quinta-feira, 26 de setembro de 2019

DRAFT

SMARTER STREET LIGHTING SYSTEM FOR SMART CITIES

No Brasil a iluminação pública (IP) das vias é através de sensores fotovoltaicos que ligam as lâmpadas assim que anoitece e ao amanhecer quando há claridade o suficiente os sensores desligam as lâmpadas. A maioria das lâmpadas utilizadas na iluminação é a lâmpada de vapor de Sódio, e em algumas regiões já temos a utilização de lâmpadas LED, mas ainda em pequena escala comparado a quantidade de lâmpadas que existem na IP.
O método atual de controle de IP desperdiça energia, pois em algumas vias na madrugada o tráfego de veículo e pedestre chega a ser nulo e nesses períodos não haveria necessidade de iluminar com intensidade máxima a via por completo.
A ideia desse trabalho é propor uma forma de economizar energia através de um controle mais eficiente. Através de sensores podemos detectar os movimentos de veículos e pessoas, dessa forma, podemos propor que nos pontos onde não há movimento a Iluminação reduza ou desligue, e nos pontos onde o tráfego ocorre a iluminação esteja ligada. É importante que os sensores conversem entre si de forma que para o pedestre ou veículo, a iluminação esteja sempre ligada de forma que ele não sinta o ligar e desligar das luzes. Para isso é necessário que o sistema de controle se antecipe, verifique as rotas e já acione as lâmpadas por onde a pessoa deverá passar.
Para determinar a intensidade das lâmpadas podemos levar em consideração as fases da lua, como o ciclo completo leva um pouco mais de 29 dias, vamos propor no período de Lua Cheia diminuir a intensidade das lâmpadas em 25%, de forma a já economizar energia.
Será proposto utilizar lâmpadas LED, que além de serem mais econômicas, permitem o controle da intensidade de luminosidade. Dessa forma, podemos determinar pontos estratégicos onde mesmo que não ocorra tráfego, por segurança, a iluminação deverá ser apenas reduzida ao invés de desligada.
Vamos utilizar o Internet das Coisas (IoT), que e’ um conceito de um tecnológico em que objetos estão interconectados, de forma a aproveitar os sensores e informações de tráfego que já existentes nas vias. Uma boa forma é utilizar as câmeras de segurança já instaladas, que podem fornecer ao sistema de iluminação informação de presença de veículos, bicicletas ou pedestres.
Nos pontos onde for conveniente, podemos instalar pequenas placas solares e baterias, que servirão para alimentar a IP e o sistema de controle inteligente da iluminação.
Para um controle centralizado, seria necessário computadores, um sistema de comunicação e um backup de toda a central de controle, faria com que a implementação desse artigo não fosse viável, pois esse tipo de controle é bem mais caro.
A ideia é montar um controlador que acione as lâmpadas vizinhas (de uma mesma rede de IP), e a informação dessa rede será passada ao controlador da rede vizinha por rede sem fio. Dessa forma os custos não seriam tão elevados, e os controladores poderiam utilizar a própria rede de alimentação de IP já existente para trocar as informações.
Para um projeto piloto, será escolhido um alimentador para propor um algoritmo de controle da IP. Além disso, este sistema possui uma interface amigável de forma que o usuário não perceba a sua a diferença entre o sistema atual e o sistema proposto.   



FOCO NO TRABALHO:

[5] - Internet Of Things Based Intelligent Street Lighting System for Smart City - Parkash Tambare and Prabu Venkatachalam


RESUMO :

    A proposta do artigo é fornecer uma solução para o desperdício de energia elétrica de iluminação publica (IP) em lugares onde não há transito nem pessoas. Foi realizado um sistema para essa economia.
    Esse sistema controla a via por sensores de infravermelho, identificando quando há veículos ou quaisquer outros obstáculos na rua. O sensor aciona o controlador que liga ou desliga as lâmpadas na intensidade de iluminação correta para os objetos detectados no sensor. A mesma informação do sensor pode ser acessada e acionada pela Internet das Coisas.
    A luminosidade da via é baseada no uso e sua ocupação, ou seja, automatizando a classificação de pedestres versus ciclistas e automotivos.
    O modo de operação desse sistema pode estar em automático e manual.
    O gerenciamento inteligente propõe um sistema sem fio para rastrear e controlar remotamente consumo real de energia de IP e caso necessário tomar as medidas apropriadas de redução de consumo de energia.
    Foi usada a tecnologia GSM onde o sistema ligar e desligar pode ser acionado manualmente, onde a intensidade das lâmpadas é determinada automaticamente pelo sensor PIR na detecção de objetos.
    Todo o sistema é operado usando fonte de energia artificial chamada solar e com bateria reserva.
    Este sistema é apropriado para iluminação pública em áreas urbanas e rurais remotas, onde o tráfego é baixo ou quase nulo.

