo de electricidad.

La dispersión hacia el cielo se origina por el hecho

de que la luz interactúa con las partículas del aire,

desviándose en todas direcciones. El proceso se

hace más intenso si existen partículas

contaminantes en la atmósfera (humos, partículas

sólidas) o, simplemente, humedad ambiental. [2]

A continuación se presentan algunas causas de la

contaminación lumínica:

El uso de luminarias (farolas, proyectores o

focos, etc.) que, debido a un mal diseño

luminotécnico o a una colocación

inapropiada, dejan escapar buena parte del

flujo luminoso fuera del área que se

necesita iluminar.

Una excesiva iluminación, produce

asimismo importantes e

innecesarias pérdidas de luz por

reflexión en el suelo y demás objetos sobre

iluminados.

Una zona excesivamente iluminada,

provoca que en las zonas vecinas se tienda

a imitarla, igualando al menos aquel nivel

de iluminación, produciéndose una

"reacción en cadena" que agrava el

problema. Esto se debe a que el ojo

humano necesita un cierto tiempo de

adaptación entre diferentes niveles de

iluminación, de modo que cuando pasamos

de una zona con un exceso de luz a otra

razonablemente bien iluminada tenemos la

falsa impresión de que el alumbrado de

esta última es pobre o insuficiente.

Fig.1.- Ejemplos de luminarias muy contaminantes

A continuación se presenta las consecuencias que

provoca la contaminación lumínica:

Un desperdicio de energía y dinero.

Como ejemplo, en las farolas de tipo

globo se pierde hacia el cielo más de

la mitad de la energía consumida.

Contribuir al cambio climático y a la

generación de residuos durante la

producción de ese exceso de energía

(dióxido de carbono, lluvia ácida,

sustancias radiactivas, etc)

Efectos contaminantes ocasionados

por residuos tóxicos de las lámparas

usadas (especialmente las de vapor de

mercurio).

Alteración en los ciclos de diversas

especies animales, principalmente de

las aves.

Pérdida de la visibilidad del cielo

nocturno. [3]

SmartLight

Es una tecnología de iluminación diseñada para la

eficiencia energética. Esto puede incluir accesorios

de alta eficiencia y controles automatizados que

hacen ajustes en base a condiciones tales como la

ocupación o disponibilidad de luz natural.

Esta tecnología es de iluminación súper eficiente,

utiliza células con electro-fluidos y conductos para

recibir y dirigir la luz solar incluso hasta las partes

más interiores de un edificio, además permite la

absorción y almacenamiento de energía solar.

SmartLight cambia el concepto de energía

fotovoltaica, que recibe la energía del sol y la

transforma para obtener electricidad que permita

encender bombillas. En cambio con SmartLight la

idea es conducir estos rayos del sol hasta el espacio

que se quiera iluminar, con lo que, además, se

consigue luz natural. [3]

Protocolo 802.15.4

Es el protocolo de comunicación por

radiofrecuencia para voz y datos de bajo alcance,

ofrece transmisiones a velocidades de

aproximadamente un Mbps y su alcance es entre

los 10 y 100 metros.

Sus características principales son robustez, baja

complejidad, bajo consumo de energía y costo

mínimo, este protocolo es la solución más

frecuente para lograr la interconexión de pequeños

ordenadores tablas y dispositivos móviles en el

campo de las telecomunicaciones e informática.

III. DESCRIPCION ACTUAL DEL

PROBLEMA

Las lámparas que se utilizan para la iluminación de

los parques de LOJA consumen considerable

cantidad de energía, y se mantienen utilizando

estos niveles de energía sin que haya un solo

peatón en el sector, provocando así un gasto

inadecuado de este recurso, además la ubicación de

las lámparas debe ser estratégico para no crear

zonas con sombras utilizando luces blancas para

hacer que la visibilidad de los peatones sea mejor.

Actualmente en la ciudad de Loja cuenta con

importantes parques entre los cuales se eligió como

los más importantes para la implementación del

sistema de sensores de activación automática los

Parques como el Central, la plaza de San Sebastián

y Santo Domingo, al tomar en cuenta el nivel de

personas que se reúnen en los mismos.

El parque Central cuenta con 37 farolas de

alumbrado público tipo globo.

