ES2799073A1 - Dispositivo y sistema de iluminacion, sistema de almacenamiento y procesado de datos, metodo de captacion de informacion del entorno y uso asociado - Google Patents

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Rivas Javier Barricarte
Royo Jesús Javier Paniagua
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Abstract

Dispositivo de iluminación (1) con medios de iluminación LED (2), medios de adquisición (3) de unos primeros datos (31), medios de procesamiento (4) y medios de transmisión (5) de unos segundos datos (41) procesados por los medios de procesamiento (4) hacia un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9) a través de un enlace (10). Sistema de iluminación compuesto de una red de dispositivos de iluminación (1) inteligentes, donde medios de procesamiento (4) combinan los primeros datos (31) obtenidos por los medios de adquisición (3) y/o los segundos datos (41) procesados por los medios de procesamiento (4) de al menos otro dispositivo de iluminación. Sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en ordenadores en la nube. Método de captación de información del entorno. Así, se obtienen unas prestaciones mejoradas en cuanto a captación de datos, comunicaciones y servicios.

Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO Y SISTEMA DE ILUMINACIÓN, SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y
PROCESADO DE DATOS, MÉTODO DE CAPTACIÓN DE INFORMACIÓN DEL
ENTORNO Y USO ASOCIADO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud de patente tiene por objeto un dispositivo y sistema de iluminación, sistema de almacenamiento y procesado de datos, método de captación de información del entorno y uso asociado, según las reivindicaciones 1 a 18, incorporando notables innovaciones y ventajas frente a las soluciones técnicas utilizadas hasta el momento.
CAMPO DE APLICACIÓN
La presente invención es de aplicación, esencialmente, en empresas industriales y entornos urbanos donde se dan procesos complejos que integren personas, máquinas, flujos de materiales y vehículos. Asimismo, la invención también puede ser de aplicación a otros sectores como por ejemplo el agrícola o ganadero.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidas en el actual estado de la técnica diversos tipos de luminarias, o dispositivos de iluminación, en concreto en los sectores del alumbrado industrial, y del alumbrado público, con prestaciones mejoradas, al objeto de poder establecer comunicación entre las mismas, dando lugar a sistemas de iluminación complejos. A este respecto existen luminarias más sofisticadas bajo el concepto de la telegestión y de la eficiencia energética. Sin embargo no existen en el mercado luminarias o dispositivos de iluminación inteligentes con capacidad de prestar servicios IoT (Internet of Things - Internet de la cosas).
Señalar que el concepto internet de las cosas (Internet of Things, abreviado IoT) se refiere a una interconexión digital de objetos cotidianos con internet. Es, en definitiva, la conexión de internet con más objetos que con personas.
Un ejemplo de estos dispositivos de iluminación más complejos y sofisticados viene descrito en la patente WO2015077650, en la que se detalla un método y sistema de geolocalización que utiliza un sistema de alumbrado público en el que se utiliza una banda predeterminada de frecuencias de radio que emplean tecnología de espectro ensanchado para identificar ubicaciones en relación con una luz de calle individual.
Por otro lado, en la actualidad las empresas necesitan disponer de soluciones de iluminación y de instalaciones productivas y logísticas que cumplan la normativa europea vigente, tanto desde el punto de vista de seguridad y salud en el trabajo, como desde el punto de vista de eficiencia de las tecnologías. Adicionalmente, estas empresas necesitan incrementar la eficiencia de sus procesos productivos y logísticos internos para seguir siendo competitivas en sus mercados globales.
La presente invención propone una solución a las necesidades antes citadas, a través de un dispositivo y sistema de iluminación, que presenta unas prestaciones mejoradas en los términos de:
- Diseño de un dispositivo de iluminación como una plataforma habilitadora del IIoT que permite integrar sensores y comunicaciones de forma flexible y escalable.
- Generación de servicios de supervisión del entorno, procesos, máquinas y personas, constituyendo el dispositivo en un elemento integrable en una Industria 4.0 y/o Smartcities. - Captura de información relevante del entorno y transmisión a la nube, en donde pueda ser procesada para generar actuaciones que mejoren los procesos.
- Incorporación de inteligencia en la propia luminaria, con el uso de sensores embebidos, orientada a una mayor eficiencia energética y a alargar la vida del producto utilizando modelos de predicción de vida en la propia luminaria.
Así, y aparte del control de la propia iluminación, el sistema es capaz de ofrecer servicios de valor añadido, como supervisión de entornos industriales, mantenimiento predictivo, uso de espacios de almacenamiento, medición de niveles de contaminación, mapas de ruido, control de movimientos de personas y vehículos, etc.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un dispositivo y sistema de iluminación, sistema de almacenamiento y procesado de datos, método de captación de información del entorno y uso de medios de adquisición del dispositivo, de cara todo ello a conformar una plataforma de internet de las cosas (IoT) basada en una red de luminarias con las capacidades de captar datos y comunicarlos incluyendo una arquitectura software en la nube con capacidad de almacenar y procesar datos.
En concreto, el dispositivo de iluminación de la presente invención es, de modo preferente, una luminaria basada en tecnología LED, que integra un sistema electrónico modular que permita la incorporación de diversos sensores y sistemas de comunicaciones inalámbricas, a modo de nodo en una red de sensores, habilitando la captura y transmisión de información en tiempo real para la generación de servicios IoT en el ámbito de la Industria 4.0 y/o Smartcities, entre otros.
