Cómo construir un controlador climático inteligente para un pabellón al aire libre

Crea una solución innovadora de IoT que transforma los pabellones al aire libre en refugios con control climático. Este proyecto combina sensores, controles automatizados y una aplicación móvil fácil de usar para gestionar la temperatura, la iluminación y el ambiente, asegurando la comodidad y la eficiencia energética durante todo el año en los espacios de vida al aire libre.

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Resumen Simple

Construir un sistema de control climático inteligente para pabellones al aire libre que ajuste automáticamente la temperatura, la iluminación y el ambiente para lograr la máxima comodidad y eficiencia energética.

Documento de Requisitos del Producto (PRD)

Objetivos:

Desarrollar un sistema de control climático inteligente para pabellones al aire libre
Crear una aplicación móvil fácil de usar para el control y monitoreo remoto
Implementar automatización eficiente en energía para temperatura e iluminación
Garantizar una integración fluida con las estructuras de los pabellones existentes

Publico objetivo:

Propietarios de viviendas con espacios de vida al aire libre
Negocios de hospitalidad (hoteles, restaurantes con asientos al aire libre)
Organizadores de eventos y gestores de recintos

Características clave:

Control de temperatura (calefacción y refrigeración)
Sistema de iluminación automatizado
Ajustes sensibles al clima
Monitoreo y optimización del consumo energético
Aplicación móvil para control y programación remota
Integración con ecosistemas de hogar inteligente (p. ej., Google Home, Amazon Alexa)

Requisitos de usuario:

Interfaz de aplicación móvil intuitiva
Datos climáticos en tiempo real y estadísticas de consumo energético
Ajustes predeterminados personalizables para diferentes ocasiones
Alertas para condiciones climáticas extremas
Capacidades de control por voz

Flujos de Usuario

Configuración inicial:
- Instalar los componentes de hardware en el pabellón
- Descargar la aplicación móvil y crear una cuenta de usuario
- Conectar la aplicación al sistema de control del pabellón
- Establecer las preferencias y programaciones iniciales
Uso diario:
- Abrir la aplicación para ver las condiciones actuales del pabellón
- Ajustar manualmente la temperatura o la iluminación si se desea
- Activar/desactivar los modos automatizados
- Ver los informes de consumo energético
Preparación para eventos especiales:
- Crear un nuevo ajuste predeterminado en la aplicación
- Establecer la temperatura y la iluminación deseadas para el evento
- Programar el ajuste predeterminado para que se active a una hora específica
- Monitorear y ajustar los ajustes durante el evento según sea necesario

Especificaciones Técnicas

Hardware: Raspberry Pi 4 para la unidad de control central
Sensores: DHT22 (temperatura/humedad), TSL2591 (luz), BME280 (presión)
Actuadores: Termostatos inteligentes, controladores de luces LED, controles motorizados de persianas
Backend: Node.js con el framework Express.js
Base de datos: MongoDB para el almacenamiento de datos y ajustes de usuarios
Aplicación móvil: React Native para desarrollo multiplataforma
API: API RESTful para la comunicación entre la aplicación y la unidad de control
Autenticación: JWT para una autenticación de usuario segura
Protocolo IoT: MQTT para una comunicación eficiente de los dispositivos
Plataforma en la nube: AWS IoT Core para una gestión escalable de dispositivos

Puntos de API

POST /api/users/register
POST /api/users/login
GET /api/gazebo/status
POST /api/gazebo/control
GET /api/energy/usage
POST /api/presets
GET /api/weather

Esquema de Base de Datos

Usuarios:

id: ObjectId
email: String
password: String (con hash)
name: String
gazeboId: ObjectId

Ajustes del pabellón:

id: ObjectId
userId: ObjectId
currentTemp: Number
targetTemp: Number
lightingLevel: Number
energyUsage: Number

Ajustes predeterminados:

id: ObjectId
userId: ObjectId
name: String
temperature: Number
lighting: Number
schedule: Date

Estructura de Archivos

/smart-gazebo-controller
  /hardware
    gazebo_controller.py
    sensor_manager.py
    actuator_manager.py
  /backend
    /src
      /routes
      /controllers
      /models
      /middleware
      app.js
    package.json
  /mobile-app
    /src
      /components
      /screens
      /services
      /utils
    App.js
  /docs
    API_SPEC.md
    SETUP_GUIDE.md
  README.md

Plan de Implementación

Configuración del hardware (2 semanas)
- Ensamblar y configurar el Raspberry Pi
- Instalar y probar los sensores y actuadores
- Desarrollar scripts de control básicos
Desarrollo del backend (3 semanas)
- Configurar el entorno Node.js
- Implementar los endpoints de la API
- Crear modelos y conexiones de base de datos
- Desarrollar la lógica central para el control climático
Desarrollo de la aplicación móvil (4 semanas)
- Diseñar la interfaz de usuario/experiencia de usuario
- Implementar la autenticación de usuarios
- Desarrollar las pantallas y funcionalidades principales de la aplicación
- Integrar con la API del backend
Integración IoT (2 semanas)
- Configurar AWS IoT Core
- Implementar la comunicación MQTT
- Garantizar una conectividad segura de dispositivo a nube
Pruebas y refinamiento (2 semanas)
- Realizar pruebas exhaustivas del sistema
- Realizar auditorías de seguridad
- Optimizar el rendimiento y la eficiencia energética
Documentación e implementación (1 semana)
- Finalizar la documentación técnica y para usuarios
- Preparar los scripts y procedimientos de implementación

Estrategia de Despliegue

Implementación del hardware:
- Crear una guía de instalación para el hardware del pabellón
- Desarrollar un proceso de calibración para los sensores
Implementación del backend:
- Usar Docker para la containerización
- Implementar en AWS Elastic Beanstalk para escalabilidad
- Configurar MongoDB Atlas para la gestión de la base de datos
Implementación de la aplicación móvil:
- Enviar a la App Store de Apple y la Google Play Store
- Implementar una canalización de CI/CD usando Fastlane
Monitoreo y mantenimiento:
- Configurar AWS CloudWatch para el monitoreo del sistema
- Implementar procedimientos automatizados de respaldo y recuperación ante fallos
- Establecer un programa regular de actualizaciones y mantenimiento

Justificación del Diseño

El controlador inteligente del pabellón está diseñado con modularidad y escalabilidad en mente. El uso de un Raspberry Pi como unidad de control central ofrece un equilibrio entre potencia y flexibilidad. La elección de Node.js para el backend permite manejar eficientemente las conexiones concurrentes, crucial para las aplicaciones de IoT. React Native se selecciona para la aplicación móvil para garantizar una experiencia de usuario coherente en plataformas iOS y Android. Se emplea el protocolo MQTT por su naturaleza ligera, lo que lo convierte en ideal para la comunicación de dispositivos IoT. AWS IoT Core se elige por sus sólidas características de seguridad y su integración fluida con otros servicios de AWS, proporcionando una base sólida para la expansión futura del ecosistema de hogar inteligente.