Fig.2.- Parque central a horas de la madrugada

La plaza de San Sebastián contiene 22 farolas de

alumbrado público, en la noche es muy transitada

debido a que muchas personas se reúnen en la

misma tanto por los eventos como el jueves

cultural y eventos sociales, la luminaria tiene gran

intensidad y permanece prendida toda la noche,

provocando un desgaste de energía innecesario

como a su vez contaminación lumínica.

Fig. 3.- Parque San Sebastián a horas de la

madrugada

El parque de Santo Domingo cuenta con 13 farolas

de alumbrado público

Fig. 4.- Parque Santo Domingo a horas de la

madrugada

Los tres puntos escogidos para este proyecto tienen

en común que son puntos importantes de la ciudad

de Loja donde existe una gran concentración de

personas durante el día, en la noche existe pocos

transeúntes y su sistemas de iluminación son por

medio de farolas que debido al mal diseño

luminotécnico dejan escapar parte del flujo

luminoso fuera del área que se necesita iluminar,

accionando una excesiva iluminación, que produce

innecesarias perdidas de luz que causa reflexión en

el suelo y demás objetos siendo esto origen de un

desgaste de energía innecesaria, provocando que la

luz incida directamente desde la lámpara en

nuestros ojos, esta tiene una intensidad bastante

superior a la que nos llega reflejada por el suelo y

por los obstáculos que en él se presenten, haciendo

que la visión de las personas disminuya , ya que la

abertura de las pupilas se ha cerrado hasta

adaptarse a aquella mayor intensidad luminosa.

IV. DELIMITACION DEL PROBLEMA

En el siguiente proyecto utilizaremos

dispositivos de adquisición de datos para poder

controlar, monitorear y dar seguimiento al

funcionamiento de los sensores y lámparas

LED, con los cuales nos encargaremos de

brindar el alumbrado a los parques, en donde

hemos decidido implementar nuestro trabajo.

Las iluminarias estarán iluminando a baja

potencia mientras los sensores no detecten

movimiento, en cuanto exista un movimiento

las iluminarias aumentarán su luminosidad

según el nodo al que pertenecen.

Para llegar a cumplir nuestros objetivos

haremos referencia en el protocolo de alto nivel

de comunicación inalámbrica denominado

ZigBee, el mismo que se basa en el estándar

IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área

personal (WPAN).

Usando el protocolo ZIgBee hay que tener en

cuenta que el coordinador de red mantiene en

todo el momento el control del sistema, este es

el dispositivo más sofisticado de nuestro

sistema. Este requerirá una programación.

El dispositivo de función completa hará la

función de router y el dispositivo de función

reducida tendrá la capacidad y funcionalidad

limitada para el bajo coste y simplicidad, es

decir son los sensores de barrera.

V. DESCRIPCION Y DESARROLLO

DEL NUEVO SISTEMA

ILUMINACION

Uno de los objetivos principales de este proyecto es

disminuir el consumo energético por lo que se

estima recurrir al uso tecnología mediante una red

de sensores, ya que en áreas de poca de actividad

nocturna, la iluminación puede ser regulada hasta

el mínimo la mayor parte del tiempo y al usar

sensores de movimiento, pueden elevarse los

niveles tan pronto como se detecta un peatón o un

vehículo lento en la zona. Esta función de luz a

demanda incrementa la seguridad y el bienestar de

los usuarios y, al mismo tiempo, ahorra energía.

Además es de suma importancia conseguir generar

energía eléctrica sin alterar los recursos naturales

por lo que el sistema estará basado en celdas

fotovoltaicas que permitirá captar los rayos solares,

almacenarlos y transformarlos en electricidad y

utilizarlos en el sistema de iluminación, los niveles

de energía serán monitoreados a través de un

controlador que enviará información continua de

los mismos a cualquier dispositivo inalámbrico.

Este atractivo sistema se logra basándose en el

protocolo ZigBee que hace posible conectar un

controlador inteligente que mediante software se

logra regular y monitorear las luces de acuerdo a

una programación, la detección de presencia de

personas o algún otro criterio.

En si la solución debe radicar en:

Adecuar los niveles de iluminación a las

recomendaciones internacionales actuales.

Sustituir progresivamente las lámparas de

mercurio y las de sodio por lámparas LED.

Encender la iluminación de fachadas y

monumentos sólo durante ciertas horas. La

luz debe ir de arriba abajo, y no al revés.

Situar las farolas evitando los obstáculos

que, como las ramas de los árboles,

impiden la adecuada iluminación de la

calle.

