ES1297468U - Sistema para analizar la calidad del aire en interiores - Google Patents
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Abstract
Sistema para analizar la calidad del aire interior en locales caracterizado por que comprende: - una puerta de enlace LoRa (10) configurada para establecer una primera comunicación inalámbrica (14) con una pluralidad de sensores inalámbricos en una zona de cobertura y para establecer una segunda comunicación inalámbrica (13) con un servidor central; - una pluralidad de sensores inalámbricos (11) de calidad del aire dispuestos en el interior de una pluralidad de locales sensorizados dentro de la zona de cobertura, configurados para obtener medidas de calidad del aire y enviar las medidas a través de la primera comunicación inalámbrica (14) a la puerta de enlace LoRa; - un servidor central (12) configurado para recibir, a través de la segunda comunicación inalámbrica, las medidas de calidad del aire desde la puerta de enlace LoRa; - una base de datos alojada en el servidor central, configurada para almacenar las medidas recibidas de calidad del aire junto a un identificador único asignado a cada sensor; - un código bidimensional dispuesto en el exterior de cada local sensorizado, donde el código bidimensional codifica el identificador único asignado al sensor dispuesto en cada local; y - un dispositivo móvil con medios de lectura de códigos bidimensionales, configurado para leer el código bidimensional dispuesto en el exterior del local y acceder, mediante una conexión de Internet, a las medidas de calidad del aire almacenadas en la base de datos asociadas al identificador único codificado en el código bidimensional leído.
Description
DESCRIPCIÓN
SISTEMA PARA ANALIZAR LA CALIDAD DEL AIRE EN INTERIORES
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere al campo técnico de la monitorización de la calidad del aire y más concretamente a sistemas para desplegar redes inalámbricas capaces de analizar la calidad del aire interior de un local y compartir información actualizada con los usuarios antes de acceder al local.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Actualmente, la calidad del aire en interiores es una información extremadamente valiosa para los ciudadanos en cualquier contexto, pero en epidemias o pandemias con transmisión área, conocer esta información se torna casi imprescindible para los ciudadanos antes de acceder a un determinado local.
Los niveles de CO2 y su concentración en interiores están aceptados como uno de los principales indicadores de la calidad del aire por su relación directa con la ventilación del ambiente interior, fundamental por ejemplo para evitar contagios por COVID 19 según la NTP 549.
Los sensores de CO2, así como otros de humedad o temperatura, forman parte del estado del arte desde hace tiempo, transmitiendo sus mediciones mediante conexión a una red WiFi, incorporando una tarjeta telefónica, una conexión cableada o directamente incorporando una pantalla para ofrecer la información in situ.
No obstante, uno de los problemas que presentan estos equipos del estado del arte para medir las concentraciones de CO2 es que necesitan pagar conexiones en cada punto de instalación o hacer lecturas manuales. Respecto a las redes de transmisión de datos que se plantean en el estado del arte, en general las que tienen amplias coberturas como la red GSM, 4 ó 5 G requieren pagos mensuales que en la práctica las hacen casi inviables económicamente.
Por otro lado, existe la posibilidad de utilizar puntos de cobertura WiFi, pero obviando que también requiere pagos mensuales, el principal escollo es que requieren una configuración uno a uno de los sensores. El despliegue, por tanto, no es práctico ya que requiere la intervención de un técnico con acceso a la WiFi local, lo que deriva por otro lado en un problema de seguridad al compartir las claves que, si vuelven a cambiarse para preservar la seguridad, obliga a reconfigurar nuevamente los sensores.