Algunas de las ventajas que aporta la invención propuesta se indican a continuación:
- Reducción del consumo energético, cumpliendo la normativa europea de iluminación. El dispositivo de iluminación de la presente invención consume entre un 70-80% menos que las tecnologías más extendidas actualmente en la industria y alumbrado público, teniendo una durabilidad superior a los 10 años (las tecnologías actuales pierden intensidad lumínica a partir del segundo año).
- Extensión del ciclo de vida de la lámpara, alargando la vida de los LEDs.
- Capacidad de detectar modificaciones relevantes en la escena.
- Capacidad de captura de información en tiempo real y de comunicación con personas y máquinas con diferentes protocolos de uso común en los desarrollos para el IoT, tanto a nivel de hardware como de protocolos de comunicación con la nube, proporcionando datos de funcionamiento interno y del entorno de la luminaria.
- Diseño modular para facilitar la fabricación de luminarias con diferentes prestaciones y funcionalidades de forma que se pueda ajustar al máximo el coste al valor aportado.
Más en detalle, el dispositivo de iluminación de la presente invención se basa en una arquitectura centrada en una placa universal de control, dotada de interfaces universales electrónicos que permiten la incorporación, según necesidades, de módulos de sensorización y comunicaciones. La arquitectura se fundamenta en los siguientes principios: - Arquitectura modular: módulos enchufables, con una fácil configuración.
- Inteligencia embebida: cada uno de estos equipos contará, preferentemente, con un microprocesador, que permite realizar un pre-procesado de los datos “in-situ” añadiendo valor a los datos obtenidos. Además mantiene las funciones de lámpara inteligente capaz de adecuar la luz a las necesidades de la escena, y de mejorar la eficiencia energética, incrementando la vida esperada de los Leds.
- Topología en red de luminarias: estas son capaces de transmitir información entre ellas, compartirla y llevarla hasta la nube, constituyendo un despliegue de infraestructura para IoT.
Cabe mencionar que, para la comunicación con la nube, el dispositivo de iluminación de la presente invención utiliza protocolos estándares en IIOT, modelo de comunicación publicador/suscriptor o cliente/servidor; facilitando la integración de otros sensores y dispositivos de otros fabricantes. Mediante módulos de sensores específicos la luminaria permite convertirse en un nodo de una red IIoT, pudiendo realizar funciones de localización, trazabilidad, información contextual, mantenimiento predictivo. De este se puede obtener información sobre los procesos y máquinas en tiempo real, de forma continua y en dónde se necesita.
Siendo principalmente el objeto del dispositivo de iluminación de la presente invención disponer una luminaria con capacidad de sensorización externa y comunicación de la luminaria con la nube a través del protocolo estándar MQTT. Los medios de adquisición preferentemente comprenden al menos una plataforma multisensor y al menos un sensor, preferentemente:
- Sensores infrarrojos pasivos (PIR) o ultrasonidos para la detección de movimiento y localización de personas y mercancías, y la detección de personas en zonas peligrosas o de no tránsito.
- Sensores de temperatura por infrarrojos (termopilas) con la idea de monitorizar procesos y máquinas, con fines de control productividad, seguridad o mantenimiento predictivo.
- Sensores ambientales de humedad, temperatura, gases, humos, presencia de sustancias nocivas, etc.
En conclusión, la principal ventaja competitiva del dispositivo de iluminación de la presente invención sobre las luminarias industriales y de alumbrado público del mercado es que traslada el concepto de inteligencia más allá de la propia gestión energética, asociándolo a la capacidad de captura y transmisión de información desde el punto de iluminación hasta la nube y viceversa. De este modo se convierte a la luminaria en un facilitador de la evolución de las empresas usuarias de esta hacia la Industria 4.0 y/o Smartcities.
Así, y de modo resumido, el dispositivo de iluminación de la presente invención, lleva integrada una luminaria LED con un sistema de sensorización y comunicaciones capaz de capturar información relevante del entorno útil para la supervisión de personas y procesos. Además el conjunto de luminarias de una instalación forman una red de sensorización fusionando la información procedente de los diferentes sensores instalados en ellas. Todos los datos pueden ser enviados a la nube utilizando protocolos IoT como MQTT y/o COAP, facilitando la implantación de los conceptos de Industria 4.0 y/o Smartcities.
Cada luminaria realiza la adquisición de datos de los sensores instalados, y se fusionan utilizando la red local, para la interpretación de la escena bajo las luminarias, por ejemplo para conocer el estado de un proceso de fabricación o realizar mantenimiento predictivo basado en la condición o la localización de bienes o personas. A su vez las luminarias pueden ofrecer servicios de eficiencia energética, seguridad, etc.
Asociado a la luminaria física el sistema de almacenamiento y procesado de datos de la presente invención incluye una plataforma en la nube para la recogida de datos, utilizando bases de datos estructuradas y no estructuradas, y con capacidad de Data Analytics (análisis de datos).
En definitiva, la necesidad de iluminación en la industria y en las ciudades o entornos urbanos hace que las luminarias sean elementos ya presentes en la infraestructura. Con la incorporación de capacidad de sensorización, inteligencia y comunicaciones inalámbricas, se hace posible utilizarlas para captar y aportar información del entorno. Debido a que se trata de luminarias industriales el entorno es demandante de mucha información, ya sea sobre las personas, máquinas, materiales o ambiente. Esta información está relacionada con el cálculo de indicadores de productividad, gestión de personas, uso del espacio, seguridad, detección de averías, por ejemplo mediante información térmica y sonora de forma remota. Centrando la tecnología IoT en la luminaria se simplifica el despliegue de esta tecnología.