Al aplicar estos sistemas se logra que las

luminarias se comuniquen conjuntamente en una

red inalámbrica para ofrecer una regulación de

perfil dinámico. El escenario de regulación

autónoma puede reforzarse con funciones de

detección de movimiento.

Para gestionar la instalación, los sensores pueden

estar centralizados o descentralizados. Cuando se

detecta movimiento, el escenario de detección se

cambia al escenario de regulación programada a fin

de proporcionar seguridad y confort a los usuarios.

Fig. 5- Esquema del funcionamiento de luminaria

mediante controlador aplicando el protocolo

ZigBee

Protocolo a utilizar

El protocolo se basa en el estándar IEEE.805.15.4.

Define el nivel físico y el control de acceso al

medio de redes WPAN con tasas bajas de

transmisión de datos.

Su objetivo es solucionar problemas de inter-

operalidad y costos de los protocolos propietarios

en aplicaciones que requieren comunicaciones

seguras, con baja taza de envió de datos y la

maximización de vida útil de sus baterías.

Esta tecnología cuenta con velocidades

comprendidas entre 20 Kbps y 250 Kbps y rangos

de 10m a 75m, usa las bandas libres de ISM de 2.4

GHz.

Puede estar formada por hasta 255 nodos los cuales

tienen la mayor parte del tiempo el transceiver

dormido con el objeto de consumir menos energía

que otros dispositivos inalámbricos. [4]

El estándar ZigBee fue diseñado con las siguientes

especificaciones:

Ultra bajo consumo que permita usar

equipos a batería

Bajo costo de dispositivos y de instalación

y mantenimiento de ellos.

Alcance corto (típico menor a 50 metros).

Optimizado para ciclo efectivo de

transmisión menor a 0.1 %

Velocidad de transmisión menor que 250

kbps

VI. DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS A

UTILIZAR EN EL SISTEMA

Los elementos, y su respectivo funcionamiento, de

nuestro sistema serán:

Controlador de luminarias (LuCo-NX).

Este dispositivo está destinado a ser ubicado

directamente en la luminaria, es un controlador

universal, este recibe las señales del dispositivo

SeCo vía ZigBee y controla al sistema, este

controlador además mide el consumo de energía,

almacena los valores para luego enviarlos al SeCo.

El Luco-NX también proporciona una entrada que

es compatible con una amplia variedad de sensores

de presencia, movimiento o detectores de tráfico,

con el objeto de adaptar los niveles lumínicos bajo

demanda en cada instalación, además la tecnología

LightSync, mediante reloj astronómico, se encarga

de asegurar la detección precisa del amanecer y del

anochecer para redes de alumbrado con energía las

24 horas del día.

Fig. 6- Equipo LuCo-NX

Tabla Especificaciones.

Controlador de segmento (SeCo)

Esta herramienta hace función de vínculo entre el

LuCo-NX y la interfaz web. Los segmentos de

control pueden ser de hasta 150 controladores y

transmitir cualquier ajuste manual a cada uno de

ellos directamente. Este dispositivo además registra

todos los datos via ZigBee y los envía al servidor

web a través de una conexión de internet segura.

La programación de este dispositivo es de fácil

comprensión, agrupando varios grupos lógicos y

dando soporte simultáneamente, es decir, brindar

servicio a distintas áreas que requieren diferentes

niveles de iluminación.

Fig. 7- Equipo SeCo

Interfaz Web-Servidor.

Esta interfaz es utilizada en cualquier navegador a

partir de dispositivos fijos o móviles, todos los

datos registrados se guardan en la base de datos

MySql, lo que implica que para realizar un análisis

del funcionamiento de la red en un intervalo

determinado de tiempo, su realización será más

fácil. No se necesita tener un conocimiento especial

para poder operar el sistema.

Fig.8.- Interfaz.

Cabe destacar que las lámparas elegidas de tipo led

AMPERE PL1912005 poseen un fotocelda y un

reloj astronómico integrado lo permite garantizar el

funcionamiento de las mismas, aunque existe algún

fallo en el sistema.

Detector de movimiento SPHINX 105-300

Fig.9.- Detector de movimiento

Detector de movimiento (PIR)

Ángulo de detección de 300°

Control automático de la iluminación en

función de la presencia y de la luminosidad

Detección al pasar por debajo del detector,

ideal para montaje sobre accesos

Mando a distancia de usuario RC 105

(opcional) [25]

Tabla Especificaciones.