Por tanto, se echa en falta en el estado del arte una solución práctica, flexible y escalable para medir la calidad del aire en interiores y que además esta información sea accesible para los ciudadanos de una manera sencilla antes de acceder a un local, sirviendo así de protección frente a enfermedades como el COVID19.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados anteriormente, la presente invención describe, en un primer aspecto un sistema para analizar la calidad del aire interior en locales, que comprende:
- una puerta de enlace LoRa configurada para establecer una primera comunicación inalámbrica con una pluralidad de sensores inalámbricos en una zona de cobertura y para establecer una segunda comunicación inalámbrica con un servidor central;
- una pluralidad de sensores inalámbricos de calidad del aire dispuestos en el interior de una pluralidad de locales sensorizados dentro de la zona de cobertura, configurados para obtener medidas de calidad del aire y enviar las medidas a través de la primera comunicación inalámbrica a la puerta de enlace LoRa;
- un servidor central configurado para recibir, a través de la segunda comunicación inalámbrica, las medidas de calidad del aire desde la puerta de enlace LoRa;
- una base de datos alojada en el servidor central, configurada para almacenar las medidas recibidas de calidad del aire junto a un identificador único asignado a cada sensor;
- un código bidimensional dispuesto en el exterior de cada local sensorizado, donde el código bidimensional codifica el identificador único asignado al sensor dispuesto en cada local; y
- un dispositivo móvil con medios de lectura de códigos bidimensionales, configurado para leer el código bidimensional dispuesto en el exterior del local y acceder, mediante una conexión de Internet, a las medidas de calidad del aire almacenadas en la base datos asociadas al identificador único codificado en el código bidimensional leído.
En una de las realizaciones de la invención, la primera comunicación inalámbrica es una transmisión en la frecuencia de 868Mhz usando tecnología LoRa. En otras realizaciones se contempla utilizar la banda de frecuencia de 433 Mhz o 915Mhz para adaptarse al espectro disponible en diferentes territorios.
La segunda comunicación inalámbrica se contempla que se establezca bajo protocolo IP sobre una red de telecomunicación de un proveedor de servicios de telecomunicación. Así, ventajosamente, se centralizan los datos de miles de sensores en una única puerta de enlace, y sólo es necesario conectar dicha puerta a Internet para que todos ellos puedan compartir sus datos con el servidor central.
Los sensores inalámbricos son, preferiblemente sensores de largo alcance y bajo consumo implementados con tecnología LoRa.
De acuerdo a una de las realizaciones de la invención, los sensores inalámbricos son sensores de al menos uno de los siguientes parámetros: dióxido de carbono, humedad y temperatura. Así, ventajosamente se puede establecer una relación directa entre la calidad del aire y ventilación del local basándose en las medidas de uno, dos o todos los parámetros anteriores. En una realización particular se establecen umbrales para cada uno de los parámetros para hacer una diferenciación gruesa del nivel de calidad del aire y ventilación entre buena o mala. Por ejemplo el umbral de humedad puede fijarse en un 30% de humedad, el de temperatura en 30 grados y el de concentración de CO2 en 700 ppm.
La base de datos se contempla que sea una de código abierto y específicamente desarrollada para manejar grandes series temporales de datos. Específicamente, en una de las realizaciones se implementa la base de datos InfluxDB® u otra base de datos similar, con una interfaz de usuario adaptada para visualizar las medidas recogidas por los sensores. Adicionalmente, la base de datos se configura, en una de las realizaciones, para almacenar una marca temporal asociada a cada medida recibida.
En la presente invención, los códigos bidimensionales se contempla que sean códigos QR, los cuales son codificados con la información del identificador único asignado a un sensor. Así, ventajosamente, los usuarios pueden capturar el código QR desde sus teléfonos
móviles antes de acceder a un local y recibir automáticamente la información de la calidad del aire interior en su pantalla, a través de una conexión de internet entre el teléfono y el servidor central que almacena los datos.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un método para analizar la calidad del aire interior en locales que comprende los siguientes pasos:
- disponer una pluralidad de sensores de calidad de aire en el interior de unos locales sensorizados;
- obtener unas medidas de calidad del aire interior, por la pluralidad de sensores;
- establecer una primera comunicación inalámbrica entre la pluralidad de sensores y una puerta de enlace LoRa;
- enviar las medidas a través de la primera comunicación inalámbrica a la puerta de enlace LoRa;
- establecer una segunda comunicación inalámbrica entre la puerta de enlace y un servidor central;
- almacenar las medidas en una base de datos alojada en el servidor central, donde las medidas se almacenan asociadas con un identificador único asignado a cada sensor;
- codificar cada identificador en un código bidimensional;
- disponer los códigos bidimensionales en el exterior de cada local sensorizado;
- leer, por un dispositivo móvil, el código bidimensional dispuesto en el exterior de un local sensorizado; y
- acceder, por el dispositivo móvil, a las medidas de calidad del aire almacenadas en la base datos asociadas al identificador único codificado en el código bidimensional leído.
