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

Automatización de una granja porcina

Este trabajo de final de grado pretende automatizar una granja porcina a través de varis sensores y actuadores

Contribuciones a la interoperabilidad y a la optimización energética en el diseño de dispositivos para la Internet de las Cosas

Actualmente estamos asistiendo al desarrollo de lo que se ha dado en llamar Internet de las Cosas o IoT (Internet of Things). El escenario futuro con el que se presenta IoT imagina que las Cosas que nos rodean son capaces de interactuar entre si y con nosotros mismos, en la mayoría de las ocasiones sin que seamos conscientes de ello, para de este modo ofrecernos algún tipo de servicio. Idealmente sobre estas Cosas no se necesitará ningún tipo de acción por nuestra parte, ni en la instalación, el mantenimiento o la configuración. Como si de un anuncio comercial se tratase cabría decir que “con IoT las Cosas que nos rodean se comunicarán y actuarán entre ellas de modo autónomo para hacernos la vida mejor y más fácil”. El término de IoT es actualmente tendencia, y no son pocos los que vaticinan que cuenta con componentes para ser la próxima revolución tecnológica. Se considera que al igual que Internet revolucionó los paradigmas de interacción social, IoT puede suponer la revolución en la interacción con el entorno que nos rodea. No obstante hay posturas escépticas al respecto, unas se preguntan cuánto está tardando en llegar aquello sobre lo que se viene hablando durante estos últimos años y otras no consideran que llegará a ser la tecnología disruptiva que se promete. Sea como fuere, y discusiones de este tipo aparte, está claro que actualmente IoT es un movimiento tecnológico que despierta interés y expectación, de hecho se considera que IoT es una tendencia dentro de las previsiones tecnológicas. No obstante como cualquier tecnología que está en su fase inicial, no es suficiente con ilusionar, sino que para conseguir su desarrollo y penetración en la sociedad, el interés por ella tiene que venir acompañado por una utilidad real. IoT crecerá solo si su uso supone un beneficio, lo que en última instancia suele cuantificarse en términos económicos. Los analistas consideran que el beneficio económico en IoT provendrá de la manipulación de la información y la generación de servicios. Quizás por ello, las descripciones generalistas de IoT, su exposición mediática, sus estimaciones y análisis de negocio, etc. parecen venir dados desde la óptica de aquellos más relacionados con el ámbito de la información, de Internet. De igual modo, quizás porque el propio nombre de IoT así parece animarlo, la mayoría de desarrolladores de esta nueva concepción tecnológica provienen de áreas próximas a Internet. Esto parece validado por la percepción que pudiera tenerse de que, la creación de servicios a través de Internet, puede ser un mercado altamente rentable. No obstante, un enfoque muy centrado en Internet, puede pasar por alto la otra parte del binomio IoT, las Cosas. No hay que olvidar que es necesario interconectar todas las Cosas a través de Internet, algo que no es sencillo y para lo que no existe consenso de como se ha de llevar a cabo. Como se desarrollará posteriormente, es como si “cada Cosa hablara su idioma y todas ellas tuvieran unas necesidades para poder funcionar”. De lo que no hay duda es que para que IoT se materialice, todas la Cosas deberán incorporar una parte tecnológica, y más en concreto “una electrónica”. Una electrónica