Diseño e implementación de un sistema IoT para control domótico y para la gestión remota en entornos industriales

Abstract

Este Trabajo Fin de Máster tiene como objetivo el diseño e implementación de un sistema IoT basado en una arquitectura de microservicios, orientado a la automatización del hogar (domótica) y a la gestión remota de procesos en entornos industriales. Se plantea una solución híbrida que combina dispositivos comerciales con dispositivos DIY (Do It Yourself), lo cual permite reducir costes. La arquitectura desarrollada destaca por su escalabilidad, modularidad y facilidad de integración, permitiendo la incorporación de nuevos servicios, sensores o actuadores sin afectar a la estructura general. El sistema propuesto utiliza tecnologías de contenedores Docker para desplegar los distintos microservicios necesarios, y se apoya en protocolos de comunicación ligeros y eficientes como MQTT, junto con redes de bajo ancho de banda como Zigbee. Para la interacción del usuario se emplean plataformas open source como Home Assistant y Node-RED, que permiten visualizar datos en tiempo real, gestionar dispositivos conectados y automatizar escenas específicas para cada entorno. Además, se ha garantizado un enfoque multiplataforma, que facilita su acceso desde diferentes dispositivos y sistemas operativos. El proyecto ha sido validado mediante la instalación y prueba del sistema en dos escenarios reales: una vivienda de dos plantas, y el aula Beckhoff de la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Málaga. En ambos casos, el sistema ha demostrado ser funcional, adaptable y seguro, ofreciendo mejoras en eficiencia energética, confort y control de dispositivos. Los resultados obtenidos demuestran que es posible desarrollar una solución IoT robusta y de bajo coste con tecnologías ampliamente accesibles, capaz de adaptarse tanto a las necesidades del entorno doméstico como del industrial. Asimismo, el trabajo fomenta la cultura maker y el aprendizaje de tecnologías emergentes en el campo de la automatización y la industria 4.0This Master's Thesis aims to design and implement an IoT system based on a microservices architecture, oriented towards home automation (domotics) and the remote management of processes in industrial environments. A hybrid solution is proposed, combining commercial devices with DIY (Do It Yourself) components, which allows for cost reduction. The developed architecture stands out for its scalability, modularity, and ease of integration, enabling the incorporation of new services, sensors, or actuators without impacting the overall system structure. The proposed system uses Docker container technology to deploy the necessary microservices and relies on lightweight and efficient communication protocols such as MQTT, along with low-bandwidth networks like Zigbee. For user interaction, open-source platforms such as Home Assistant and Node-RED are employed, allowing real-time data visualization, device management, and the automation of customized scenes for each environment. Furthermore, a cross-platform approach has been ensured, facilitating access from various devices and operating systems. The project has been validated through the installation and testing of the system in two real-world scenarios: a two-story house and the Beckhoff lab at the School of Industrial Engineering at the University of Málaga. In both cases, the system proved to be functional, adaptable, and secure, offering improvements in energy efficiency, comfort, and device control. The results obtained demonstrate that it is possible to develop a robust and low-cost IoT solution using widely accessible technologies, capable of adapting to both domestic and industrial needs. Additionally, the project promotes the maker culture and the learning of emerging technologies in the fields of automation and Industry 4.0