IoT*(Ambisense): Smart environment monitoring using LoRa

Abstract

In this work, IoT* (AmbiSense), we present our developed IoT system as a solution for Building and Energy Management using visualization tools to identify heuristics and create automatic savings. Our developed prototypes communicate using LoRa, one of the latest IoT technologies, and are composed of a set of battery-operated sensors tied to a System on Chip. These sensors acquire environmental data such as temperature, humidity, luminosity, air quality, and also motion. For small to medium-size buildings where system management is possible, a multiplatform dashboard provides visualization templates with real-time data, allowing to identify patterns and extract heuristics that lead to savings using a set of pre-defined actions or manual intervention. LoBEMS (LoRa Building and Energy Management System), was validated in a kindergarten school during a three-year period. As an outcome, the evaluation of the proposed platform resulted in a 20% energy saving and a major improvement of the environment quality and comfort inside the school. For larger buildings where system management is not possible, we created a 3D visualization tool, that presents the system collected data and warnings in an interactive model of the building. This scenario was validated at ISCTE-IUL University Campus, where it was necessary to introduce the community interaction to achieve savings. As a requested application case, our system was also validated at the University Data Center, where the system templates were used to detect anomalies and suggest changes. Our flexible system approach can easily be deployed to any building facility without requiring large investments or complex system deployments.

Nesta dissertação de mestrado, IoT * (AmbiSense), é apresentado um sistema IoT desenvolvido como uma solução para Gestão de Edifícios e Energia recorrendo a ferramentas de visualização para identificar heurísticas e criar poupanças automáticas. Os protótipos desenvolvidos comunicam utilizando LoRa, e são compostos por um conjunto de sensores ligados a um microcontrolador alimentado por bateria. Os sensores adquirem dados como temperatura, humidade, luminosidade, qualidade do ar e movimento. Para edifícios de pequena e média dimensão onde a gestão do sistema é possível, um dashboard fornece templates de visualização com dados em tempo real, permitindo extrair heurísticas, que introduzem poupanças através de um conjunto de ações predefinidas ou intervenção manual. O sistema LoBEMS (LoRa Building and Energy Management System), foi validado numa escola local durante um período de três anos. A avaliação do sistema resultou numa poupança de energia de 20% e uma melhoria significativa da qualidade do ambiente e conforto no interior da escola. Para edifícios de maior dimensão onde a gestão do sistema não é possível, criámos uma ferramenta de visualização 3D, que apresenta os dados e alertas do sistema, num modelo interativo do edifício. Este cenário foi validado no campus do ISCTE-IUL, onde foi necessária a interação da Comunidade para obter poupanças. Foi nos também solicitada uma validação do sistema no centro de dados da Universidade, onde os templates do sistema foram utilizados para detetar anomalias e sugerir alterações. A flexibilidade do sistema permite a sua implementação em qualquer edifício, sem exigir um grande investimento ou implementações complexas.