que, como algo tangible que es, tendrá sus limitaciones. Y es aquí precisamente donde surge la motivación de esta tesis, reflexionar sobre la situación actual de IoT, con un enfoque centrado en las Cosas. En el proceso se han encontrado algunas barreras y se ha pretendido realizar aportaciones que contribuyan a su superación. Como punto de partida se realizó una revisión del estado del arte. El concepto IoT es algo abstracto y complejo, y puede abordarse desde diferentes perspectivas. Por ello se consideraron el conjunto de tecnologías implicadas en IoT y los servicios que puede llegar a ofrecer. Basándose en los estándares y normas existentes, y a partir de una aproximación semántica al concepto de contexto y Cosa, se ha propuesto una especificación de protocolo, al que se ha denominado Common Things Protocol (CTP), desarrollado para facilitar la interoperabilidad entre las Cosas. El objetivo, es facilitar la compatibilidad con diferentes estándares de comunicación y permitir una implementación de modo sencillo y eficaz, en consonancia con los recursos limitados de las Cosas. Adicionalmente, la solución propuesta debe ser capaz de integrarse en la mayoría de las soluciones de IoT barajadas actualmente, por lo que para facilitar esto, se propondrá una arquitectura basada en el uso de un Gateway a modo de concentrador de protocolos y puente de interconexión con la red. Otro de los requisitos necesarios de las Cosas de IoT es la ubicuidad. Esto tiene una doble implicación tanto temporal como espacial, y ambas impactan principalmente con las características tecnológicas en materia de comunicaciones y gestión de la energía. La demanda de energía en cualquier lugar y en cualquier momento obliga a las Cosas a usar eficientemente la energía disponible. A la hora de abordar el diseño del dispositivo se deberán tomar una serie de decisiones sobre los componentes, la arquitectura electrónica y los ciclos de operación del dispositivo. Para poder cuantificar la idoneidad de esas decisiones se requerirán tanto un correcto modelo energético del dispositivo como mecanismos para caracterizar en la práctica el consumo. El objetivo de la tesis es ofrecer herramientas en los campos anteriores, y ofrecer criterios que faciliten el diseño teniendo en cuenta la eficiencia energética. Durante el desarrollo de la tesis, se tomó conciencia de la necesidad de disponer de estrategias para evaluar las diferentes propuestas, por lo que se abordó el campo de los factores de calidad de servicio (QoS) y las métricas de operación. Estos parámetros no solo resultarán útiles para cuantificar el comportamiento, sino que, si el propio sistema es capaz de ser consciente de su evolución, dispondrá de un mecanismo para ser capaz de autodiagnosticarse. Este aspecto es algo sobre lo que se tiene intención de seguir trabajando. Por último, y quizás desde el punto de vista ingenieril, uno de los aspectos más apasionante y gratificante, se ha abordado la concreción de las ideas anteriores en algo real. En el marco de la tesis, y gracias a la participación en diferentes proyectos de investigación, se han podido desarrollar sistemas reales, que operan siguiendo la arquitectura IoT, en los que plasmar los conceptos anteriores. Como dijo Theodore Von Karman “Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido”, siendo IoT uno de los mecanismos más prometedores de crear ese futuro mundo. El mero hecho de haber visto sus comienzos e incluso participar en ello, es objeto de orgullo para cualquier Ingeniero

