Desarrollo de sistemas domóticos utilizando un enfoque dirigido por modelos

[SPA] Esta Tesis Doctoral continúa la línea de investigación en el desarrollo de sistemas reactivos iniciada por el Grupo de Investigación DSIE de la Universidad Politécnica de Cartagena hace diez años, y parte de los resultados de otra Tesis anterior, en la que se desarrolló el metamodelo de componentes V3Studio para recoger conceptos de sistemas reactivos. En trabajos previos se ha utilizado este metamodelo de componentes en los dominios de la robótica, la visión artificial y las redes inalámbricas de sensores y actuadores para obtener modelos independientes de la plataforma de ejecución y facilitar la confluencia e integración de diferentes dominios. En este trabajo se completan las aportaciones anteriores proponiendo una metodología para el desarrollo de aplicaciones en el campo de la domótica, un dominio de los sistemas reactivos que integra numerosos servicios y sistemas relacionados con la gestión de viviendas y edificios. En el desarrollo de los sistemas domóticos se ven involucradas diversas materias como la automatización, tecnologías de la información, gestión de redes o la programación de microprocesadores. En la actualidad, el proceso de diseño en el campo de la domótica es similar al empleado en otros sistemas reactivos que interactúan con el entorno. En todos ellos es necesaria la intervención de un especialista del dominio que tiene una amplia experiencia en la plataforma sobre la que se realizará la implementación. Además, en la mayoría de los casos, el diseño se realiza prácticamente desde cero y se requiere un gran esfuerzo para la generación del código en el lenguaje de programación que se vaya a utilizar, conduciendo a soluciones a medida que rara vez son reutilizadas. Estos y otros muchos problemas plantean la necesidad de una mejora en el enfoque utilizado en el proceso de desarrollo. Para solucionar los problemas asociados al proceso tradicional de desarrollo de aplicaciones domóticas, en esta Tesis se ha desarrollado (1) un lenguaje específico del dominio domótico para recoger los requisitos de las aplicaciones con un alto nivel de abstracción; (2) un metamodelo para darle soporte y las restricciones necesarias para garantizar la coherencia de los modelos y (3) una metodología que utiliza de forma conjunta el paradigma de desarrollo dirigido por modelos y el lenguaje específico de dominio. Para ello, se ha realizado una propuesta para la generación de código en la plataforma KNX/EIB y se han definido las reglas de transformación necesarias para hacer evolucionar los modelos entre los diferentes niveles de abstracción con el objetivo de obtener el código ejecutable. Como demostración de la viabilidad del enfoque se incluye un caso de estudio en el que se recogen los requisitos mediante el lenguaje específico propuesto.[ENG] This Thesis continues the research line in the development of reactive systems initiated by the DSIE research group of the Technical University of Cartagena ten years ago and starts from the results of a previous Thesis, in which a component metamodel, called V3Studio, was designed to collect the requirements of reactive systems. This metamodel is intended (1) to be a point of confluence for reactive systems and (2) to obtain platform independent models. It has been previously used in the domains of robotics, computer vision and wireless sensor and actuator networks. The present Thesis completes previous contributions proposing a new methodology and an associated environment to provide full support for the cycle of software development for home automation systems. The development of home automation systems involves areas such as information technology, automation, network management and microprocessors programming. At present, the design process in home automation is similar to the one employed in other reactive systems. In all of them a domain expert, with a wide background in the implementation platform, is required. Furthermore in most of cases the design is started from scratch and the effort to obtain the programming code is high, dealing to custom solutions which are rarely reused. These and many other problems raise the need for a new approach to improve the development process. To solve the problems associated with the traditional development process in home automation this Thesis proposes (1) a domain specific language for the home automation domain to collect application requisites with a high abstraction level; (2) a metamodel to support the language and restrictions to guarantee well formed models and (3) a methodology which combines the newly Model‐Driven Engineering paradigm together with the domain specific language. To achieve these goals a code generation approach for the KNX/EIB platform has been proposed and the required transformation rules have been defined. These rules are used to transform models from the highest abstraction level to the intermediate component model and, later, to platform models in order to produce executable code. Finally a case study example has been proposed to validate the language and the methodology.Universidad Poliécnica de CartagenaPrograma de doctorado en Tecnologías de la Información y Comunicacione

Control domótico para discapacitados motóricos

Se exponen, aquí, tanto los considerandos que han sido aplicados al desarrollo de un sistema de control domótico, adaptado a discapacitados motóricos con elevado grado de disfuncionalidad; como las técnicas que han sido necesarias para vencer la barrera funcional de este tipo de usuarios. Todo ello enmarcado en el desarrollo del Proyecto de un Demostrador domótico, para discapacitados, que el Grupo de Investigación Electrónica Industrial y Médica de la UPCT realiza en conjunción con la Asociación Tutelar del Minusválido de Cartagena; como primer paso para el desarrollo de un estándar aplicable en los hogares de los asociados de Astus