En una de las realizaciones de la presente invención, establecer la primera comunicación inalámbrica comprende transmitir por radiofrecuencia en frecuencia 868Mhz. En otras realizaciones, usando también tecnología LoRa las bandas de frecuencias utilizadas pueden ser 433 Mhz o 915Mhz para adaptarse a las restricciones de ciertos territorios.
En una de las realizaciones de la presente invención, establecer la segunda comunicación inalámbrica comprende establecer una conexión IP mediante una red inalámbrica de telecomunicación proporcionada por un proveedor de servicios de telecomunicación.
De acuerdo a una de las realizaciones de la invención, obtener unas medidas de calidad del aire interior comprende obtener una medida de la concentración de dióxido de carbono, por un sensor de dióxido de carbono, una medida de temperatura, por un sensor de temperatura y una medida de humedad, por un sensor de humedad. Así, ventajosamente, la calidad del aire se analiza en función de uno o varios de los parámetros anteriores.
Adicionalmente, en una de las realizaciones de la invención, almacenar las medidas en la base de datos además comprende añadir una marca temporal a cada medida almacenada.
La presente invención puede implementarse, por tanto, mediante tecnologías abiertas y gratuitas, lo que hace factible la colocación de cuantos sensores se desee sin generar gastos mensuales apreciables, al necesitar mínimos puntos de conexión a Internet de la banda 868Mhz LoRa para cubrir amplias zonas. A modo de ejemplo, una ciudad como Ponferrada gozaría de cobertura completa con tan solo dos puertas de enlace "gateways”.
La arquitectura de la presente invención basada en sensores con transmisión LoRa, dentro del concepto del Internet de las Cosas, permite generar un ecosistema que abarca igualmente núcleos urbanos y rurales, salvando las dificultades que existían hasta la fecha. Esta arquitectura de red, combinada con la aplicación software específicamente diseñada y los códigos QR dispuestos en los locales, generan un ecosistema absolutamente ventajoso para el control de la calidad del aire interior, especialmente relevante para el COVID 19 en entornos masivos como ciudades o pueblos.
Otra de las grandes ventajas que aporta la presente invención se deriva de que la transmisión por radio LoRa a 868 Mhz ofrece una cobertura muy amplia, lo que permite prescindir de redes WiFi u otro tipo de conexiones, cuyo coste mensual es importante, por un único punto de conexión, situado en un lugar estratégico como puede ser una montaña cercana, que cubra el entorno de los sensores.
Con las soluciones del estado del arte, cada uno de los sensores instalados en una red obligaba al pago del punto de conexión o disponer de ellos para introducirlo en internet, pagando cada mes por todos y cada uno de esos puntos, sin embargo, el sistema de la presente invención optimiza unos pocos puntos de conexión situados estratégicamente, lo que lo hace más eficiente, flexible, escalable, sencillo y económico.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización de la misma, se acompaña un conjunto de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado las siguientes figuras:
- La figura 1 representa una arquitectura de red de una realización de la invención.
- La figura 2 representa un ejemplo de la información a la que puede acceder un usuario de la invención.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La presente invención divulga un método y un sistema para analizar la calidad del aire interior de un local apoyándose en el uso de sensores de CO2, humedad y temperatura en un entorno de trabajo LoRa y con una aplicación software específicamente diseñada para dispositivos móviles, que permite a los usuarios realizar una lectura de un código QR (u otro código bidimensional) colocado en la entrada de cada local sensorizado y acceder así directamente a los niveles de calidad del aire y ventilación del local que han registrado los sensores previamente.
La figura 1 representa un esquema básico de una realización preferente, donde siguiendo una arquitectura de red en estrella se despliega una puerta de enlace 10 “gateway a la que se conectan inalámbricamente por medio de tecnología LoRa 14 una pluralidad de sensores 11 de CO2, temperatura y humedad dispuestos en diferentes locales, dentro del rango de alcance de la puerta de enlace, en los que se quiere analizar la calidad del aire interior. La puerta de enlace se conecta a su vez a un servidor central 12, por medio de una conexión inalámbrica 13, implementada mediante IP estándar, ya sea por una tarjeta telefónica o formando parte de una red de datos.