Sistema de monitorización de cargas

En el presente proyecto, teniendo en cuenta los avances en dispositivos de tratamiento de señal digital, capaces ya, de incorporar elementos típicos de la electrónica analógica de forma configurable y programable embebidos en un chip, se plantea el estudio de diferentes soluciones a este problema. Proponiendo en primera instancia una etapa tradicional analógica, para después comparar sus resultados frente a una etapa integrada completamente en un dispositivo de tratamiento digital , evitando así la necesidad de diseño e implantación de una etapa analógica. Una vez se han diseñado las etapas, se expone un breve estudio estadístico comparando los datos obtenidos de la monitorización de cargas en diferentes rangos para cada una de estas etapas. Posteriormente, cuando se determine la solución más interesante a raíz del estudio mentado anteriormente, se procederá a su implementación tanto a nivel firmware como hardware, materializando está en una placa de circuito impreso. Como resultado final se ha obtenido un prototipo funcional para monitorizar cargas, capaz de medir de forma fiable, y comunicar los resultados a un ordenador utilizando el puerto serie del mismo y un sencillo protocolo de comunicación diseñado con este propósito

Sensorización inalámbrica de movimientos corporales

El presente TFG busca, en primer lugar, el diseño de un prototipo lo más pequeño y versátil posible que permita sensorizar movimientos mediante un sensor inercial con acelerómetro, giróscopo y magnetómetro. En función de estos, se generarán diferentes salidas gracias a un módulo inalámbrico con comunicación wifi. Se incluye la investigación, búsqueda y elección de los componentes que lo conforman, mostrando la evolución de su esquema y ruteo.En segundo lugar, evidencia la colaboración establecida entre electrónica y danza con dos bailarinas en las instalaciones de Etopia, generando grupos multidisciplinares y aprendiendo a acercar lenguajes a la vez que adaptar los tiempos entre ambas modalidades.A una de estas bailarinas, Manon Siv, se le muestra una serie de ‘presentaciones electrónicas’ para que se familiarice con el tamaño y funcionamiento de sus componentes, ya que no ha trabajado anteriormente en este ámbito. En el ecuador del proyecto, se realiza una satisfactoria exhibición con el fin de exponer el crecimiento y evolución de este.De cara al festival de danza Trayectos, con la bailarina Raquel Buil, se desarrolla un documental en el que se integra la fusión de danza, electrónica e instrumentación. Se introduce así la comunicación wifi entre prototipos y la sensorización del instrumento.Las bailarinas se expresan y realizan movimientos de una forma distinta, lo cual da lugar a sensores y actuadores diversos aportando así un punto de vista diferente a este proyecto.<br /

Diseño de un sistema domótico con comunicación Wifi

Se trata de un diseño completo de un sistema domótico en el que interviene la comunicación Wifi. El diseño incluye tanto el hardware, con el diseño de la PCB; como el firmware implementando todo el código en el microcontrolador elegido para la aplicación. Los principales objetivos del sistema son: Coste reducido y eficiencia energética máxima, interoperabilidad y flexibilidad. En este sistema se implementan aplicaciones de control de iluminación, de temperatura, de las persianas y detección de presencia entre otros. Todo esto pudiendo ser controlado y manipulado a través de una aplicación móvil y una plataforma en la nube

Sensor inteligente para monitorización de animales con técnicas de bajo consumo

El estudio del comportamiento animal permite conocer los mecanismos de supervivencia de las especies, analizar su bienestar e incluso detectar enfermedades. Tradicionalmente, este estudio ha sido realizado por parte del personal Veterinario, a través de la observación del animal. Sin embargo, esta tarea supone una gran inversión de tiempo.En este Trabajo Fin de Máster se ha desarrollado un sensor inteligente adherido al cuerpo del animal que permite obtener una descripción precisa y constante de sus movimientos. Este tipo de dispositivos se conocen habitualmente como wearables, y suelen presentar un gran inconveniente en términos de duración de la batería, que limita muchas veces su implementación. Como respuesta a este problema, en este proyecto se utilizan diversas técnicas y tecnologías que permiten minimizar el consumo energético, como por ejemplo realizar la lectura del movimiento del animal mientras los procesadores del sensor están dormidos.La información inercial recabada por el sensor se envía a un servidor externo situado en Internet, lo que se conoce habitualmente como la “nube”. Con la finalidad de monitorizar a medio plazo un número elevado de animales en un espacio reducido, se ha seleccionado la tecnología WiFi para el envío.Como protocolo de nivel de aplicación y formato de los datos enviados se han utilizado MQTT y SenML, respectivamente. Ambos son estándares de IoT y permiten, entre otras cosas, reducir el consumo y asegurar la interoperabilidad con otras aplicaciones. El almacenamiento de la información enviada se produce en una base de datos de series temporales. A través de Internet, es posible acceder a ella para su representación y futuro procesado.Para la validación del sistema propuesto al completo se han diseñado dos prototipos del sensor inteligente: uno inicial para la experimentación en un escenario controlado con el movimiento del cuerpo humano, y otro más compacto en forma de placa de circuito impreso para la monitorización de las ovejas de la Facultad de Veterinaria de la Universidad de Zaragoza.<br /

Sistema de detección objetiva de cojera en caballos

Diversos estudios afirman que la enfermedad más frecuente diagnosticada en caballos es la cojera, suponiendo grandes pérdidas económicas. La forma habitual de detección de cojera es mediante una evaluación subjetiva, lo cual sufre numerosas limitaciones. Por ello, aprovechando el gran avance tecnológico de las últimas décadas, se han estudiado posibles soluciones objetivas al problema. Sin embargo, no está clara una solución definitiva por el momento. En este contexto, el objetivo de este TFM es realizar una revisión del estado del arte de los métodos de sensado desarrollados hasta la actualidad, estudiar, proponer y diseñar una solución alternativa y novedosa al problema, así como validarla experimentalmente. <br /

Dispositivo de captura de movimiento basado en sensores inerciales con comunicación inalámbrica