Una herramienta libre para la docencia de sistemas domóticos

[SPA]En este artículo se presenta una herramienta libre y gratuita pensada principalmente para mejorar los métodos de enseñanza en el desarrollo de sistemas domóticos. Esta herramienta permite a los estudiantes comprender las principales propiedades de un sistema domóticos y los conceptos genéricos, así como modelar una aplicación real de una forma más fácil e intuitiva. Este artículo no sólo se centra en la herramienta también se presenta la metodología que deben seguir profesores y estudiantes. Además siguiendo con las pautas marcadas por Bolonia en cuanto a auto estudio y trabajo en casa, se han incorporado tareas que los estudiantes son capaces de desarrollar como parte de su trabajo en casa y sin necesidad de realizar inversiones en licencias de herramientas comerciales. [ENG]This paper presents a free tool that can be used to improve the teaching methods of smart home systems development. This tool allows students to undestand the main properties and the generic concepts of home automation systems. In addition, students can use the tool to develop home automation systems in a more easy and intuitive way. The article is not only concerned with the description of the tool but also with the methodology to be followed by teachers and students. Furthermore, according to the guidelines of Bolonia Declaration with regard to autonomous-learning and homework, tasks have been incorporated that can be developed by studens as part of their homework without the need of commercial tool licenses.Campus Mare Nostrum, Universidad Politécnica de Cartagena, Universidad de Murcia, Región de Murci

Evaluación de herramientas de gestión de requisitos

Debido a la amplia oferta de herramientas de gestión de requisitos que existe en el mercado puede resultar dificil encontrar la herramienta más adecuada para cada proyecto, esto implica que se prescindan de ellas y se opten en muchos casos por herramientas ofimáticas más tradicionales. En este artículo se presenta la evaluación de las cuatro herramientas más utilizadas para la gestión de requisitos.Asociación de Jóvenes Investigadores de Cartagena, (AJICT). Universidad Politécnica de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT, (ETSII). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, (ETSIA), Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos, Canales, y Puertos y de Ingeniería de Minas, (EICM). Fundación Séneca, Agencia Regional de Ciencia y Tecnología. Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Grupo Aquilin

Habitation: a domain-specific language for home automation

The appearance of model-driven engineering (MDE) has invigorated research on domain-specific languages (DSLs) and automatic code generation. MDE uses models to build software, thereby displacing source code as the development process's main feature. DSLs provide easy, intuitive descriptions of the system using graphic models. In this new context, DSLs facilitate work in the first design stages. In addition, MDE helps reduce DSL development costs. It therefore represents a synergistic union that can significantly improve software development.The Spanish Interministerial Commission of Science and Technology’s MEDWSA (a conceptual and technological framework for the development of reactive software systems) project (TIN2006-15175-C05-02) and the Technical University of Cartagena partially supported this work

Design and deployment of a wireless sensor network for the Mar Menor coastal observation system

The Coastal Ocean Observation System of Murcia Region (OOCMUR) was established in 2008 as a major scientific and technological infrastructure in Spain with the main objective of studying the impact of global climate change in the Mediterranean. The coastal lagoon of Mar Menor in southeast Spain was chosen as the first region to be monitored because it is one of the most hypersaline coastal lagoons in the Mediterranean, with a limited exchange of water with the open sea, and it is the largest in Europe. Wireless sensor networks (WSNs) offer an efficient and innovative solution for oceanographic monitoring, allowing a higher density sensor deployment, at a lower cost. This paper presents the design of an ad hoc WSN system and a control software for Mar Menor monitoring using a buoy structure with sensors, energy harvesting, and communications platform. The study focuses on the oceanographic interest of the selected marine area, details of network deployment, the custom-designed sensor nodes, and the results of system operation.This work was supported by the “Monitorizacion Costera ´ para el Mar Menor, CMS (463.01-08_CLUSTER)” project from the “Plan de Ciencia y Tecnolog´ıa” of the Murcia Region 2007–2010. This paper is also a result of the activity carried out under the “Research Programme for Groups of Scientific Excellence at Region of Murcia” of the Seneca Foundation (Agency for Science and Technology of the Region of Murcia—19895/GERM/15)

Intelligent thermal image-based sensor for affordable measurement of crop canopy temperature

