26 febrero, 2024

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Sistemas domoticos: ¿Qué son? ¿Qué tipos de sistemas existen?

Hace tiempo he querido actualizar este artículos, que por motivos de tiempo no ha sido posible has ahora, actualización 12-02-2021. Comenzamos:

¿Qué son los sistemas domoticos?

Los sistemas en la domótica (también conocidos como arquitecturas), se definen por varias tecnologías y estructuras que permiten la interconexión entre los diferentes dispositivos domóticos. Por otro lado los dispositivos domóticos: Son los encargados de automatizar los procesos de iluminación, seguridad y energía de una vivienda, oficina  u edificio.

Tipos de sistemas que existen en la domótica.  

Dentro de la domótica, tenemos múltiples sensores, interruptores y dispositivos electrónicos que recogen información a través de un sistema interconectado. A estos sistemas se los conoce como sistemas domóticos o arquitectura domótica para el hogar. Los mismos están divididos en tres tipos fundamentales, que son:

  • Sistema domótico centralizado.
  • Sistema domótico descentralizado.
  • Sistema domótico distribuido.

Cada uno de estos sistemas tiene sus peculiaridades, ventajas y desventajas. Que hay que tener muy claras al momento de elegir cual emplear, para realizar un proyecto domótico. Por este motivo debemos tener claro cómo está conformado cada uno. Os invito a repasarlos a continuación:

Sistema domótico centralizado.

Fig 1: Esquema de sistema domótico centralizado

Esta arquitectura generalmente es la más empleada en los hogares inteligentes. Debido a su gran capacidad de almacenar información en tiempo real.  La central domótica funciona como un cerebro central que recibe y transmite toda la información de la instalación.

Este ordenador principal se encarga de recopilar todos los datos proporcionados por los sensores situados en puntos estratégicos de la casa para generar órdenes gracias al programa instalado en la memoria de este sistema.

Principales ventajas del sistema centralizado

  • El sistema centralizado cuenta con interfaces de voz a través de llamadas telefónicas y control remoto a través de Internet. (Lo que permite un control de la casa desde cualquier ubicación).
  • Los sensores y actuadores utilizados son de tipo universal, por lo que su instalación y posterior uso es sencillo. Al ser tan flexible se abarata mucho el coste de la instalación.  

Desventajas del sistema centralizado

  • Si el controlador central falla, todo el sistema domótico se ve afectado hasta que se reinicie o se cambie la central.
  • La presencia de cables hace que el sistema central sea algo limitado.
  • En un requisito del sistema contar con una interfaz de usuario, para realizar las configuraciones del sistema, y algunos controles.

Sistema domótico descentralizado

Fig 2- Esquema de sistema domótico descentralizado

Por su parte los sistemas domóticos descentralizados funcionan de forma independiente. Agrupan varios sistemas centralizados y los conectan mediante un bus de datos.

Por ejemplo, cada sensor se encarga de enviar y recibir información actuando como un sistema centralizado, generando una respuesta independientemente de lo que otros sensores hayan registrado.

En otras palabras, hay más de un cerebro, lo que permite reducir considerablemente el tiempo de respuesta del sistema.

Ventajas del sistema descentralizado

  • A diferencia del sistema centralizado, en este sistema se ahorran unos cuantos metros de cables.
  • Se puede escalar fácilmente gracias al sistema de red con el que trabaja.
  • Gracias a su sistema independiente, ofrece un mayor rendimiento.
  • Mucho más confiable ya que si se rompe una parte de la instalación, el resto se mantendría funcionando.   

 Desventajas del sistema descentralizado

  • Sus periféricos no son universales.
  • Requiere de un técnico especializado para su instalación.

Sistema domótico distribuido

Fig 3 Esquema de sistema domótico distribuido

Le suena el concepto de inteligencia artificial. Los sistemas distribuidos están basados en esta tecnología ya que cada sensor y actuador del sistema es capaz de tomar sus propias decisiones.

Cada uno de los sensores y/o actuadores funciona como un ordenador que tiene la capacidad de recoger información y generar una respuesta en función de lo que recibe de los otros controladores instalados en la casa. Básicamente cada componente del sistema trae consigo un cerebro.

Ventajas de la domótica distribuida

  • A pesar del tipo de domótica sofisticada que utiliza, su coste es relativamente bajo.
  • Además de que toma decisiones de forma autónoma, una de sus principales ventajas es la seguridad y la eficacia con la que opera.
  • Permite personalizar la red y sus controladores.

