Smart kitchen for Ambient Assisted Living

El envejecimiento de la población es una realidad en todos los países desarrollados. Las predicciones de crecimiento de esta población son alarmantes, planteando un reto para los servicios sociales y sanitarios. Las personas ancianas padecen diversas discapacidades que se van acentuando con la edad, siendo más propensas a sufrir accidentes domésticos, presentando problemas para realizar tareas cotidianas, etc. Esta situación conlleva a una pérdida paulatina de capacidades que en muchas ocasiones acaba con la vida autónoma de la persona. En este contexto, las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) aplicadas al entorno doméstico pueden jugar un papel importante, permitiendo que las personas ancianas vivan más tiempo, de forma independiente en su propio hogar, presentando, por tanto, una alternativa a la hospitalización o institucionalización de las mismas. Este trabajo da un paso más en este sentido, presentando el diseño y desarrollo de un Ambiente Inteligente en la cocina, que ayuda a las personas ancianas y/o con discapacidad a desempeñar sus actividades de la vida diaria de una forma más fácil y sencilla. Esta tesis realiza sus principales aportaciones en dos campos: El metodológico y el tecnológico. Por un lado se presenta una metodología sistemática para extraer necesidades de colectivos específicos a fin de mejorar la información disponible por el equipo de diseño del producto, servicio o sistema. Esta metodología se basa en el estudio de la interacción Hombre-Máquina en base a los paradigmas y modelos existentes y el modelado y descripción de las capacidades del usuario en la misma utilizado el lenguaje estandarizado propuesto en la Clasificación Internacional del Funcionamiento, de la Discapacidad y de la Salud (CIF). Adicionalmente, se plantea el problema de la evaluación tecnológica, diseñando la metodología de evaluación de la tecnología con la finalidad de conocer su accesibilidad, funcionalidad y usabilidad del sistema desarrollado y aplicándola a 61 usuarios y 31 profesionales de la gerontología. Desde un punto de vista técnico, se afronta el diseño de un ambiente asistido inteligente (Ambient Assisted Living, AAL) en la cocina, planteando y definiendo la arquitectura del sistema. Esta arquitectura, basada en OSGi (Open Services Gateway initiative), oferta un sistema modular, con altas capacidades de interoperabilidad y escalabilidad. Además, se diseña e implementa una red de sensores distribuida en el entorno con el fin de obtener la mayor información posible del contexto, presentando distintos algoritmos para obtener información de alto nivel: detección de caídas o localización. Todos los dispositivos presentes en el entorno han sido modelados utilizando la taxonomía propuesta en OSGi4AmI, extendiendo la misma a los electrodomésticos más habituales de la cocina. Finalmente, se presenta el diseño e implementación de la inteligencia del sistema, que en función de la información procedente del contexto y de las capacidades del usuario da soporte a las principales actividades de la vida diaria (AVD) en la cocina

Sistema de monitorización para el apoyo al tratamiento del trastorno por déficit de atención con hiperactividad

Desarrollar un sistema de bio-feedback, basado en sensores inerciales, con el fin de ayudar a niños con trastorno por déficit de atención con hiperactividad en la mejora de su autocontrol. Este sistema detectará los estados de actividad del niño con el objeto de que él sea capaz de controlarlo. El sistema de bio-feedback consistirá en uno o más sensores inerciales que deberá portar el usuario del sistema. Estos sensores se comunicarán inalámbricamente con un PC, donde se realizará un análisis en tiempo real de las señales recibidas y se generará un estímulo visual y/o auditivo. Para su desarrollo se utilizará el “Eco Kit”

Z-mota Move 2.0. Interfaz basado en la monitorización del movimiento e identificación por radiofrecuencia

Proyecto que aborda la realización de un dispositivo de avanzado de control que, mediante sensores inerciales y un lector RFID (Radio Frequency IDentification), sea capaz de aportar información sobre el movimiento de la persona y del contexto que la rodea

Sistema smartmetering controlable inalámbricamente

Proyecto que desarrolla un sistema inalámbrico para la medición inteligente (smartmeter) de la energía consumida en una vivienda, proporcionando en tiempo real las variables que permiten monitorizar los valores de consumo eléctrico, para poder gestionarlo. Además permitirá la desconexión a distancia de los aparatos conectados al sistema