La arquitectura básica puede escalarse con más puertas de enlace para aumentar el rango de alcance, lo que resulta en una red de redes en estrella. La mayoría de las ciudades no precisan más de una o dos puertas de enlace para contar con una cobertura total.
La tecnología inalámbrica LoRa escogida para la red de comunicaciones de la presente invención, permite comunicaciones a larga distancia y bajo consumo que llegan a cubrir un área de entre 10 y 20 kilómetros alrededor de la puerta de enlace. Por tanto, es preferible situar la puerta de enlace 10 en un lugar estratégico que facilite la mayor cobertura posible, como por ejemplo, en algún terreno elevado que cubra la zona a sensorizar.
Las comunicaciones entre la puerta de enlace y los sensores distribuidos en los locales en los que pretende monitorizarse la calidad de su aire interior se realiza mediante ondas de radio en frecuencia 868Mhz típica de la tecnología LoRa, aunque en función de la región de despliegue esta comunicación puede variar su banda de frecuencia, como por ejemplo a la frecuencia 915Mhz en Estados Unidos o 433Mhz en Asia.
Los sensores de dióxido de carbono (CO2), temperatura y humedad dispuestos en los locales a monitorizar, miden la concentración de CO2 en el aire, la temperatura y la humedad del aire interior del local, dando una medida de la calidad del aire. Preferiblemente los sensores se colocan en el interior del local, pero apartados de los lugares en los que circula el aire para obtener resultados más fiables de las condiciones ambientales. La alimentación de los sensores proviene de baterías de larga duración integradas en los propios sensores, aunque en otras realizaciones se contemplan sensores alimentados por baterías extraíbles. En cualquiera de los casos, estos sensores de bajo consumo integrados en la red LoRa de baja potencia de la presente invención, tienen un consumo energético muy bajo que garantiza su funcionamiento durante años.
Las medidas registradas por cada uno de los sensores de calidad de aire dispuestos en los locales, son transmitidas a la puerta de enlace en una frecuencia de trabajo de 868Mhz utilizando una modulación CSS propia de la red LoRa. Los sensores llevan asociado cada uno de ellos un identificador único asignado, que también es transmitido junto con las medidas y una marca temporal.
La puerta de enlace recibe información de todos los sensores conectados y la reenvía a un servidor central por medio de su conexión de Internet. El servidor central aloja una base de datos, por ejemplo InfluxDB®, que almacena las series temporales registradas por cada uno de los sensores y las mantiene disponibles para su acceso desde una aplicación software específicamente diseñada.
En el servidor central, se incluye un módulo de visualización para procesar las mediciones recibidas y generar una información visual que mostrar a los usuarios que accedan mediante la aplicación software.
El acceso de los usuarios a la información almacenada en la base de datos del servidor central para conocer datos de la calidad del aire de un local determinado, se realiza mediante la lectura, mediante un dispositivo móvil como un teléfono smartphone, de un código QR colocado visiblemente en el acceso al local. En el código QR se ha codificado previamente el identificador único de los sensores del local, por lo que la lectura de dicho código mediante el teléfono móvil del usuario da acceso inmediato a la información de la calidad del aire registrada por los sensores de ese local. La información se presenta a través de la aplicación software que previamente los usuarios han descargado en su teléfono móvil, como puede verse en el ejemplo de la figura 2, donde en la pantalla de visualización de su teléfono móvil 20 aparece una gráfica 21 con el histórico de la última semana y los niveles actuales de CO222 (medido en partículas por millón), temperatura 23 y humedad 24.
El sistema de la presente invención se implementa preferiblemente en redes abiertas de uso público. La tecnología LoRa, las bases de datos InfluxDB o similares y la elección de códigos bidimensionales QR, facilitan la ampliación de la red y la incorporación de cuantos sensores se desee, sin necesidad de reconfiguraciones, pagos, ni previsiones en su despliegue, ya que una única puerta de enlace puede dar servicio a miles de sensores.