Desventajas de la domótica distribuida

  • Su principal debilidad es que requiere un profesional cualificado para su instalación y programación.

Como verás, los sistemas domóticos se encargan de recibir y procesar información con el cometido de generar una respuesta que permita al usuario tomar una decisión o hacerlo él mismo lo antes posible.

Tipos de redes de comunicaciones en la domótica

Fig 4 Redes de comunicación

La domótica es un campo de la tecnología inteligente que utiliza redes informáticas, en las que el funcionamiento de los distintos sistemas se basa en una estructura, un mapa o una lógica de comunicación. Es decir, este es el camino por el que fluye la información y cómo se interconecta.

La topología de la red domótica se compone, por tanto, de nodos, que definen el tipo de sistema domótico en cuestión.

Topología de anillo

Fig 5 Red tipo anillo

Se trata de un tipo de red en la que no hay servidor local, la información pasa por un cable común al que se conectan los controladores en círculo o anillo.

En comparación con otras topologías, ésta es bastante sencilla porque los datos viajan en una sola dirección, por lo que si un nodo falla, el sistema se colapsa.

En definitiva, es uno de los sistemas menos recomendables.

Topología en estrella

Fig 6 Esquema de topologia de red en estrella

Desde un servidor o un cerebro central, la información, en este caso, viajará a diferentes puntos o nodos de la red.

El ordenador central se encarga de recibir y almacenar todos los datos que recibe de los controladores circundantes.

En este sentido, sería un sistema centralizado en el que, si el servidor principal se cae, la red domótica deja de funcionar.

De lo contrario, si uno de los nodos no responde, los demás sensores y/o actuadores seguirán funcionando normalmente.

Topología tipo bus

Fig 7 Esquema de la topologia tipo bus de comunicaciones

Este tipo de red domótica se caracteriza por funcionar con un único cable central o bus de datos a través del cual se conectan en derivación todos los controladores del sistema.

La comunicación se realiza de forma secuencial a los diferentes nodos del sistema, pero siempre a través del cable central. Por lo tanto, si el bus de datos no responde, el sistema deja de funcionar.

Tipos de protocolos utilizados en los sistemas domóticos

Fig 8 Central domotica conectada en un bus de datos

 Sistemas domóticos cerrados o de propietarios 

Se trata de protocolos que pertenecen a una marca o a un fabricante concreto y, por tanto, sólo el fabricante puede realizar modificaciones y crear dispositivos con el mismo lenguaje de programación.

Sistemas domóticos abiertos o estándar

En los diferentes sistemas de automatización del hogar, el estándar es universal y es compatible con una amplia variedad de dispositivos.

En este sentido, no hay patentes que protejan el código del protocolo y, por tanto, cualquier fabricante puede desarrollar mejoras.     

Protocolo de comunicación domótico Z-Wave

Fig 9 Protocolo Z wave

El protocolo de automatización del hogar Z-Wave es un sistema de comunicación inalámbrica que funciona mediante comunicación por radiofrecuencia.

Está especialmente diseñado para utilizar herramientas de control, supervisión y análisis para entornos cerrados, como viviendas o centros comerciales.

Este tipo de sistema domótico funciona con tecnología de radiofrecuencia de baja potencia y es compatible con las redes de malla.

Funciona con la banda de frecuencia inferior a 1 Ghz, lo que la protege de las interferencias de las redes inalámbricas de 2,4 Ghz; Wifi, Bluetooth, ZigBee, entre otras.

Admite velocidades de hasta 100 kbps y es compatible con IPv6.

Protocolo domótico ZigBee

Fig 10 Protocolo de comunicación domótica ZigBee

En comparación con otros protocolos implantados en la domótica, ZigBee es un estándar.

Funciona con el estándar IEEE 802.15.4 para redes de área personal inalámbricas y WPAN.

Su principal objetivo es permitir que los controladores conectados a la red domótica funcionen con poco tráfico de datos para aumentar la duración de la batería.

La tecnología ZigBee es la que mejor funciona para el envío de información por su alcance de hasta 80 metros.

Su capa MAC está diseñada para soportar más de 64.000 nodos de red siempre que todos los sensores y/o actuadores tengan una dirección IEEE de 8 bytes.

Otra de sus características más representativas es que trabaja con las bandas libres ISM (Industrial, Scientific & Medical) de 2,4 Ghz, 868 Mhz y/o 915 Mhz.

Como el protocolo ZigBee tiene un identificador de red único, pueden coexistir hasta 16.000 redes diferentes en el mismo canal de comunicación y cobertura.