Sistema de monitorización de vehículos basado en sensor magnético

En la actualidad, la sociedad demanda una alta cantidad de bienes de consumo. Para poder hacer frente a esta demanda son necesarios una gran cantidad de transportes, tanto de productos como de personas. Esta situación unida al ritmo de vida actual de la población hace que diariamente se produzcan millones de desplazamientos, la mayoría de ellos se realizan a través de las vías públicas. Para asegurarse que estos desplazamientos se realicen de forma segura y eficiente son necesarios sistemas de control del tráfico. La mayor parte de los sistemas de detección de vehículos actuales utilizan lazos inductivos. Sin embargo, en la actualidad, los sensores de tráfico basados en sensor magnético se presentan como sustitutos de estos debido a que presenta grandes ventajas. Estos sensores abren la posibilidad de su utilización en múltiples aplicaciones (detección de aparcamientos libres, nivel de ocupación de calzadas, control de entrada de vehículos, etc.). En el presente proyecto se pretende desarrollar un prototipo de sensor de tráfico basado en sensor magnético que permita la realización de pruebas de campo para comprobar la tecnología. Este prototipo permitirá caracterizar la “huella” magnética de un vehículo, caracterizar las condiciones del entorno de trabajo y probar un primer algoritmo de detección. Para ello se ha realizado una investigación de los sistemas actuales de detección de vehículos, los artículos publicados sobre detección de vehículo mediante sensor magnético y los distintos sensores magnéticos comerciales actuales. Con la información reunida se han establecido características del prototipo y los requisitos que el sensor magnético debe de cumplir. Esto ha permitido realizar una selección de los componentes que conformaran el dispositivo. Adicionalmente, se ha realizado una prueba de campo con el sensor magnético seleccionado para verificar si es adecuado para esta función. Posteriormente se ha diseñado el hardware y firmware necesario para el dispositivo. Para el desarrollo del hardware se ha seguido un diseño modular, dividiendo en bloques funcionales que simplifica así el problema a resolver, dividiendo un problema complejo en varios simples. Para el desarrollo del firmware se ha realizado un diseño modular basado en distintas capas de programación, que permite una fácil reutilización y actualización del código. También se ha definido un protocolo de comunicación para el envío de comandos de control y la recepción de paquetes de datos. Como resultado final se ha obtenido un prototipo funcional en PCB. Este dispositivo permite caracterizar la huella magnética de un vehículo, comprobar las condiciones del entorno de trabajo, medir las vibraciones producidas por el paso de un vehículo y probar un primer algoritmo de detección. Este dispositivo incluye una comunicación inalámbrica para facilitar la realización de pruebas y varios puertos de expansión que permitirían en un futuro probar distintos sensores y módulos de comunicación

Redes autónomas e inteligentes para la monitorización de variables ambientales

El entendimiento de nuestro entorno, ya sea urbano o natural, es un tema de constante interés en la sociedad, tanto por razones de mejora de calidad de vida como preservación ecológica. En las últimas décadas, la tecnología ha sido la principal aliada para lograr este objetivo, siendo uno de los principales contribuyentes las redes de sensores inalámbricos, o WSN por sus siglas en inglés. No obstante, sigue existiendo una fuerte necesidad de monitorización en distintas temáticas, además que los avances tecnológicos recientes permiten profundizar en el conocimiento en algunas áreas de estudio. En este sentido, este trabajo pretende evaluar la tecnología de WSN reciente con el fin de diseñar y desarrollar sistemas que aporten soluciones a problemáticas reales. Por consiguiente, con el conocimiento obtenido a partir de lo anterior, se busca también contribuir a las WSN en un sentido científico literario. Dicho lo anterior, la presente tesis realiza aportaciones en dos campos: el tecnológico y el metodológico. Desde una perspectiva técnica, se presenta la implementación de un sistema autónomo para monitorización en viviendas y un sistema de monitorización no supervisado para zonas ecológicas marinas protegidas. El primero busca cubrir una necesidad de estimación del consumo energético-térmico de los sistemas de calefacción, con el cual poder gestionar de mejor manera este recurso. Para ello se desarrolló el prototipo de un nodo sensor WiFi de bajo consumo energético, capaz de sustentar su demanda de potencia con una etapa de energy harvesting termoeléctrico. Se utilizó este enfoque para poder ofrecer una solución intuitiva con poca interacción por parte de los usuarios. Con respecto al segundo, se pretende proveer una alternativa a los sistemas de monitorización de líneas costeras, donde se busca realizar análisis de corrientes marinas superficiales y variables físicas del entorno. Para este desarrollo fue necesario que el sistema pudiese ser desplegado de la manera más sencilla posible, minimizando el impacto en el entorno dada su clasificación como parque nacional protegido. Por estos motivos se diseñó, desarrolló e implementó una red de boyas de deriva asistida por dron, donde las primeras actuaban como nodos sensores y el dron ejercía como recolector de datos remoto, utilizando un protocolo de comunicaciones inalámbrico basado en la modulación LoRa.En tema de aportaciones metodológicas, se realizó una recopilación literaria de métricas para el análisis, selección y diseño de una WSN, con el afán de definir el impacto que estas presentan en dicha labor. Esto a su vez propició el desarrollo de una propuesta de metodología aplicable a nuevas implementaciones o sistemas activos con posibles mejoras. La metodología se realizó con el objetivo de proveer una serie de directrices claras al momento de diseñar una WSN, buscando también cubrir los aspectos más relevantes de estas mismas, es decir, la parte de hardware, red y requerimientos de una aplicación. Aunado a lo anterior, se ejemplifica el uso de dicha metodología, aplicada a tres escenarios tecnológicos distintos, para demostrar la relevancia de un diseño apropiado de una WSN.<br /

