Algoritmos inteligentes de baixa complexidade

Abstract

A domótica é uma área com grande interesse e margem de exploração, que pretende alcançar a gestão automática e autónoma de recursos habitacionais, proporcionando um maior conforto aos utilizadores. Para além disso, cada vez mais se procuram incluir benefícios económicos e ambientais neste conceito, por forma a garantir um futuro sustentável. O aquecimento de água (por meios elétricos) é um dos fatores que mais contribui para o consumo de energia total de uma residência. Neste enquadramento surge o tema “algoritmos inteligentes de baixa complexidade”, com origem numa parceria entre o Departamento de Eletrónica, Telecomunicações e Informática (DETI) da Universidade de Aveiro e a Bosch Termotecnologia SA, que visa o desenvolvimento de algoritmos ditos “inteligentes”, isto é, com alguma capacidade de aprendizagem e funcionamento autónomo. Os algoritmos devem ser adaptados a unidades de processamento de 8 bits para equipar pequenos aparelhos domésticos, mais propriamente tanques de aquecimento elétrico de água. Uma porção do desafio está, por isso, relacionada com as restrições computacionais de microcontroladores de 8 bits. No caso específico deste trabalho, foi determinada a existência de sensores de temperatura da água no tanque como a única fonte de informação externa aos algoritmos, juntamente com parâmetros pré-definidos pelo utilizador que estabelecem os limiares de temperatura máxima e mínima da água. Partindo deste princípio, os algoritmos desenvolvidos baseiam-se no perfil de consumo de água quente, observado ao longo de cada semana, para tentar prever futuras tiragens de água e, consequentemente, agir de forma adequada, adiantando ou adiando o aquecimento da água do tanque. O objetivo é alcançar uma gestão vantajosa entre a economia de energia e o conforto do utilizador (água quente), isto sem que exista necessidade de intervenção direta por parte do utilizador final. A solução prevista inclui também o desenvolvimento de um simulador que permite observar, avaliar e comparar o desempenho dos algoritmos desenvolvidos.

Home automation is an area of great interest and growth margin, which aims to achieve autonomous control of housing resources, providing greater comfort to the users. In addition, this concept is increasingly covering economic and environmental concerns, in order to ensure a sustainable future. Water heating (using electric resources) is one of the factors that contribute the most to the total energy consumption of a residence. In this context arises the subject “intelligent algorithms with low complexity”, originated in a partnership between the Department of Electronics, Telecommunications and Informatics (DETI) of the University of Aveiro and Bosch Thermotechnology SA, which targets the development of algorithms entitled "intelligent", in other words, with some capability for learning and autonomous functioning. The algorithms must be adapted to 8-bit processing units in order to equip small appliances, more precisely domestic electric water heaters. A portion of the challenge is therefore related to the computational constraints of 8-bit microcontrollers. In the specific case of this work, it was determined the existence of temperature sensors in the water tank as the only source of information external to the algorithms, along with pre-set user-defined thresholds which establish the maximum and minimum water temperature values. On this basis, in order to predict future drawings of water and thus take appropriate action, anticipating or delaying the heating of the tank’s water, the developed algorithms use information from the hot water consumption profile, observed throughout each week. The goal is to achieve an advantageous management between energy savings and user comfort (hot water), with no need for direct intervention by the end user. The solution conceived also includes the development of a simulator that allows us to observe, evaluate and compare the performance of the algorithms created.