Más en particular, la invención consiste en un dispositivo de iluminación ubicado en un entorno físico, que comprende medios de iluminación LED, medios de adquisición de unos primeros datos obtenidos de al menos una variable de dicho entorno físico, medios de procesamiento de los primeros datos obtenidos de al menos una variable de dicho entorno físico, en donde dicho dispositivo de iluminación comprende medios de transmisión de los primeros datos y/o unos segundos datos procesados por los medios de procesamiento hacia un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube a través de un enlace.
De este modo, el dispositivo de iluminación es capaz de adquirir o captar unos primeros datos del entorno físico y procesarlos, transformándolos en unos segundos datos y transmitirlos o remitirlos hacia un elemento distante o remoto, para su utilización según se determine. Esta prestación posibilita realizar una actuación sobre sus propios medios y/o bien recibir órdenes de actuación externas, en respuesta o no a los segundos datos procesados y transmitidos. Esto lleva, por ejemplo, a poder conocer el estado de un proceso de fabricación o a realizar mantenimiento predictivo basado en la condición o la localización de bienes o personas. Dichos dispositivos de iluminación pueden, a su vez, ofrecer servicios de eficiencia energética, seguridad, u otros.
Se denominan primeros datos a los que proceden del entorno físico y/o se adquieren del entorno, ya sea por un dispositivo u otro. Se denominan segundos datos a los que son procesados, pudiendo ser procesados por los medios del procesamiento o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube.
Así, y según otro aspecto de la invención, el dispositivo de iluminación comprende medios de recepción de los primeros datos obtenidos por otro dispositivo de iluminación y/o de los segundos datos procesados por otro dispositivo de iluminación y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube. De este modo puede procesar los primeros datos obtenidos captados o adquiridos por otro dispositivo de iluminación, y/o realizar alguna acción en base a los segundos datos procesados por otro dispositivo de iluminación y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube.
Cabe mencionar que, el dispositivo de iluminación con medios de iluminación LED comprende al menos una placa de iluminación LED, de modo que dicho dispositivo de iluminación se beneficia de alto rendimiento energético y luminoso de dicha tecnología LED.
Más en particular, los medios de iluminación LED comprenden al menos una fuente variable de iluminación LED regulada por unos medios de control, de manera que es posible regular la intensidad luminosa emitida por el dispositivo de iluminación de la presente invención.
Adicionalmente, los medios de control regulan la fuente variable de iluminación LED en función de los segundos datos procesados por los medios de procesamiento, y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube, de modo que la intensidad luminosa emitida por el dispositivo de iluminación se autoregula en función de los primeros datos obtenidos captados o adquiridos, y/o de los segundos datos procesados, en base a variables del entorno físico.
Ventajosamente, los medios de adquisición de los primeros datos comprenden al menos una plataforma multisensor. Dicha plataforma multisensor comprende una pluralidad de sensores capaces de captar variables diversas del entorno físico, o bien de adquirir diferentes fuentes de datos de dicho entorno físico, y también del propio dispositivo de iluminación.
Más específicamente, los medios de adquisición de los primeros datos comprenden al menos un sensor capaz de captar al menos una variable del entorno físico del grupo de luz visible, sonido, temperatura, presión atmosférica, CO2 (dióxido de carbono), VOC o COV (compuestos orgánicos volátiles), otros gases, humedad, posición, imagen, video, imagen térmica y/o movimiento. De este modo se incrementan las prestaciones de detección y captación del dispositivo de iluminación.
Según otro aspecto de la invención, los medios de procesamiento comprenden un software embebido con capacidad de análisis local de los primeros datos obtenidos por el dispositivo de iluminación y/o por otro dispositivo de iluminación y/o los segundos datos procesados por otro dispositivo de iluminación y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube. De esta manera que los primeros datos pueden ser transformados a unos segundos datos ya procesados, al mismo tiempo que los segundos datos, ya procesados, pueden ser a su vez analizados.
Por otro lado, los medios de transmisión comprenden al menos un protocolo de comunicaciones en bandas libres (ISM) o en bandas licenciadas a operadores de telefonía móvil, de manera que el dispositivo de iluminación puede establecer una comunicación, y/o transmitir datos, con otro dispositivo de iluminación o bien con otro elemento receptor, a través del cauce de la telefonía móvil, aprovechando sus prestaciones y fiabilidad contrastada. Señalar que la transmisión de datos se realiza por ondas electromagnéticas.
Adicionalmente, los medios de transmisión comprenden un software embebido con capacidad de comunicación de los primeros datos obtenidos del dispositivo de iluminación y/o de los segundos datos procesados por los medios de procesamiento, en base al menos a un protocolo de intercambio de datos basado en el paradigma de cliente-servidor o en el paradigma publicador-suscriptor. De esta manera la transferencia de datos se realiza de una manera más estructurada y organizada.
Señalar que los primeros datos o segundos datos pueden ir encriptados o no, pueden seguir el paradigma de cliente-servidor (tipo HTTP ó COAP), y también, o alternativamente, pueden seguir el paradigma publicador-suscriptor (tipo MQTT) (Message Queue Telemetry Transport - Transporte de telemetría de la cola de mensajes),. Adicionalmente, los datos pueden ser enviados a la nube, lo que convierte a la luminaria, o dispositivo de iluminación, en un facilitador para la implantación de los conceptos descritos de la Industria 4.0 y/o Smartcities.
Cabe mencionar que el software embebido en el dispositivo de iluminación es actualizado a través de un sistema de comunicación inalámbrico o de forma remota, de manera que pueden incorporarse nuevas prestaciones, según se desarrollen nuevas versiones de software.