FERRAMENTAS UTILIZADAS
    MPLAB IDE: É um conjunto de ferramentas gratuita e integrado para o desenvolvimento de aplicativos incorporados nos Microchips Microcontroladores.
    IDE do Arduino: É um software de código aberto e facilita o código e o carrega no quadro. O ambiente é escrito em Java e antes de executar o Software IDE Java a ser instalado na máquina, esse software pode ser usado com qualquer placa Arduino.
    OrCAD este utilitário ajuda de projetar o esquema para implementar as rotas das conexões elétricas e outros diagramas de montagem de os componentes.


PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
    A arquitetura do sistema do sistema de IP inteligente consiste em sensores de infravermelho, microcontrolador LDR, PIC16F877A, Módulo de relé, UART e Wifi.
    Os LDR são dispositivos dependentes da luz cuja resistência diminui quando a luz cai. O veículo que passa pela luz da rua é detectado pelo sensor IR. O relé é usado como um interruptor para ligar / desligar a lâmpada da rua. 
    Um UART (Receptor / Transmissor Assíncrono Universal) é o microchip com programação que controla a interface do computador ao seu sistema de iluminação pública


CONCLUSÁO
  O protótipo foi implementado com sucesso e as informações do protótipo puderam ser acompanhadas em página da web, em tempo real apresentando o status da IP assim  como dados para o gerenciamento de consumo.
    O projeto “Sistema de iluminação inteligente inteligente baseado em IoT para cidades inteligentes” é uma ferramenta econômica, prática, amigável e permite  economizar energia. As informações sobre o status da iluminação das vias podem ser acessadas a partir de Qualquer tempo e qualquer lugar. O custo e a manutenção iniciais podem ser os inconvenientes deste projeto. 
FOCO NO TRABALHO:

5 lições aprendidas com a implantação de projetos tecnológicos.

1 – Questão moral e éticas. Noçao de responsabilidade: Mede o quanto alguém ou alguma coisa é responsável .  Informações com responsabilidade.

2 – Privacidade. Reciprocidade: Uma proteção total a privacidade é impossível (e talvez ate indesejável).  A população sabe que há câmeras espalhadas nas ruas, mas mesmo assim a reciprocidade deve ser aplicada aqui.

3 – Segurança. (Security)  Adaptabilidade  – Adaptar o comportamento de forma preventiva e pro ativa.

4 – IntegridadeCuradoria/Scrubbing – Embora seja uma característica humana é também usada na ciência da computação para as informações (dados). Ou seja, houve uma gestão dos dados, desde a coleta, a armazenagem e disponibilização para a utilização de forma correta, transparente e confiável. Garantia que estará disponível e adequado para uma utilização futura.

5 – Segurança. (Safety)Autonomia – Gestão de desastres executada de forma cooperativa e dinâmica. A questão aqui é ate que ponto nós vamos dar autonomia aos processos inteligentes para as adaptações sugeridas.

terça-feira, 24 de setembro de 2019

FOCO NO TRABALHO:

[4] - Intelligent Street Lights - Y M Jagadeesha, S Akilesha, S Karthika*, Prasantha

Resumo:

Esse artigo inclui inteligência em redes de iluminação já existentes. A ideia é diminuir a iluminação que normalmente é 100% ligada. Consequentemente economizando energia e reduzindo a emissão de CO2.
Os fatores considerados neste projeto são as fases da lua e o trafego das vias.  Consistem em sensor infravermelho, sensores PIR, controlador embutido (Arduino) de baixo custo e armazenamento.
O sistema adaptaria inteligentemente os níveis de iluminação com base nas condições climáticas e na densidade do tráfego. Esses níveis ou intensidade de iluminação serão ajustados dinamicamente através dos sensores e microcontroladores de acordo com a densidade de corrente.
Arquitetura:
Vários sensores IR e PIR colocados nas duas extremidades da via para detectar a densidade de transeuntes. Esses sensores são colocados de forma a transferirem as informações entre si. Os sensores se comunicam através da conexão com fio, pois é uma solução mais econômica e tem a capacidade de tempo real.
Cada parte consiste em sensores infravermelhos e PIR para detectar o fluxo. Dois sensores são usados para melhorar a precisão da detecção. Esses sensores são conectados ao microcontrolador no qual os dados são processados e os ajustes de níveis de iluminação são ajustados.
Sempre que um transeunte for identificado pelo sensor, ele se comunicará com luzes da rua vizinhas, que iluminarão ao redor. As luzes da rua escurecerão para baixo nível de tensão quando nenhuma atividade é identificada e clareia para o nível de alta tensão quando o movimento é detectado.



A figura 1 mostra o diagrama esquemático do sistema de iluminação pública com sensores IR e PIR na via.



A Figura 2 mostra o diagrama de blocos.

O diagrama de blocos consiste em vários subsistemas como Sensing Unit, Microcontroller unit e o Lighting system.
A Sensing Unit consiste em IR 9/23/2019 e sensores PIR para detectar o tráfego da pista.
O Microcontroller unit é conectado à unidade de detecção para ajustar o nível de intensidade da iluminação.
Toda a unidade é alimentada pelas baterias.
A unidade de detecção prescreverá na comunicação interna para a liberação de luzes ao longo do caminho.


Detecção e controle

·         Unidade de detecção 
A unidade de detecção consiste em sensores infravermelhos em cada lado da via que envia os dados ao microcontrolador. Os sensores são colocados em ambos os lados da via e essas unidades se comunicam entre si.

Quando uma pessoa é detectada na pista, ela ilumina seu ponto e também leva a informação de iluminar os pontos ao seu redor. De forma que a pessoa seja cercada por um círculo seguro de luz.
Nesse sistema, o microcontrolador permanece no modo de suspensão durante o dia e alterna para o modo ativo durante o período escuro. 

·         Controle através de inteligencia
A partir dos dados informados pelos sensores o controlador define suas ações, cujo fluxograma é apresentado na Fig. 3.
Se houver alguma informação de movimento, as luzes brilham com maior intensidade e se comunicam com sensor vizinho para que as lâmpadas próximas tenham a mesma reação.
Caso contrario, as luzes brilham com uma intensidade de 25% da original e se comunicam com vizinho para fazer a mesma operação. 
Se houver alguma informação de movimento, as luzes brilham com maior intensidade e se comunicam com sensor vizinho para que as lâmpadas próximas tenham a mesma reação.
Caso contrario, as luzes brilham com uma intensidade de 25% da original e se comunicam com vizinho para fazer a mesma operação.
A operação de contagem é realizada para detectar a lua cheia que ocorre a cada 30 dias. O contador é feito para funcionar sempre que atingir os múltiplos de 30 então a luz diminuirá para 25% do brilho original. Espera-se que na implementação desse sistema ocorra uma economia de 60%.
O controle da iluminação é alcançado individualmente para todos os sensores para uma melhor precisão.
Normalmente o sistemas de iluminação são de lâmpadas LED e de vapor de sódio.
Conceito de trabalho
Os sensores IR e PIR são instalados em ambos os lados das vias, com base no fluxo de movimento. Esses sensores estão conectados ao microcontrolador comum. Para uma única rua, um único microcontrolador é suficiente.
             O modelo de um pequeno sistema de IP é mostrado na Fig.4.
            
            

Resultados
O resultado inclui a operação bem-sucedida do sistema de iluminação pública. Reduz o desperdício de energia em horas não utilizadas. Este sistema controla a intensidade das luzes com base no tráfego da via.  

