Iluminación Pública Inteligente IoT: Sistema LED Eficiente y Autónomo

Componentes y materiales

Componente	Cantidad
Arduino UNO WiFi Rev.2	1
LED genérico	1
LDR 1MΩ (fotorresistencia)	1
Sensor IR proximidad (Digilent)	1
ESP8266 ESP-12E	1
Resistencia 1kΩ	1

Herramientas necesarias

• Protoboard 170 pines

Aplicaciones y servicios online

• Arduino IDE
• ThingSpeak API

Sobre el proyecto

Definición del problema

El alumbrado público es un gasto enorme en las ciudades. Las lámparas de vapor de sodio consumen mucha energía. Ese gasto podría destinarse a otros desarrollos. Actualmente se usa sistema manual: encendido al atardecer, apagado al amanecer. Hay gran desperdicio de energía en las transiciones. Por eso el cambio a sistema automático: menos desperdicio, ahorro económico.

Desventajas del sistema actual

• Encendido/apagado manual
• Mayor consumo energético
• Alto coste
• Más mano de obra

Ventajas del sistema propuesto

• Encendido automático de farolas
• Reducción de costes de mantenimiento
• Reducción de emisiones CO₂
• Reducción de contaminación lumínica
• Comunicación inalámbrica
• Ahorro energético
• Reducción de mano de obra

Componentes del sistema

A. Entrada LDR

Una resistencia dependiente de la luz (LDR) o fotorresistencia varía su resistividad según radiación electromagnética. Son dispositivos fotosensibles, análogos al ojo humano. También llamados fotoconductores, celdas conductoras o fotoceldas. Están hechas de semiconductores de alta resistencia. Funcionan por fotoconductividad: la conductividad del material disminuye al absorber luz. Cuando la luz incide en el LDR, su resistencia cae y fluye corriente a la base del primer transistor y luego al segundo. La resistencia preajustada (preset) sube/baja la sensibilidad. El LDR envía respuesta al Arduino.

B. Sensor IR

Un sensor infrarrojo detecta características del entorno emitiendo/detectando radiación IR. Mide calor y detecta movimiento. Ondas IR no son visibles. En el espectro electromagnético, IR tiene longitudes de onda mayores que luz visible pero menores que microondas (0.75-1000µm). La luz IR se transforma en corriente eléctrica, detectada por detector de voltaje/amperaje. El sensor IR envía respuesta al Arduino.

C. LED

Un diodo emisor de luz (LED) emite luz al activarse. Al aplicar voltaje, electrones recombinen con huecos liberando energía como fotones. Es una fuente de luz semiconductor de dos terminales. Los LEDs representan nuestro sistema de iluminación: intensidad emitida relacionada con luz ambiental (menos luz exterior = LED a máxima intensidad, y viceversa).

D. ESP8266

El ESP8266 es un módulo SoC (System on Chip) con WiFi, desarrollado por Espressif. Usado para aplicaciones IoT embebidas.

Capacidades:

• WiFi 2.4 GHz (802.11 b/g/n, WPA/WPA2)
• 16 GPIO de propósito general
• I²C, SPI, I²S (con DMA), UART (pines dedicados + TX-only en GPIO2)
• ADC 10-bit, PWM
• CPU 32-bit RISC Tensilica Xtensa L106 @ 80 MHz (overclock 160 MHz)
• 64 KB boot ROM, 64 KB instruction RAM, 96 KB data RAM
• Flash externa vía SPI

Módulo transceiver wireless de bajo coste para desarrollos IoT endpoint. Para comunicarse, el microcontrolador usa comandos AT vía UART con baud rate especificado.

Hay muchos fabricantes terceros con distintas opciones de pines: ESP-01 (8 pines, 2 GPIO, antena PCB), ESP-02 (8 pines, 3 GPIO, conector U-FL), ESP-03 (14 pines, 7 GPIO, antena cerámica), ESP-04 (14 pines, 7 GPIO, sin antena), etc.