Es también objeto de la presente invención, en relación a un dispositivo de iluminación, un sistema de iluminación compuesto de una red de dispositivos de iluminación inteligentes, en donde los medios de procesamiento combinan los primeros datos obtenidos por cualquier dispositivo de iluminación, y/o los segundos datos procesados por otro dispositivo de iluminación y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube. De este modo se incrementa la capacidad cognitiva y de procesamiento del sistema de iluminación, mejorándose la capacidad de la interpretación de la escena o del entorno físico bajo las luminarias o dispositivos de iluminación.
Asimismo, es también objeto de la presente invención, un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube para la recogida de primeros datos obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación y/o segundos datos procesados por al menos un dispositivo de iluminación, que comprende el uso de bases de datos estructuradas.
Por bases de datos estructuradas se entiende información en forma de archivos de tipo texto que se suelen mostrar en filas y columnas con títulos. Son datos que pueden ser ordenados y procesados fácilmente al estar todo identificado, etiquetado y ser de fácil acceso. De este modo se puede abordar eficazmente el almacenamiento de datos, descubrimiento, cumplimiento, etc., haciendo que la gestión y el mantenimiento de los datos sea más sencilla.
Según otro aspecto de la invención, se incluye un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube para la recogida de primeros datos obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación y/o segundos datos procesados por al menos un dispositivo de iluminación, que comprende el uso de bases de datos no estructuradas.
Por bases de datos no estructuradas se entiende generalmente datos binarios que no tienen estructura interna identificable. Es un conglomerado masivo y desorganizado de varios objetos que no tienen valor hasta que se identifican y almacenan de manera organizada. Una vez que se organizan, los elementos que conforman su contenido pueden ser buscados y categorizados (al menos hasta cierto punto) para obtener información.
Adicionalmente, el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube para la recogida de primeros datos obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación y/o segundos datos procesados por al menos un dispositivos de iluminación, comprende sistemas de procesado con capacidad de cálculo y visualización de indicadores, y/o de la realización de estudios descriptivos, predictivos y prescriptivos con los primeros datos y/o segundos datos obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación. De este modo se incrementan las prestaciones de procesamiento de los datos, y la precisión y la pertinencia de las acciones que se lleven a cabo a partir de las conclusiones que se derivan del análisis.
De modo preferente se hace uso de la capacidad de Data Analytics (análisis de datos) para el profundo análisis de los datos con el objetivo de sacar conclusiones operativas. Por medio del uso de dicha herramienta de análisis de datos se mejora la eficiencia operativa, y en las empresas, se puede perfeccionar el modelo de gestión y producción.
Es también objeto de la presente invención, un método de captación de información del entorno de un dispositivo de iluminación, que comprende las etapas de i) adquisición de primeros datos obtenidos de al menos una variable del entorno físico, ii) procesamiento de los primeros datos obtenidos de al menos una variable del entorno físico, iii) transmisión de los segundos datos procesados por los medios de procesamiento hacia un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube a través de un enlace.
De este modo, se adquiere la capacidad de adquirir o captar unos primeros datos del entorno físico, procesarlos transformándolos en unos segundos datos y transmitirlos o remitirlos hacia un elemento distante o remoto, para su utilización según se determine. Esta prestación posibilita realizar una actuación sobre sus propios medios y/o bien recibir órdenes de actuación externas, en respuesta o no a los segundos datos procesados y transmitidos. Esto lleva, por ejemplo, a poder conocer el estado de un proceso de fabricación o a realizar mantenimiento predictivo basado en la condición o la localización de bienes o personas. Dichos dispositivos de iluminación pueden, a su vez, ofrecer servicios de eficiencia energética, seguridad, u otros.
Por otro lado, el método de captación de información del entorno de un dispositivo de iluminación comprende la etapa de recepción de los primeros datos obtenidos por otro dispositivo de iluminación y/o de los segundos datos procesados por otro dispositivo de iluminación o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube.
Por otra parte, es también objeto de la presente invención el uso de medios de adquisición de un dispositivo de iluminación con capacidad de comunicación en una red para localizar con precisión al menos un elemento móvil en un entorno físico, y de los medios de transmisión de dicho dispositivo de iluminación para comunicar la posición y/o desplazamiento de dicho elemento móvil.
Asimismo, reseñar también los siguientes aspectos de la presente invención, siendo también relevantes:
- la generación de redes de luminarias basadas en redes mesh (por ejemplo THREAD) de corto alcance
- la generación de redes IPV6 entre luminarias, basadas en protocolos específicos para redes de sensores e IoT (6LowPan).- la generación de redes de sensores tipo mesh con capacidad de autoregeneración y direccionamiento de nodos.
- Disponibilidad de comunicaciones cableadas (tipo Ethernet) para la conexión de la red de luminarias con los sistemas locales y comunicaciones inalámbricas de largo alcance (3G/4G) para el envío de datos a la plataforma en la nube.
- Disponibilidad de un módulo de comunicaciones BLE (Bluetooth Low Energy) para realizar tareas de mantenimiento y actualización de software en la red de luminarias y su uso como baliza, tipo “beacon” o baliza e interfaz con usuario a través de dispositivos móviles.
- el uso de un protocolo de comunicaciones optimizado para datos (MQTT)
- Capacidad de conexión de la red local de luminarias, o dispositivo de iluminación, de tipo mesh con la nube a través de un border-router, o elemento transfronterizo de enlace.