Conclusão
Este artigo apresenta um sistema inteligente de iluminação pública de baixo custo através de sensores para redução de eletricidade energia. Este sistema dinâmico foi experimentado através de sensores IR e PIR e as saídas são obtidas através do software de simulação proteus7.  





quinta-feira, 19 de setembro de 2019

Foco no trabalho:

Em processo de leitura dos artigos
[4] - Intelligent Street Lights - Y M Jagadeesha, S Akilesha, S Karthika*, Prasantha

[5] - Internet Of Things Based Intelligent Street Lighting System for Smart City - Parkash Tambare and Prabu Venkatachalam

[11]/Brochure Intelligent Smart City Lighting Control Sensor CMS Light Management
Foco no trabalho:

[6] Yoshiura, Noriaki & Fujii, Yusaku & Ohta, Naoya. (2013). Smart street light system looking like usual street lights based on sensor networks. 633-637. 10.1109/ISCIT.2013.6645937. - Link

RESUMO:

Smart street light system looking like usual street lights based on sensor networks
Autores:
Noriaki Yoshiura - Saitama University
Yusaku Fujii -Gunma University
Naoya Ohta - Gunma University

Hoje em dia a maior parte da iluminação pública, simplesmente liga ao escurecer e desliga ao amanhecer do dia. Com a preocupação com a eficiência no consumo de energia, seria interessante que as rodovias pudessem diminuir a intensidade ou ate desligar as lâmpadas nos momentos em que nao ha transito ou transeuntes nesta via.

A ideia do artigo é que através de sensores ( iluminacao, movimento, controle de trafego) as luzes desligue ou diminuam quando não há ninguém na rua. E que os sensores atuem próximos a suas localizações de forma que antes que o pedestre ou veículo entre na ruas as suas lâmpadas já esteja ligado com a intensidade normal, e que quando não houver mais nenhum pedestre ou veículo as lâmpadas LEDs reduzam a intensidade de forma que o usuário não perceba o que ocorreu.

Em geral os sistemas inteligentes de iluminação ja publicados, tem um controle centralizado. esse tipo de controle tem um custo mais elevado, pois precisam de um host de computadores e um sistema de comunicacao.

A ideia desse artigo é utilizar sensores que detectam o carro ou pedestre e já mandam o sinal para as lâmpadas mais a frente acenderem. ( metodo de rastreamento de pedestre)

Caracteristicas:

- FÁCIL INSTALAÇÃO
Nenhum computador host é necessário.
Deve ter a função de fácil instalação por atuar localmente

- BAIXO CUSTO
O objetivo é economizar energia e economizar custos

- ATUALIZAÇÃO FÁCIL
O firmware de sistemas inteligentes de iluminação pública deve ser atualizado facilmente.

- AUTO DIAGNOSTICO
Cada unidade registra as falhas

- PRIVACIDADE
Uma proposta é utilizar as cameras de seguranca como sensores das lampadas, porém deve-se tomar cuidado com a privacidade de veículos e pessoas que utilizam as ruas.

- SEGURANÇA
As luzes de rua inteligentes ou comuns nem sempre acende e portanto, a segurança pública pode piorar. O objetivo é manter a segurança.
Para manter a segurança pública, luzes da rua que estão na opinião de pedestres ou veículos, mas não perto deles deve ligar; se alguém se esconde atrás de algo para atacar pedestres ou veículos, pedestres ou veículos devem encontrá-lo para evitar o ataque. Ou seja as luzes destinadas a segurança dessa área devem acender.
Dificuldade de implementação para identificar as luzes destinadas a seguraça. pode ser manual, ou automaticamente por regioes.

Componentes:

LAMPADAS LEDs ajustável em potência
Lampada, sensor de movimento, dispositivo de comunicação e controlador.
-Liga por vários minutos quando um movimento é detectado na área definida por os sensores, incluindo seu próprio sensor. Em seguida, enviar a mensagem para outras unidades.
-Desliga ou reduz brilho para economizar energia elétrica quando não detecta movimento.

SENSORES
Consiste no sensor de movimento, dispositivo de comunicação e controlador.
- Enviar mensagem para outras unidades que detectou movimento. Esta unidade é colocada em vários locais, postes, portões da casa, cerca, dentro ou fora da porta, para garantir que todos os movimentos de pedestres e veículos sejam monitorados.