Crop canopy temperature measurement is necessary for monitoring water stress indicators such as the Crop Water Stress Index (CWSI). Water stress indicators are very useful for irrigation strategies management in the precision agriculture context. For this purpose, one of the techniques used is thermography, which allows remote temperature measurement. However, the applicability of these techniques depends on being affordable, allowing continuous monitoring over multiple field measurement. In this article, the development of a sensor capable of automatically measuring the crop canopy temperature by means of a low-cost thermal camera and the implementation of artificial intelligence-based image segmentation models is presented. In addition, we provide results on almond trees comparing our system with a commercial thermal camera, in which an R-squared of 0.75 is obtained.This research was funded by the Agencia Estatal de Investigación (AEI) under project numbers: AGL2016-77282-C3-3-R, and PID2019-106226-C22 AEI/https://doi.org//10.13039/501100011033. FPU17/05155, FPU19/00020 have been granted by Ministerio de Educación y Formación Profesional. The authors would like to acknowledge the support of Miriam Montoya Gómez in language assistance

Feasible glass-melting process assisted by microwaves

This is the peer reviewed version of the following article: Reinosa, JJ, García-Baños, B, Catalá-Civera, JM, López-Buendía, AM, Guaita, L, Fernández, JF. Feasible glass-melting process assisted by microwaves. Int J Appl Glass Sci. 2019; 10: 208 219, which has been published in final form at https://doi.org/10.1111/ijag.13093. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Self-Archiving.[EN] The advantages of microwave (MW) energy processing have been verified in the sintering of a ceramic frit at a pre-industrial scale. The challenge of achieving high temperature using MW energy at such dimensions was overcome and a mix of natural raw materials was heated until its fluxing point. Changes in dielectric properties of the raw materials mix were also measured in situ with the increase in temperature, being in accordance to thermal processes of a conventional heating process. The properties of the resulting ceramic frit were compared with the same frit obtained by the conventional sintering method. Both frits showed similar thermal behavior regarding DTA-TGA, heating microscopy and XRD (only glassy phase was present). A Raman study confirms the existence of the mentioned glass phase. The application of the frits as glazes were performed and their properties were studied. As a result, glazes with similar properties were obtained which confirms that the MW energy processed frit is suitable for its application as a ceramic glaze.Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, Grant/Award Number: CSIC201560E068; Ministerio de Ciencia, Tecnologia e Innovacion Productiva, Grant/Award Number: MAT2017-86450-C4-1-R; Seventh Framework Programme, Daphne Project, Grant/Award Number: 314636Jiménez Reinosa, J.; García-Baños, B.; Catalá Civera, JM.; López-Buendía, ÁM.; Guaita, L.; Fernández, JF. (2019). Feasible glass-melting process assisted by microwaves. International Journal of Applied Glass Science. 10(2):208-219. https://doi.org/10.1111/ijag.13093S20821910

Segmentation of multiple tree leaves pictures with natural backgrounds using deep learning for image-based agriculture applications

The crop water stress index (CWSI) is one of the parameters measured in deficit irrigation and it is obtained from crop canopy temperature. However, image segmentation is required for non-leaf region exclusion in temperature measurement, as it is critical to obtain the temperature values for the calculation of the CWSI. To this end, two image-segmentation models based on support vector machine (SVM) and deep learning have been studied in this article. The models have been trained with different parameters (encoder depth, optimizer, learning rate, weight decay, validation frequency and validation patience), and several indicators (accuracy, precision, recall and F1 score/dice coefficient), as well as prediction, training and data preparation times are discussed. The results of the F1 score indicator are 83.11% for SVM and 86.27% for deep-learning models. More accurate results are expected for the deep-learning model by increasing the dataset, whereas the SVM model is worthwhile in terms of reduced data preparation times.This research was funded in the call for aid for R&D projects corresponding to the Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación orientada a los retos de la sociedad 2016 by the Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades - Agencia Estatal de Investigacion (AEI) and co-financed by the European Regional Development Fund (FEDER)| Ministerio de Educación, Cultura y Deporte (FPU17/05155)| Fundación Séneca, Agencia de Ciencia y Tecnología of the Region of Murcia under the ‘Excellence Group Program 19895/GERM/15’

Redes de sensores y actuadores (WSAN) en domótica

La domótica, definida como la automatización de viviendas y edificios, es uno de los campos más atractivos para la aplicación de las redes de sensores inalámbricas, siendo todavía un área de estudio poco desarrollada. El presente artículo recoge nuestras primeras experiencias en la integración de estas tecnologías. Para ello se ha realizado una maqueta de una vivienda unifamiliar de tamaño medio, y se han implementado un conjunto de actuadores y sensores domóticos inalámbricos basándonos en la tecnología actual disponible para el desarrollo de redes de sensores.Fundación Séneca de la Región de Murcia y a la CICYT del Ministerio de Educación y Ciencia de Españ