En los dibujos adjuntos se muestra, a título de ejemplo no limitativo, un dispositivo y sistema de iluminación, sistema de almacenamiento y procesado de datos y método de captación de información constituido de acuerdo con la invención. Otras características y ventajas de dicho dispositivo y sistema de iluminación, sistema de almacenamiento y procesado de datos y método de captación de información, objeto de la presente invención, resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales:
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1.- Es una vista en perspectiva de unos dispositivos de iluminación instalados en un entorno físico de un espacio industrial, de acuerdo con la presente invención.
Figura 2.- Es un esquema general de la disposición de varios dispositivos, sistema de iluminación, y sistema de almacenamiento y procesado de datos, de acuerdo con la presente invención.
Figura 3.- Es un esquema de detalle de la disposición interior del dispositivo de iluminación y del sistema de iluminación, mostrando su conexión con el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube, de acuerdo con la presente invención.
Figura 4.- Es un esquema de la disposición de varios dispositivos de iluminación y sistema de iluminación, mostrando su conexión entre sí, y con el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube, de acuerdo con la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE
A la vista de las mencionadas figuras y, de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
En concreto, y según una realización preferente de la invención, la presente invención está orientada a un dispositivo y sistema de iluminación, preferentemente una luminaria LED que permita habilitar el Internet Industrial de las Cosas (IIOT), gracias a la creación de una infraestructura fija integrada en la propia iluminación de las instalaciones industriales, que incorpora tecnologías de sensorización de la escena o entorno físico, de comunicaciones inalámbricas entre las propias luminarias, con los sistemas de gestión de la empresa y con la nube. Esto permite la creación de servicios de gestión de los procesos en tiempo real en los entornos industriales y logísticos en donde se desplegará este producto, lo que es la base del concepto IIOT.
Es asimismo objeto de la presente invención el desarrollo de una plataforma IoT para la optimización de procesos industriales complejos que integren personas, máquinas y flujos de materiales; basada en la captura y envío de datos del entorno a través de una red de luminarias LED que integran sensores y dispositivos de comunicación. Los sensores y dispositivos de comunicación se integran en la luminaria gracias a una placa electrónica de iluminación LED.
Cabe mencionar que el sistema de comunicaciones de la plataforma IoT,se basa en comunicaciones inalámbricas entre luminarias (tecnología THREAD), con la posibilidad de generar redes mesh de sensores, con capacidad de autoregeneración y direccionamiento de nodos. Asimismo, se integran en la plataforma comunicaciones cableadas (tipo Ethernet) para la conexión de la red de luminarias con los sistemas locales y comunicaciones inalámbricas de largo alcance (3G/4G) para el envío de datos a la plataforma en la nube. Opcionalmente se incluye el módulo de comunicaciones BLE (Bluetooth Low Energy) para realizar tareas de mantenimiento y actualización de software en la red de luminarias y su uso como baliza, tipo "beacon” e interfaz con el usuario.
Señalar adicionalmente que, gracias a la presente invención, se consiguen los siguientes efectos ventajosos:
- Disponibilidad de una gran base de sensores para la plataforma loT, especialmente en sensores de rango industrial, con amplio rango térmico de funcionamiento. Esto permite, entre otras aplicaciones, la detección de personas paradas o en movimiento, existencia o no de material en zonas de almacenamiento o bufferes y sensado de parámetros ambientales diversos.
- La plataforma hardware permite el desarrollo del software embebido en la electrónica del dispositivo y sistema de iluminación para llevar a cabo los registros de datos, almacenaje selectivo y cálculos necesarios en casos de uso industrial, conocidos como "edge computing”.
- Disponibilidad de plataforma software en la nube para almacenamiento de datos provenientes de la red de luminarias, junto con la posterior ejecución de cálculos y visualización de datos. Esta plataforma en la nube integra de modo preferente módulos de autentificación, seguridad de la información, almacenamiento y consumo de los datos para la generación de servicios a los usuarios, en base al uso posterior de algoritmos de inteligencia artificial.
- Disponibilidad de una aplicación vía web que permite a los usuarios de la plataforma loT interaccionar con la red de luminarias y con la plataforma en la nube.
Como vía de desarrollo de la presente invención se realiza:
- un desarrollo de la red de luminarias tipo mesh con capacidad de comunicación entre las mismas, con la nube a través de un borderrouter. Se utiliza tecnología THREAD que dota a la red, frente a tecnologías como Zigbee, de capacidades de autoconfiguración en caso de que algunos de los nodos de la misma pueda sufrir una avería, incluidos los nodos líder o los routers, basándose su direccionamiento en la tecnología IPV6.
- un desarrollo de algoritmos embebidos del tipo Data Analytics, que en base a la información obtenida a partir de los diversos sensores desplegados en toda la red de luminarias, permitan detectar elementos complejos como personas en diferentes condiciones, pallets en zonas de buffer, huecos y sus tamaños en estanterías de almacén, trayectorias de carretillas, etc.
- una integración efectiva y robusta de todo el conjunto de tecnologías para la resolución de casos de uso industriales desplegados.
Cabe mencionar que, en una realización preferente, el dispositivo de iluminación de la presente invención puede comprender, los siguientes elementos:
- Plataforma multisensor.
- Conjunto de sensores de entorno: luz, ambiente, imagen visible, posición, imagen térmica, detección de movimiento, sonido, etc.
- Sistema de comunicaciones multitecnológico: THREAD, BLE, WIFI, DALI
- Fuente para iluminación LED controlable DALI
- 1 Placa de iluminación LED
- Firmware con capacidad de análisis local de datos (EDGE ANALYTICS) y comunicación de datos en base a diversos protocolos IoT.