PONTO DE ACESSO
Consiste no dispositivo de comunicação e controlador.
É usado no caso em que a distância entre as unidades da lâmpada e as unidades do sensor for grande para se comunicar.
Quanto aos dispositivos de comunicação for curto o ZigBee, é apropriado.

Problemas

CONTROLE
Central
Cada ponto de luz não tem muita informação ou CPU, computadores host têm todas as informações para controlar a iluminação. Problema ocorre quando o computador falha, backups é um das soluções, mas localizar computadores host de backup e sincronização gera outros problemas.
Distribuido
Cada ponto de luz decide acender ou desligar

REDES
A proposta requer uma redes de sensores e o paper propoe usar o ZigBee que é baseado no IEEE 802.15.4 . 
O design da rede depende da forma de controle dos dispositivos inteligentes. 
No controle central, o tráfego da rede se torna centralizado nos computadores host e uma redução de tráfego na rede é necessária. 
No controle distribuído, existem algumas pesquisas de redes de sensores. Um objetivo das redes de sensores é coletar dados de muitos sensores via redes e para reduzir o tráfego de rede. Esse tema requer mais pesquisas.

MOMENTO DE LIGAR E DESLIGAR

o momento de ligar não é tão preocupante, porque basta que o sensor detecte o movimento e o controle deve ligar a lampada.
O problema está em quando desligar. nesse caso temos as opções abaixo:
Temporizador
Para cada ponto de iluminação teríamos um tempo diferente, pois a lâmpada deverá ficar ligada enquanto está na vista do pedestre ou veículo. Estimar esses tempos parece ser bem difícil.
Nao detectar mais movimento
O problema aqui está na falha dos sensores, podendo deixar lâmpadas desligadas devido a falta de movimento dos mesmos, o que nao significa que eles estejam ausentes.

Conclusao:

O artigo propõe o sistema que tem aparência de comum, mas é controlado por uma redes de sensores. Tem vários pontos positivos, mas é de difícil implementação. Os algoritmos propostos estão sendo desenvolvidos e testados.

Reference
[6] - Yoshiura, Noriaki & Fujii, Yusaku & Ohta, Naoya. (2013). Smart street light system looking like usual street lights based on sensor networks. 633-637. 10.1109/ISCIT.2013.6645937.

quinta-feira, 12 de setembro de 2019

Continuação ---- Cidades Inteligentes - Research Highlights - Visions Science Technology
VTT - Technical Research Centre of Finland [2] (Link)

SMART CITY DISTRIBUTED ENERGY:

Autores:
Miimu Airaksinen, Research Professor, miimu.airaksinen@vtt.fi
Other contributing authors:
Kari Mäki,
Janne Peltonen,
Daniel Pakkala

O setor de energia é atualmente o maior fonte de emissão de gases de efeito estufa em uma escala global. Mudanças revolucionárias são necessários no setor de energia para lidar com desafios futuros.
O uso de uma parcela maior de fontes renováveis de energia podem ajudar a encontrar um equilíbrio e reduzir emissões. Gerenciamento inteligente de energia é a chave para manter o bem-estar das pessoas sob a certeza da eficiência dos recursos. Aumentando a produção de energia eólica e solar
aumentará a importância da interoperabilidade inteligente, confiabilidade e controle dos sistemas, bem como possibilidades de usar opções como armazenamento de energia.

1- Highlights from the Smart Grids and Energy Systems programme

Autores:
Kari Mäki, Senior Scientist, kari.maki@vtt.fi
Other contributing authors:
Pekka Koponen,
Seppo Horsmanheimo

Programa de Pesquisa sobre Mercados de Energia e Energia (SGEM)

O SGEM atende diferentes sistemas de energia de forma eficiente. A smart Grid exige a integração de engenharia tradicional de sistemas de energia, ITC e comunicação para melhorar o monitoramento e controle do sistema e possibilitar novos negócios. O SGEM abrange visões a tópicos específicos, como gerenciamento de redes ativas, microrredes, integração de recursos de energia renovável, resposta à demanda, Arquiteturas de ITC, tecnologias de comunicação,entre outros.
O gerenciamento do lado da demanda é um facilitador para soluções econômicas e energeticamente eficientes para redes, mercados de energia, cidades inteligentes e comunidades. A abordagem ainda inclui geração distribuída, unidades de armazenamento, cargas controláveis, modelagem, previsão
e otimização das respostas de flexíveis a recursos energéticos.