El objetivo de este proyecto es disponer de un prototipo de sistema que permita capturar datos de movimiento y enviarlos de modo inalámbrico a otro dispositivo abordando los siguientes temas: Captura de movimiento, protocolos de comunicación inalámbrica (bajo consumo), programación de sistemas embebidos y desarrollo de prototipos electrónicos. Este nuevo prototipo puede ser de gran utilidad para el desarrollo de nuevas aplicaciones relacionadas con el análisis del movimiento en varias ramas, como por ejemplo, la medicina, el deporte, la vigilancia inteligente, etc. El dispositivo recibe los datos del sensor BNO055 de Bosch mediante comunicación I2C. Este sensor integra un acelerómetro, un magnetómetro y un giroscopio e incluye algoritmos de integración capaces de calcular diferentes representaciones de posición como ángulos de Euler. Los datos obtenidos por el sensor son recibidos en una placa para posteriormente ser procesados y enviados a otro dispositivo mediante comunicación inalámbrica. El protocolo de comunicación inalámbrica utilizado en este trabajo para enviar los datos recibidos por el sensor ha sido Bluetooth 4.0 y para ello, este dispositivo ha sido desarrollado en la placa nRF51-DK de Nordic Semiconductors. Para llevar a cabo este dispositivo, se ha programado la placa en lenguaje C para recibir los datos del sensor mediante comunicación I2C y enviarlos simultáneamente mediante comunicación Bluetooth. Para ello, se ha creado un perfil Bluetooth con un servicio personalizado que contiene dos características. Mediante la primera característica se envían los datos del acelerómetro, magnetómetro y giroscopio en los tres ejes en una cadena de 18 bytes (2 bytes por sensor y eje) y mediante la segunda, los ángulos de Euler en una cadena de 6 bytes (2 bytes por eje). Adicionalmente, se han integrado cuatro servicios estándar con el fin de enviar el porcentaje de carga de la batería e información sobre el dispositivo y los parámetros de conexión. Por último, se ha diseñado una PCB integrando dos módulos. Uno de ellos contiene el SoC (System on a Chip) nR51822 (el mismo que integra la placa nRF51-DK) y el otro integra el sensor BNO055. Para realizar las pruebas se ha utilizado la aplicación Master Control Panel de Nordic, una herramienta que permite escanear y explorar los dispositivos Bluetooth y comunicarse con ellos. Para comunicar la placa con la aplicación en el PC se ha utilizado el dispositivo nRF51 Dongle

Diseño de un sistema de alimentación de un dispositivo portátil por recolección de energía de la pisada

En la actualidad, el uso de dispositivos wearable que utilizan transductores piezoeléctricos como Energy Harvesting para autoalimentarse, evitando así el uso de baterías y su contaminación, se multiplica exponencialmente. Esto se debe a su bajo nivel de consumo de energía y su reducido tamaño. La variedad de formas de recolección de esta energía es muy amplia, pero destacaremos la marcha humana, la energía que se desprende al caminar o correr.En este trabajo se ha analizado la situación actual, recabando información de la piezoelectricidad y de los piezoeléctricos. Se han comparado numerosos ejemplos de utilización de diferentes piezoeléctricos en diferentes formas de recolección. Se ha tratado de escoger los más eficientes para la aplicación a la marcha humana, dentro de las nuestras posibilidades tanto por precio como por tiempo. Los piezoeléctricos seleccionados se han caracterizado y utilizado para realizar las diferentes mediciones. Se han analizado los circuitos de acondicionamiento que habitualmente se utilizan y se ha elegido el módulo más adecuado para nuestra aplicación. Con los diferentes piezoeléctricos y las posibles configuraciones del módulo de acondicionamiento se han realizado diversas simulaciones y mediciones tratando siempre de maximizar la generación de energía y de optimizar su almacenamiento. Se ha diseñado un prototipo PCB en el que se ha añadido un regulador de tensión para adaptarlo a los dispositivos wearable para los que está diseñado. Esta placa no se ha fabricado, pero nos da una idea del prototipo final, su tamaño y su adaptabilidad al calzado convencional.El resultado final es un conjunto de conclusiones a cerca del circuito y de los componentes que lo integran, que optimizan todo el proceso desde la generación hasta la alimentación, pasando por el almacenamiento. <br /