En la figura 1 se puede observar, de modo ilustrativo, una vista en perspectiva de unos dispositivos de iluminación 1, que comprenden unos medios de iluminación 2, instalados en un entorno físico 8 de un espacio industrial.
En la figura 2 se puede observar, de modo ilustrativo, un esquema general de la disposición de varios dispositivos de iluminación 1 y sistema de iluminación, sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9. Se puede apreciar en concreto varios dispositivos de iluminación 1, D1 a D6, interconectados entre sí a través de la red local, y a través de un enlace 10, al sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9.
En la figura 3 se puede observar, de modo ilustrativo, un esquema de detalle la disposición interior del dispositivo de iluminación 1 y del sistema de iluminación, mostrando su conexión con el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9. Se puede apreciar en concreto en el interior del dispositivo de iluminación 1 varios medios de adquisición 3 (MA1 a MA3), siendo estos diversas tipologías de sensores. Todos ellos están conectados a una plataforma multisensor, y ésta a su vez transmite unos primeros datos 31 hacia unos medios de procesamiento 4, lo cuales, y por medio de un software embebido SW procesa dicha información llegando a unos segundos datos 41, los cuales son transmitidos a través de unos medios de transmisión 5 hacia un enlace 10, y desde ahí hacia un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9. La transmisión de los segundos datos 41 hacia el enlace 10 es por medio de una red local. La recepción de datos provenientes del enlace 10 es a través de los medios de recepción 6 los cuales transmiten unos segundos datos 41 a su vez hacia los medios de procesamiento 4. Dichos medios de procesamiento 4 pueden emitir también unos segundos datos 41 hacia unos medios de control 7 pudiendo dar una orden a una fuente variable FV la cual regula finalmente los medios de iluminación LED 2, representados a su vez en la figura 7 por MI.
En la figura 4 se puede observar, de modo ilustrativo, un esquema de la disposición de varios dispositivos de iluminación 1 y sistema de iluminación, mostrando su conexión entre sí, y el flujo de información entre los mismos, y con el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9. Se puede apreciar en concreto las diferentes funciones que pude adoptar cada dispositivo de iluminación 1, en el conjunto de una red coordinada de dispositivos de iluminación 1. Por ejemplo, en un primer rol, adoptaría la función de dispositivo final o ‘end device’ representándose como RE. En un segundo rol, podría adoptar una función de router susceptible de ser escogido, o ‘router elegible’ representándose como RR. En un tercer rol, podría adoptar una función de líder o ‘leader’, representándose como RL. En el elemento de enlace 10 o ‘border router’ se ha representado un primer elemento como L (router de red local), y un segundo elemento como I (router de internet). A modo de ejemplo un router de red local puede ser una tecnología Thread o Zigbee
Así, y más en particular, según la figura 3, el dispositivo de iluminación 1 ubicado en un entorno físico 8, comprende medios de iluminación LED 2, medios de adquisición 3 de unos primeros datos 31 obtenidos de al menos una variable de dicho entorno físico 8, medios de procesamiento 4 de los primeros datos 31 obtenidos de al menos una variable de dicho entorno físico 8, y adicionalmente comprende medios de transmisión 5 de los primeros datos 31 y/o unos segundos datos 41 procesados por los medios de procesamiento 4 hacia un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9 a través de un enlace 10.
Los medios de conexión o bus de conexión, puede ser del tipo DALI, DMX, 0-10V u otro que permita actuar sobre la fuente de iluminación, de acuerdo a los primeros datos, a los segundos datos, o a los datos recibidos desde el enlace remoto 9
Adicionalmente, según la figura 3, el dispositivo de iluminación 1 comprende medios de recepción 6 de los primeros datos 31 obtenidos por otro dispositivo de iluminación 1 y/o de los segundos datos 41 procesados por otro dispositivo de iluminación 1 y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9.
Más específicamente, según la figura 3 los medios de iluminación LED 2 comprenden al menos una placa de iluminación LED.
Según otro aspecto de la invención, como se aprecia en la figura 6, los medios de iluminación LED 2 comprenden al menos una fuente variable de iluminación LED regulada por unos medios de control 7
Según una realización preferente de la invención, como se aprecia en la figura 3 los medios de control 7 regulan la fuente variable de iluminación LED en función de los segundos datos 41 procesados por los medios de procesamiento 4, y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9.
Por otra parte, según la figura 3 los medios de adquisición 3 de los primeros datos 31 comprenden al menos una plataforma multisensor.
Más concretamente, como se aprecia en la figura 3 los medios de adquisición 3 de los primeros datos 31 comprenden al menos un sensor capaz de captar al menos una variable del entorno físico 8 del grupo de luz visible, sonido, temperatura, presión atmosférica, CO2, VOC, otros gases, humedad, posición, imagen, video, imagen térmica y/o movimiento.
Según otro aspecto de la invención, como se aprecia en la figura 3 los medios de procesamiento 4 comprenden un software embebido con capacidad de análisis local de los primeros datos 31 obtenidos por el dispositivo de iluminación 1 y/o por otro dispositivo de iluminación 1 y/o los segundos datos 41 procesados por otro dispositivo de iluminación 1 y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9.
Más en particular, los medios de transmisión 5 comprenden al menos un protocolo de comunicaciones bandas libres (ISM) o en bandas licenciadas a operadores de telefonía móvil. Dicho protocolo de comunicaciones es preferentemente un protocolo de comunicaciones IP .
