Uso de una Raspberry Pi como pasarela BMS

Contexto del proyecto

Una universidad que deseaba modernizar sus infraestructuras emprendió un proyecto para automatizar y centralizar la gestión de sus edificios mediante una solución económica y personalizable. El objetivo principal es mejorar la eficiencia energética, garantizar un confort óptimo para los estudiantes y el personal y optimizar los costes de explotación. Para ello, la universidad optó por utilizar Raspberry Pi como pasarelas BMS (sistema de gestión técnica de edificios).

Reto

Los edificios de la universidad, que en su mayoría datan de la década de 1980, disponen de sistemas variados y obsoletos para la gestión de la iluminación, la calefacción, la climatización y la seguridad. Cada edificio funciona de forma autónoma, lo que hace imposible una gestión centralizada.

Objetivos

1. Crear una solución centralizada para supervisar y controlar todos los edificios.
2. Utilizar protocolos estándar como Modbus, BACnet, SNMP, Zigbee y MQTT para interconectar los sistemas existentes.
3. Optimizar el consumo de energía y reducir los costes de explotación.
4. Ofrecer una interfaz intuitiva para la gestión de los equipos en tiempo real.

Solución propuesta: Raspberry Pi como pasarela BMS

La elección de la Raspberry Pi se basa en varios factores clave:

• Coste asequible : Una pasarela Raspberry Pi cuesta unas 10 veces menos que un servidor dedicado.
• Interopérabilité : Compatible con los principales protocolos utilizados en la gestión de edificios.
• Flexibilidad : Capacidad para integrar sensores modernos y antiguos mediante adaptadores.
• Escalabilidad : Posibilidad de añadir nuevas funciones según las necesidades futuras.

Desarrollo del proyecto

Paso 1: Instalación de las pasarelas Raspberry Pi

Cada edificio está equipado con una Raspberry Pi 4 configurada para actuar como pasarela BMS. Estas pasarelas se conectan a los sistemas locales mediante adaptadores específicos:

• Modbus RTU para los contadores de energía y las calderas.
• BACnet IP para los sistemas de climatización y ventilación.
• Zigbee para los sensores inalámbricos (temperatura, humedad, presencia).
• SNMP para supervisar los equipos de red.

Paso 2: Interconexión de los edificios

Las pasarelas están conectadas a la red central de la universidad mediante Ethernet o Wi-Fi seguro. Los datos recogidos se envían a un servidor central alojado en una Raspberry Pi 5, equipada con un disco SSD para gestionar una base de datos voluminosa.

Paso 3: Desarrollo de una interfaz de usuario

Una interfaz web personalizada se desarrolló con Node-RED y Grafana para permitir:

• La visualización de datos en tiempo real (consumo de energía, temperaturas, etc.).
• La configuración de alertas en caso de anomalías.
• La gestión de los equipos, por ejemplo el encendido automático de las luces en función de los horarios de clase.

Paso 4: Automatización de los procesos

Se utilizaron scripts de Python para automatizar las tareas habituales:

• Gestión de la iluminación : Las luces se apagan automáticamente cuando las salas están desocupadas, gracias a los sensores Zigbee.
• Climatisation : Las temperaturas se ajustan en función de la ocupación de los edificios y de las previsiones meteorológicas.
• Seguridad : Las cámaras conectadas a la Raspberry Pi detectan movimientos fuera del horario autorizado y envían alertas.

Resultados obtenidos

1. Reducción de costes : Se observó una reducción del 25 % del consumo energético desde el primer año.
2. Mayor confort : Los estudiantes y el personal disfrutan en todo momento de temperaturas e iluminación optimizadas.
3. Reducción de los tiempos de inactividad : Los equipos críticos se supervisan en tiempo real, lo que permite un mantenimiento predictivo eficaz.
4. Centralisation réussie : Todos los edificios se controlan ahora desde una única interfaz intuitiva.

Protocolo adicional utilizado: LoRaWAN para los espacios exteriores

Para los grandes espacios como los campos deportivos y los aparcamientos, se han desplegado sensores conectados mediante LoRaWAN . Transmiten datos sobre la ocupación y el consumo energético a larga distancia, sin necesidad de una conexión de red densa.

Ventajas de la Raspberry Pi en este proyecto

• Interoperabilidad máxima : Compatible con Modbus, BACnet, Zigbee, MQTT, LoRaWAN y muchos más.
• Adaptabilité : Fácil de integrar en infraestructuras existentes.
• Accesibilidad : Los gestores pueden acceder a los datos desde cualquier dispositivo conectado.

Conclusión

Este caso de uso demuestra cómo la Raspberry Pi puede transformar la gestión de los edificios inteligentes. Con una solución económica y escalable, es posible centralizar los sistemas, optimizar los costes y mejorar la eficiencia energética, garantizando al mismo tiempo una experiencia de usuario excepcional.