El procedimiento que se sigue en una de las realizaciones preferentes de la presente invención comienza con el despliegue de una puerta de enlace en un lugar seleccionado estratégicamente para garantizar un área de cobertura sobre los locales que eventualmente van a ser sensorizados. A continuación, se colocan sensores inalámbricos LoRa medidores de la calidad del aire, preferiblemente sensores de CO2, humedad y temperatura, en los locales que van a ser monitorizados. La ubicación de los sensores en el interior de los locales evita, preferiblemente, zonas de gran circulación de aire para no desvirtuar las medidas. Los sensores realizan periódicamente medidas de la calidad del aire, por ejemplo de concentración de dióxido de carbono, de temperatura y de humedad, se encriptan las medidas y se transmiten usando tecnología LoRa en una frecuencia 868Mhz a la puerta de enlace, junto con un identificador único asignado a cada sensor. Desde la puerta de enlace
se establece una comunicación inalámbrica, a través de Internet, con un servidor central, que almacena en una base de datos las medidas obtenidas por los sensores asociadas con el identificador único de cada sensor, resultando así unas series temporales de datos. Estas series temporales permanecen accesibles en el servidor central para los usuarios de la aplicación software específica.
En la presente invención se asume que los usuarios han descargado previamente la aplicación software específicamente desarrollada en sus teléfonos móviles como requisito para acceder a la información de la calidad del aire interior almacenada en el servidor central. Así, un usuario que va acceder a un local, encuentra en un punto fácilmente visible y cercano al acceso del local, un código QR que almacena el identificador único de los sensores colocados en dicho local. El usuario abre la aplicación en su teléfono móvil y realiza una captura del código QR utilizando la cámara del teléfono móvil. La lectura del código por la aplicación enlaza directamente con el servidor central a través de una conexión por Internet, accediendo y mostrando en la pantalla del teléfono móvil la información de calidad del aire almacenada en la base de datos del servidor central para el local asociado al identificador único codificado en el código QR.
La presente invención no debe verse limitada a la forma de realización aquí descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el ámbito de la invención queda definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (9)
1. Sistema para analizar la calidad del aire interior en locales caracterizado por que comprende:
- una puerta de enlace LoRa (10) configurada para establecer una primera comunicación inalámbrica (14) con una pluralidad de sensores inalámbricos en una zona de cobertura y para establecer una segunda comunicación inalámbrica (13) con un servidor central;
- una pluralidad de sensores inalámbricos (11) de calidad del aire dispuestos en el interior de una pluralidad de locales sensorizados dentro de la zona de cobertura, configurados para obtener medidas de calidad del aire y enviar las medidas a través de la primera comunicación inalámbrica (14) a la puerta de enlace LoRa;
- un servidor central (12) configurado para recibir, a través de la segunda comunicación inalámbrica, las medidas de calidad del aire desde la puerta de enlace LoRa;
- una base de datos alojada en el servidor central, configurada para almacenar las medidas recibidas de calidad del aire junto a un identificador único asignado a cada sensor;
- un código bidimensional dispuesto en el exterior de cada local sensorizado, donde el código bidimensional codifica el identificador único asignado al sensor dispuesto en cada local; y
- un dispositivo móvil con medios de lectura de códigos bidimensionales, configurado para leer el código bidimensional dispuesto en el exterior del local y acceder, mediante una conexión de Internet, a las medidas de calidad del aire almacenadas en la base datos asociadas al identificador único codificado en el código bidimensional leído.
2. Sistema de acuerdo a la reivindicación 1 donde la primera comunicación inalámbrica es una transmisión en la frecuencia de 868Mhz.
3. Sistema de acuerdo a cualquier de las reivindicaciones anteriores donde la segunda comunicación es un comunicación IP sobre una red de telecomunicación de un proveedor de servicios de telecomunicación.
4. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde los sensores inalámbricos son sensores de largo alcance y bajo consumo con tecnología LoRa.
5. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde los sensores inalámbricos son sensores de al menos uno de los siguientes parámetros: dióxido de carbono, humedad y temperatura.
6. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la base de datos es una base InfluxDB configurada para almacenar series temporales de datos y visualizar dichos datos desde una interfaz de usuario adaptada.
7. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la base de datos está configurada además para almacenar una marca temporal asociada a cada medida recibida.
8. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el código bidimensional en un código QR que contiene la información del identificador único asignado a un sensor.
9. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el dispositivo móvil comprende unos medios de visualización configurados para mostrar información basada en las medidas de calidad del aire.
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