Descripción de pines ESP8266-01

• 3V3: Alimentación 3.3V
• GND: Tierra
• RST: Reset activo bajo
• EN: Enable activo alto
• TX: Transmisión serie UART
• RX: Recepción serie UART

Código

Parte 1: Lógica principal (IOT smart light)

int smooth; int LDR; int threshold = 40; // umbral intensidad solar
int brightness = 0; int ledState = 0;
int sensor1 = 11; int sensor2 = 8; int sensor3 = 9;
int led1=5; int led = 6; int led2=2;
int carPresent = 0; int carPresent1 = 0;
float beta = 0.65;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(sensor1, INPUT); pinMode(sensor2, INPUT); pinMode(sensor3, INPUT);
  pinMode(led,OUTPUT); pinMode(led1,OUTPUT); pinMode(led2,OUTPUT);
}

void loop() {
  // Suavizado lectura LDR
  smooth = smooth - (beta * (smooth - analogRead(A0))); delay(1);
  LDR = round(((float)smooth / 1023) * 100);
  if (LDR <= 40) brightness = 0;
  else brightness = map(LDR, 40, 100, 0, 255);

  checkSensors();

  if (carPresent == 1) {
    ledState = 1;
    digitalWrite(led,HIGH); digitalWrite(led1,HIGH);
    analogWrite(led,brightness); analogWrite(led1,brightness);
  } else if (carPresent == 0) {
    ledState = 0;
    digitalWrite(led,HIGH); analogWrite(led,ledState);
    if(carPresent1 == 1) {
      ledState = 1;
      if(ledState == 1) { analogWrite(led1,brightness); analogWrite(led2,brightness); }
    } else if (carPresent1 == 0) {
      ledState = 0;
      digitalWrite(led1,HIGH); digitalWrite(led2,HIGH);
      analogWrite(led1,ledState); analogWrite(led2,ledState);
    }
  }
  String data = (String)ledState + "," + (String)brightness + ";";
  Serial.print(data); delay(100);
}

void checkSensors() {
  if (digitalRead(sensor1) == 0) { // Coche en sensor 1
    if (digitalRead(sensor2) == 1) carPresent = 1; // Aún no llega a sensor 2
  } else if (digitalRead(sensor2) == 0) { // Coche en sensor 2
    if (digitalRead(sensor1) == 1) { carPresent = 0; carPresent1 = 1; } // No hay coches detrás
    else { analogWrite(led,brightness); analogWrite(led1,brightness); analogWrite(led2,brightness); digitalWrite(led,HIGH); digitalWrite(led1,HIGH); digitalWrite(led2,HIGH); }
  } else if(digitalRead(sensor3) == 0) { // Coche en sensor 3
    if (digitalRead(sensor2) == 1) { carPresent = 0; carPresent1 = 0; }
    else { carPresent = 0; carPresent1 = 1; }
  }
}

Parte 2: Comunicación WiFi / ThingSpeak

#include <ESP8266WiFi.h>
const char* ssid = "ardent"; const char* password = "12345678";
String ledState = ""; String brightness = "";
char thingSpeakAddress[] = "api.thingspeak.com";
String writeAPIKey = "NUEBLW9OA58DLL4N"; // Cambia por tu Write API Key
WiFiClient client;

void setup() {
  Serial.begin(115200); connectWifi();
}
void loop() {
  filterData(); HTTPPost(); delay(15000); // No publicar muy seguido en ThingSpeak
}
int connectWifi() {
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(2500); }
}
void HTTPPost() {
  if (client.connect(thingSpeakAddress, 80)) {
    String PostData = "api_key=" + writeAPIKey;
    PostData += "&field1=" + ledState;
    PostData += "&field2=" + brightness;
    client.println("POST /update HTTP/1.1");
    client.println("Host: api.thingspeak.com");
    client.println("Connection: close");
    client.println("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded");
    client.println("Content-Length: " + String(PostData.length()));
    client.println(); client.println(PostData); client.stop();
  }
}
void filterData() {
  if (Serial.available()) {
    String buffer = Serial.readStringUntil(';');
    int i1 = buffer.indexOf(',');
    ledState = buffer.substring(0, i1);
    buffer.remove(0, i1 + 1);
    brightness = buffer;
  }
}

Esquemáticos

Diagrama de conexiones incluido.