Lámpara modelo S-SL51

Cuenta con un solo panel solar para dar alumbrado

a áreas pequeñas. Tiene un diseño clásico, ideal

para caminos con poca iluminación, pistas para

correr o ciclo pistas, parques, escuelas, etc.

Fig. 10.- Lámpara

VII. PRESUPUESTO

Tomando en cuenta los dispositivos que se

necesita para cubrir la implementación de los tres

parques que se marcó

Dispositivos Valor

Unitario

Numero de

dispositivos

Valor Total

Lámpara

modelo S-

SL51

120.00 72 8640.00

LuCo-Nx 78.00 72 5616.00

SeCo 112.00 3 336.00

Interfaz

web

0.00 1 0.00

SPHINX

105-300

125. 00 72 9000

Total de

gastos:

146820.0

GRAFICA DE AHORRO CON PROYECCION A 10

AÑOS COSIDERANDO LOS VATIOS

VIII. CONCLUSIONES

Los dispositivos utilizados de nuestra red

son independientes del tipo y

funcionamiento de las lámparas.

Si nuestro sistema de red presenta fallo en

una lámpara, esto no afectara a la red en

general, simplemente se dará alerta al

administrador de la red a través de una

llamada, mensaje de texto o correo

electrónico.

Si solo desearíamos atenuar la iluminación

de las calles de acuerdo a la demanda,

podríamos utilizar una red autónoma de

atenuación, la misma que ofrece ahorro de

energías con bajos costos.

Este sistema es autónomo utiliza hardware

mínimo y de fácil configuración , una vez

configurado, el sistema se ejecuta

automáticamente sin necesidad de un

servidor .

El precio de las lámparas led puede ser

mayor al resto de las lámparas, pero el

costo beneficio guiados al futuro, hacen

que sea beneficioso la adquisición de las

mismas para la implementación del

sistema.

Al tener avisos continuos y en tiempo real,

en caso de una falla, la estética del parque

mejoraría, ya que el administrador de red

daría el aviso para que se de

mantenimiento en la lámpara afectada.

Si llegara a ocurrir un error durante la

programación de la red, y no se pudiera

gestionara la misma, el sistema entraría en

modo de funcionamiento estándar, el

mismo que viene con valores

predeterminados para el alumbrado

público.

Al mejorar la iluminación de los parques se

lograría reducir el número de actos

delictivos y vandálicos que afecten a la

estética del parque.

IX. REFERENCIAS

[1] PLAN PARTICIPATIVO DE FORTALECIMIENTO DE

LA DEMOCRACIA Y DESARROLLO DEL CANTON

LOJA [en línea]. Disponible en <

http://www.loja.gob.ec/files/docman/diagnostico.

pdf>

[2] CONTAMINACION LUMINICA [en línea].

Disponible en

<http://astrogea.org/celfosc/contaminacio_lumini

ca.>

[3] SMARTLIGHT, LA ILUMINACIÓN DEL FUTURO

[en línea]. Disponible en

<.http://ecologismos.com/smartlight-la-

iluminacion-del-futuro/#ixzz2qITGrl34>

[4] ANÁLISIS DEL PROTOCOLO ZIGBEE [en línea].

Disponible en

<http://postgrado.info.unlp.edu.ar/Carreras/Espec

ializaciones/Redes_y_Seguridad/Trabajos_Finales/

Dignanni_Jorge_Pablo.pdf>

[5] PLAN PARTICIPATIVO DE FORTALECIMIENTO

DE LA DEMOCRACIA Y DESARROLLO DEL CANTON

LOJA [en línea]. Disponible en <

http://www.loja.gob.ec/files/docman/diagnostico.

pdf>

[6] PARQUE CENTRAL, VIAJANDO [en línea].

Disponible en <

http://www.viajandox.com/loja/parque-central-

loja.htm>

[7] LOJA ECUADOR, PLAZA SAN SEBASTIÁN, ECOS

TRAVEL, [en línea]. Disponible en <

http://www.ecostravel.com/ecuador/ciudades-

destinos/plaza-san-sebastian-loja.php>

[8] IGLESIA DE SANTO DOMINGO, VIAJANDO [en

línea]. Disponible en

<http://www.viajandox.com/loja/iglesia-santo-

domingo-loja.htm>

[9] ¿QUÉ ES LA CONTAMINACIÓN LUMÍNICA?, LA

CAMPAÑA CIELO OSCURO [en línea]. Disponible en

<

http://www.astrocantabria.org/?q=cieloscuro_con

taminacion>