2- Active distribution networks with full integration of demand and distributed resources

Autores:
Seppo Hänninen, Senior Scientist, Seppo.hanninen@vtt.fi

Nas Smart Grids os consumidores passaram a ser participantes importantes nos problemas de eficiência energética. todos os atores do sistema elétrico serão considerados.
Uma caixa de energia é usada para otimização, controle de aparelhos, distribuição energética e a interface com um agregador. O agregador é o mediador entre os consumidores e mercado.
A VTT foi responsável pelo desenvolvimento da caixa de ferramentas agregadora.
Mercados e contratos são usados para suprimento de energia, alívio de sobrecarga, congestionamento da rede, serviços de balanceamento, serviços auxiliares e serviços de modelagem de carga.
Testes realizados na Itália, Espanha e França com a modelagem proposta entre operadores, agregador e consumidores.

3- Integration of variable power generation into urban energy systems

Autores:
Juha Kiviluoma, Senior Scientist, juha.kiviluoma@vtt.fi

Com a crescente geração variável de PV e energia eólica foi verificada uma oportunidade para o planejamento energético. Essas energias nem sempre estão disponíveis e às vezes pode até haver um excedente.
Cidades inteligentes podem ajudar com o excedente que pode ser facilmente convertido em calor, as cidades usam grandes quantidades de calor e calor é relativamente barato para armazenar.
Aquecedores elétricos ou bombas de calor com o armazenamento de calor também pode permitir mais flexibilidade na operação de usinas combinadas de calor e energia.

Otimiza os investimentos e operação de sistemas de energia e redes de aquecimento urbano.
A pesquisa até agora demonstrou o possível valor do uso flexível do calor no distrito em redes de aquecimento. É necessária mais pesquisa para analisar as opções de nível doméstico para armazenar calor em tanques de caldeira de água quente dedicados ou em edifícios inteligentes.

4- Future district heating solutions for residential districts

Autores:
Krzysztof Klobut, Senior Scientist, Krzysztof.klobut@vtt.fi
Other contributing authors:
Jorma Heikkinen,
Miika Rämä

De acordo com o objetivo da UE, todos os novos edifícios devem ter quase zero de energia para o aquecimento urbano. Possíveis soluções para o aquecimento urbano para atender aos desafios devido a essa tendência estão sendo explorados.
Os requisitos para soluções com quase zero consumo de energia implicar uma geração de energia renovável no local e armazenamento, inclusive solar.

Foram feitas simulações que mostraram que coletores solares em pequenas casas aquecidas de um distrito podem ajudar a economizar aproximadamente 50% da energia necessária para aquecer a água quente sanitária no clima finlandês.

5- Smart metering cyber security

Autores:
Pekka Savolainen, Principal Scientist, pekka.savolainen@vtt.fi
Other contributing authors:
Pekka Koponen,
Janne Sarsama

Um projeto foi realizado pela VTT e pelas principais partes interessadas para esclarecer a posição de segurança cibernética da medição inteligente de consumo de eletricidade na Finlândia.

Requisitos da legislação da Finlândia

  • A liquidação dos consumidores deve basear-se em consumo real, com intervalos de medição horária;
  • Os dados de consumo devem ser simultaneamente disponível para todos os agentes de mercado autorizados;
  • A medição inteligente deve permitir o gerenciamento de carga e operações de gestão.

A medição inteligente pode fornecer outros sistemas com dados de tensão e interrupção, comutação remota, operações de controle de carga, status on-line de instalações do medidor e condição operacional, atualização remota da configuração do medidor e software.
O operador do sistema de distribuição (DSO) é responsável por medição inteligente e segurança cibernética.



O trabalho, incluindo recomendações para ação adicional para desenvolvedores de medição inteligente DSOs, ajuda os responsáveis a criar uma linha de base firme para medição inteligente confiável.

Resultados disponiveis em Savolainen, P. et al. AMM Tietoturva, VTT-CR-08759-13. 55 p. (11 Dec 2013) http://energia.fi/sites/default/files/amm_tietoturvaselvitys_ja_roadmap_v10_0.pdf