Protocol and Architecture to Bring Things into Internet of Things

The Internet of Things (IoT) concept proposes that everyday objects are globally accessible from the Internet and integrate into new services having a remarkable impact on our society. Opposite to Internet world, things usually belong to resource-challenged environmentswhere energy, data throughput, and computing resources are scarce. Building upon existing standards in the field such as IEEE1451 and ZigBee and rooted in context semantics, this paper proposes CTP (Communication Things Protocol) as a protocol specification to allow interoperability among things with different communication standards as well as simplicity and functionality to build IoT systems. Also, this paper proposes the use of the IoT gateway as a fundamental component in IoT architectures to provide seamless connectivity and interoperability among things and connect two different worlds to build the IoT: the Things world and the Internet world. Both CTP and IoT gateway constitute a middleware content-centric architecture presented as the mechanism to achieve a balance between the intrinsic limitations of things in the physical world and what is required fromthem in the virtual world. Said middleware content-centric architecture is implemented within the frame of two European projects targeting smart environments and proving said CTP’s objectives in real scenarios

The digital ‘connected’ earth: open technology for providing location-based services on degraded communication environments

In the current world, it is easy to listen that everybody and everything is connected. Over this connected world, the concept of location-based services has grown in order to provide digital services in everyplace and at every time. Nevertheless, this is not 100% true because the connection is not guaranteed for many people and in many places. These are the Degraded Communications Environments (DCE), environments where the availability of high-speed communications is not guaranteed in at least the 75% of the time. This paper works over the experience of a previous work in developing light protocols that do not need broadband for communication. This work provides an extension of these protocols for the inclusion of mobile devices as elements of the communication process and a set of libraries to allow the development of applications in DCE. The work done has involved the development of two frameworks: an Android framework that makes the incorporation of Android devices easier and a server-based framework that provides the server side for the development of the referred applications. A use case that uses these two frameworks has been developed. Finally, all technology developed is available throw a public Git repository

Sistema de identificación de vehículos basado en campo magnético

En la actualidad, la sociedad demanda una alta cantidad de bienes de consumo. Para poder hacer frente a esta, son necesarios un gran número de transportes, tanto de productos como de personas. Esta situación provoca que se produzcan muchos de desplazamientos a través de las vías públicas. Para asegurarse de que se realicen de forma segura y eficiente es necesario la implementación de los sistemas de control del tráfico. El sistema de monitorización del tráfico más extendido es el bucle inductivo, sin embargo, presenta algunos problemas en cuanto a la calidad de la información que proporciona y su vida útil. Por ello están ganando importancia como futuros sustitutos los nodos de sensores inalámbricos. Estos proporcionan una información más rica, además de una vida útil más larga. También presentan una gran capacidad para formar redes entre ellos y otros dispositivos permitiendo el desarrollo de la Smart City. El objetivo que se persigue en este trabajo es un estudio de las posibilidades de detección de la dirección y estimación del tamaño de los vehículos mediante métodos de identificación, basados en la medida de la deformación en el campo magnético terrestre y de las vibraciones inducidas en la calzada por el paso de un vehículo. Para ello, primeramente se realiza una investigación de los sistemas más relevantes para la monitorización de vehículos que actualmente están implantados así como las distintas líneas de desarrollo en este campo. Esta información es utilizada para la toma de las decisiones previas al desarrollo de los clasificadores Posteriormente se realiza una experimentación de campo mediante un nodo sensor que ha permitido capturar la huella magnética y las vibraciones inducidas en el asfalto de 113 vehículos. Pre-procesando esta información se obtiene una base de datos con información de las características de los vehículos y sus correspondientes capturas. Con la ayuda de las conclusiones obtenidas del estudio de trabajos previos y mediante la base de datos conseguida mediante la experimentación, se diseñan dos clasificadores, uno para distinguir la dirección de los vehículos y otro para diferenciar entre los mayores de 4,5m y los menores. Como conclusión final, el principal objetivo de este trabajo se cumple satisfactoriamente. La viabilidad de esta tecnología queda demostrada. También se observa que la clasificación basada en el tamaño se puede realizar con la utilización de unas características de bajo coste computacional, mientras que la basada en la dirección necesita unas más complejas

Unmanned Aerial Vehicle Based Wireless Sensor Network for Marine-Coastal Environment Monitoring

A UAV-bouy hybried Wireless Sensor Network, with LoRa communications, is presented for the monitorization of marine-coastal environments. This implementation offers a low-power, long-range and cost-effective solution to current marine monitoring applications, as well as a safer method to observing natural protected areas and reservoirs.