Protocolo domótico Modbus

En términos generales, el protocolo domótico Modbus funciona en una relación maestro-esclavo.

En este caso, la domótica es unilateral y recíproca. Para que un dispositivo funcione, debe enviar un mensaje y esperar a que el otro envíe una respuesta.

Por eso se habla de un protocolo de respuesta en solitario, donde el maestro es el principal responsable de iniciar cada actividad, normalmente a través de una HMI (Human Machine Interface) o un sistema SCADA.

El esclavo, por su parte, es un sensor o dispositivo que responde a través de un PLC (controlador lógico programable) o PAC (controlador de automatización programable).

Cada una de las peticiones y respuestas que se envían entre las dos partes está definida por los llamados niveles de protocolo.

Sin embargo, Modbus utiliza una base serial, lo que significa que no puede dividirse en varias capas.

Y aunque parezca un poco contradictorio, lo cierto es que este protocolo domótico utiliza las redes TCP/IP y UDP (User Datagrm Protocol) para separar el protocolo principal y poder definir la capa de red, la PDU (unidad de datos de protocolo) y finalmente controlar la ADU (unidad de datos de aplicación).

Protocolo de automatización del hogar BACnet h4

Comparado con cualquier otro método de transmisión de datos en red, el protocolo BACnet es uno de los más potentes del mercado.

Su uso más habitual es en edificios, e incluye elementos de climatización, iluminación, seguridad y ahorro de energía.

Creado por ASHRAE, funciona desde 2003 bajo la norma abierta ISO 16484-5, desarrollada para la automatización de edificios.

A diferencia de otros protocolos domóticos, incluye servicios como Who-Is, I-am, Who-Has y I-Have que se utilizan habitualmente para detectar objetos en las habitaciones.

También integra funciones como la ventilación, la refrigeración, la iluminación, el control de puertas y las cámaras.

Protocolo domótico KNX h4

El sistema KNX es un protocolo de red domótica que se ejecuta en el bus de datos de cableado, es un estándar abierto y especialmente diseñado para el control de la vivienda.

Su tecnología de transmisión KNX incluye radiofrecuencia, par trenzado, línea eléctrica, IP/Ethernet y muchas otras.

Mediante el cable de bus, se pueden conectar sensores y actuadores y gestionar todas las funciones de forma centralizada.

Generalmente utiliza dos tipos de software: el de gestión y el de control.

1.            El primero se utiliza para configurar los dispositivos conectados y manejarlos en ETS, un programa que se ejecuta en Windows.

– El software de control, por su parte, ofrece una interfaz donde se puede ver el estado de cada sensor o controlador, registrar eventos, crear tareas, ejecutar diagnósticos, entre otras funciones.

Admite sistemas de transmisión por cable e inalámbricos, par trenzado (TP), radiofrecuencia (RF), Ethernet (IP) y línea eléctrica (PL).

Protocolo domótico LonWorks h4

Inspirado en el protocolo abierto LonTalk, LonWorks es una plataforma de comunicación domótica diseñada para la gestión y automatización de edificios.

Funciona mediante sensores y actuadores interconectados por la tecnología LON (Local Operating Network), una red de controladores que permite el intercambio de datos en tiempo real y la ejecución de funciones de supervisión y control en diferentes medios de transmisión.

Su principal característica es su exclusivo bus que, gracias a la tecnología LON, permite que diferentes controladores y sensores coexistan en una única red común.

Su sistema es muy versátil, es compatible con diferentes integradores, redes, fabricantes, sensores y sistemas.

Con la tecnología LonWorks, todos estos controladores, actuadores y dispositivos pueden coexistir, es decir, luces, monitorización, aire acondicionado, seguridad, electrodomésticos y otros contadores comparten la misma información gracias a un detector de presencia.

Medios de transmisión utilizados en los sistemas de domótica h2

En los sistemas de domótica, un medio de transmisión de datos es el canal o la tecnología que permite que la información fluya entre dos dispositivos electrónicos.

Este intercambio de datos se genera por un medio físico o por un espectro intangible, en ambos casos cada transmisor funciona de forma diferente.

Transmisión por línea eléctrica o corriente portadora

La transmisión por línea eléctrica o tecnología X10 es un estándar de comunicación que se utiliza para transmitir datos entre dispositivos que forman parte de una red domótica en una casa que tiene una red eléctrica de 220V y/o 110V.