Por otro lado, según la figura 3, los medios de transmisión 5 comprenden un software embebido con capacidad de comunicación de los primeros datos 31 obtenidos del dispositivo de iluminación 1 y/o de los segundos datos 41 procesados por los medios de procesamiento 4, en base al menos a un protocolo de intercambio de datos basado en el paradigma de cliente-servidor o en el paradigma publicador-suscriptor.
Más específicamente, el software embebido es actualizado a través de un sistema de comunicación inalámbrico o de forma remota.
Según una realización preferente de la invención, como se aprecia en la figura 2, un sistema de iluminación está compuesto de una red de dispositivos de iluminación 1 inteligentes, en donde los medios de procesamiento 4 combinan los primeros datos 31 obtenidos por cualquier dispositivo de iluminación 1, y/o los segundos datos 41 procesados por otro dispositivo de iluminación 1 y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9.
Según otro aspecto de la invención, como se aprecia en la figura 2, un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube para la recogida de primeros datos 31 obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación 1 y/o segundos datos 41 procesados por al menos un dispositivo de iluminación 1, que comprende el uso de bases de datos estructuradas.
Alternativamente, según las figuras 2, 3 y 4, un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9 para la recogida de primeros datos 31 obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación 1 y/o segundos datos 41 procesados por al menos un dispositivo de iluminación 1, que comprende el uso de bases de datos no estructuradas.
Cabe mencionar que, según la figura 3 el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube para la recogida de primeros datos 31 obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación 1 y/o segundos datos 41 procesados por al menos un dispositivo de iluminación 1, que comprende sistemas de procesado con capacidad de cálculo y visualización de indicadores, y/o de la realización de estudios descriptivos, predictivos y prescriptivos con los primeros datos 31 y/o segundos datos 41 obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación 1.
Por otra parte, la presente invención comprende también un método de captación de información del entorno de un dispositivo de iluminación 1, que comprende las etapas de i) adquisición de primeros datos 31 obtenidos de al menos una variable del entorno físico 8, ii) procesamiento de los primeros datos 31 obtenidos de al menos una variable del entorno físico 8, iii) transmisión de los segundos datos 41 procesados por los medios de procesamiento 4 hacia un sistema de almacenamiento y procesamiento de datos ubicado en la nube 9 a través de un enlace 10.
Y adicionalmente comprende la etapa de recepción de los primeros datos 31 obtenidos por otro dispositivo de iluminación 1 y/o de los segundos datos 41 procesados por otro dispositivo de iluminación 1 o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9.
Es también objeto de la presente invención el uso de medios de adquisición 3 de un dispositivo de iluminación 1 con capacidad de comunicación en una red para localizar con precisión al menos un elemento móvil 81 en un entorno físico 8, y de los medios de transmisión 5 de dicho dispositivo de iluminación 1 para comunicar la posición y/o desplazamiento de dicho elemento móvil 81.
Clarificar adicionalmente la siguiente terminología utilizada en la presente descripción:
- Por protocolo DALI o sistema de comunicaciones DALI, se entiende una transmisión por cable (no es de radio) entre los medios de control 7 y la fuente variable FV de iluminación LED;
- Por red local Thread o sistema de comunicaciones Thread se entiende la transmisión entre los dispositivos de iluminación, siendo la parte física y lógica de la transmisión;
- Por red internet, WIFI o Ethernet, se entiende la transmisión entre el Bourder Router y el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube 9;
- Por medio de comunicaciones inalámbrico con la nube se entiende tecnologías de ondas de radio en bandas de frecuencia libres (ISM) o bandas licenciadas a operadores.
- El módulo o sistema de comunicaciones BLE (Bluetooth Low Energy) se entiende como un medio de transmisión inalámbrico, local y punto a punto (entre la luminaria y un usuario) para realizar tareas de mantenimiento y actualización de software en la red de luminarias y su uso como baliza, tipo “beacon” o baliza. Señalar que el BLE es una forma de comunicación directamente con un elemento móvil, sin pasar por la nube.
Por baliza hay que entender un dispositivo de iluminación 1 o luminaria que envía una señal de radio (BLE) con el objetivo de ser detectada por un dispositivo móvil con propósito de localización.
- Por protocolos de comunicaciones tipo MQTT (Message Queue Telemetry Transport -Transporte de telemetría de la cola de mensajes, son protocolos de comunicación con la nube desde bourder router;
- Por firmware con capacidad de análisis local de datos (EDGE ANALYTICS) y comunicación de datos en base a diversos protocolos IoT, se entiende un software embebido en los medios de procesamiento con capacidad de análisis local de los primeros datos obtenidos;
- Por un router de red local se entiende el router de la red local Thread.
- Por un router internet se entiende el router que se comunica con Internet (red IP).
- Por border-router se entiende un dispositivo que comprende un router de red local y otro de internet, comunicados entre sí para asegurar la comunicación de la red local con la nube.
Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, así como los componentes empleados en el dispositivo y sistema de iluminación, sistema de almacenamiento y procesado de datos y método de captación de información, podrán ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente equivalentes, y no se aparten de la esencialidad de la invención ni del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación de la siguiente lista.
Lista referencias numéricas:
1 dispositivo de iluminación
2 medios de iluminación LED
3 medios de adquisición
31 primeros datos
4 medios de procesamiento
41 segundos datos
5 medios de transmisión
6 medios de recepción
7 medios de control
8 entorno físico
81 elemento móvil
9 sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube
10 enlace
Texto en figuras:
F61 Enlace (Border Router)
D1 Dispositivo de iluminación 1F71 Plataforma multisensor F72 Placa electrónica
F73 Medio de control
MA1 Medio de adquisición 1SW Software embebido
MT Medio de transmisión
MP Medio de procesamiento
MR Medio de recepción
BBDD Bases de datos
FV Fuente variable
MI Medio de iluminación
L Router (Red Local)
I Router (Internet)
F81 Red Local
F82 Red Internet
RE Rol End Device
RR Rol Router Eligible
RL Rol Leader

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1- Dispositivo de iluminación (1) ubicado en un entorno físico (8), que comprende medios de iluminación LED (2), medios de adquisición (3) de unos primeros datos (31) obtenidos de al menos una variable de dicho entorno físico (8), medios de procesamiento (4) de los primeros datos (31) obtenidos de al menos una variable de dicho entorno físico (8), caracterizado porque comprende medios de transmisión (5) de los primeros datos (31) y/o unos segundos datos (41) procesados por los medios de procesamiento (4) hacia un sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9) a través de un enlace (10).
    2- Dispositivo de iluminación (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende medios de recepción (6) de los primeros datos (31) obtenidos por otro dispositivo de iluminación (1) y/o de los segundos datos (41) procesados por otro dispositivo de iluminación (1) y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9).
    3- Dispositivo de iluminación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de iluminación LED (2) comprenden al menos una placa de iluminación LED.
    4- Dispositivo de iluminación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de iluminación LED (2) comprenden al menos una fuente variable de iluminación LED regulada por unos medios de control (7).
    5- Dispositivo de iluminación (1) según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de control (7) regulan la fuente variable de iluminación LED en función de los segundos datos (41) procesados por los medios de procesamiento (4) y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9).
    6- Dispositivo de iluminación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de adquisición (3) de los primeros datos (31) comprenden al menos una plataforma multisensor.
    7- Dispositivo de iluminación (1) según la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de adquisición (3) de los primeros datos (31) comprenden al menos un sensor capaz de captar al menos una variable del entorno físico (8) del grupo de luz visible, sonido, temperatura, presión atmosférica, CO2, VOC, otros gases, humedad, posición, imagen, video, imagen térmica y/o movimiento.
    8- Dispositivo de iluminación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de procesamiento (4) comprenden un software embebido con capacidad de análisis local de los primeros datos (31) obtenidos por el dispositivo de iluminación (1) y/o por otro dispositivo de iluminación (1) y/o los segundos datos (41) procesados por otro dispositivo de iluminación (1) y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9).
    9- Dispositivo de iluminación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de transmisión (5) comprenden al menos un protocolo de comunicaciones en bandas libres (ISM) o en bandas licenciadas a operadores de telefonía móvil.
    10- Dispositivo de iluminación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de transmisión (5) comprenden un software embebido con capacidad de comunicación de los primeros datos (31) obtenidos del dispositivo de iluminación (1) y/o de los segundos datos (41) procesados por los medios de procesamiento (4), en base al menos a un protocolo de intercambio de datos basado en el paradigma de cliente-servidor o en el paradigma publicador-suscriptor.
    11- Dispositivo de iluminación (1) según la reivindicación 10, caracterizado porque el software embebido es actualizado a través de un sistema de comunicación inalámbrico o de forma remota.
    12- Sistema de iluminación compuesto de una red de dispositivos de iluminación (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de procesamiento (4) combinan los primeros datos (31) obtenidos por cualquier dispositivo de iluminación (1), y/o los segundos datos (41) procesados por otro dispositivo de iluminación (1) y/o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9).
    13- Sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9) para la recogida de primeros datos (31) obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación (1) y/o segundos datos (41) procesados por al menos un dispositivo de iluminación (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende el uso de bases de datos estructuradas.
    14- Sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9) para la recogida de primeros datos (31) obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación (1) y/o segundos datos (41) procesados por al menos un dispositivo de iluminación (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende el uso de bases de datos no estructuradas.
    15- Sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9) para la recogida de primeros datos (31) obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación (1) y/o segundos datos (41) procesados por al menos un dispositivo de iluminación (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende sistemas de procesado con capacidad de cálculo y visualización de indicadores, y/o de la realización de estudios descriptivos, predictivos y prescriptivos con los primeros datos (31) y/o segundos datos (41) obtenidos por al menos un dispositivo de iluminación (1).
    16- Método de captación de información del entorno de un dispositivo de iluminación (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas de:
    i) adquisición de primeros datos (31) obtenidos de al menos una variable del entorno físico (8),
    ii) procesamiento de los primeros datos (31) obtenidos de al menos una variable del entorno físico (8),
    iii) transmisión de los segundos datos (41) procesados por los medios de procesamiento (4) hacia un sistema de almacenamiento y procesamiento de datos (9) ubicado en la nube a través de un enlace (10).
    17- Método de captación de información del entorno de un dispositivo de iluminación (1), según la reivindicación 16, que comprende la etapa de recepción de los primeros datos (31) obtenidos por otro dispositivo de iluminación (1) y/o de los segundos datos (41) procesados por otro dispositivo de iluminación (1) o por el sistema de almacenamiento y procesado de datos ubicado en la nube (9).
    Uso de medios de adquisición (3) de un dispositivo de iluminación (1) con capacidad de comunicación en una red para localizar con precisión al menos un elemento móvil (81) en un entorno físico (8), y de los medios de transmisión (5) de dicho dispositivo de iluminación (1) para comunicar la posición y/o desplazamiento de dicho elemento móvil (81).
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