La red de transmisión X10 funciona a través de las distintas tomas de corriente de la casa. Originalmente, permite controlar el sistema de iluminación con funciones como: encender, apagar, regular, iluminar todo o apagar todo.

Normalmente se utiliza para conectar redes de comunicación domésticas, con Internet y el teléfono.

Suele emitir una señal codificada de baja frecuencia bajo la tensión del cableado eléctrico.

Transmisión por cable h3

Los medios de transmisión por cable se componen técnicamente de uno o varios cables diseñados para transportar información de un lugar a otro.

En este sentido, los cables utilizados en una red domótica se basan en la velocidad, la distancia, la fiabilidad y el tipo de conductor, entre otros aspectos.

Por ello, los medios de transmisión por cable son los más utilizados para crear sistemas de comunicación:

– El cable coaxial, el tipo de cable que utiliza señales de muy alta frecuencia, está formado por un núcleo sólido de cobre trenzado cubierto de materiales aislantes, una malla conductora y una cubierta de plástico.

– Un par trenzado, como su nombre indica, está formado por varios conductores de hilo de cobre trenzados para formar un único cable o conector. Más cable significa mejor rendimiento. Actualmente hay dos tipos de cable: UTP (Unshield Twisted Pair) y STP (Shield Twisted Pair).

Transmisión por fibra óptica

A diferencia de sus predecesores, la fibra óptica utiliza la luz confinada en una fibra de vidrio para transmitir datos, por lo que este cable puede enviar enormes cantidades de información en cuestión de segundos.

Esta tecnología funciona en dos modos de transmisión diferentes: multimodo y monomodo.

– El primer modo utiliza haces de luz que viajan constantemente por los distintos cables de fibra de vidrio hasta llegar al receptor.

– El monomodo, en cambio, se realiza con un diámetro de fibra menor y, por tanto, utiliza una fuente de luz más concentrada y limitada.

En ambos casos, los dos métodos de propagación de la luz siguen siendo mucho más rápidos que los medios convencionales de transmisión de datos.

Transmisión inalámbrica

Los medios de transmisión inalámbricos o no guiados no son más que canales de comunicación que utilizan un espectro o banda electromagnética para enviar datos de un extremo a otro.

En este sentido, existen varias tecnologías para instalar la domótica inalámbrica:

– Antena, que se utiliza desde hace décadas para enviar y recibir señales electromagnéticas. Es un dispositivo que utiliza la electricidad como medio para enviar señales de un punto a otro.

– Bluetooth. Tecnología que funciona mediante conexiones de radiofrecuencia que facilitan la transmisión de datos en diferentes formatos entre dos dispositivos.

– WiFi. Tecnología que utiliza un módem para permitir que varios dispositivos electrónicos se conecten simultáneamente y compartan información en tiempo real. – Infrarrojos. A pesar de su obsolescencia, funciona perfectamente para conectar transmisores o sensores y obtener una red domótica más económica.

Diseño distribuido o descentralizado: 

Este es el más simple de todos, ya que los kit domótica, sean sensores o actuadores, funcionan independientemente unos de otros. Esto trae como ventaja menores costes y la  casa domótica llegaría a manos de todos. Si te interesa experimentar con alguno de estos dispositivos, te invitamos que ingreses a nuestra tienda de afiliación con amazon tienda domotica. Ejemplo de estos sistemas:

Los sensores de presencia que se activan cuando transitamos por un pasillo o patio para encender las luces automáticamente.

Diseño centralizado:

Sistemas centralizados

Una central domótica recibe la información de los actuadores o los sensores, la central procesa esta información y la envía en forma de determinadas órdenes de control al sistema. En la mayoría de los casos suele ser la más compleja y costosa, debido a que se realiza con sistemas cableados. La automatización de casas con estos sistemas se realiza idealmente desde los inicios del proyecto del hogar. Normalmente son implementados por empresas de domotica.

Diseño mixto:

Esta es la complementación de la arquitectura distribuida con la arquitectura centralizada. Este diseño esta compuesto de varios pequeños dispositivos capaces de adquirir  y procesar la información de diversos sensores. La información es trasmitida al resto de los artefactos de la vivienda mediante una central domotica.

Por tanto son sistemas mucho más flexibles a la hora de la instalación, ya que son principalmente inalámbricos. La domótica para el hogar al alcance de todos, desde nuestro teléfono podemos controlar todos estos dispositivos. Con las app de domótica Android también conocidas como app de tecnología domótica. Mucho de estos artefactos los puedes encontrar en nuestra tienda domótica.