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Diego Zaratini Constantino
Computação Física utilizando program-ME
Assis, 2011
Diego Zaratini Constantino
Computação Física utilizando Program-ME
Monografia Apresentada ao PIC - Programa de Iniciação Científica da Fundação Educacional do Município de Assis.
Orientadora: Prof. Ms. Regina Fumie Eto
Assis, 2011
FICHA CATALOGRÁFICA
Zaratini, Diego Constantino
Computação Física utilizando Program-ME / Diego Zaratini Constantino.
Fundação Educacional do Municipio de Assis – FEMA – Assis, 2011.
Xx pág.
Orientador: Regina Fumie Eto
Programa de Iniciação Científica (PIC) – Instituto Municipal de Ensino Superior
de Assis – IMESA.
1. Computação Física. 2. Arduino. 3. Automação.
CDD: 001.6
Biblioteca FEMA
Agradecimentos
A minha orientadora Professora Mestre Regina Fumie Eto, que aceitou a proposta de realizar este trabalho, de compartilhar seus conhecimentos
que resultaram na conclusão deste projeto.
Não faz sentido olhar para trás e pensar: devia ter feito isso ou aquilo, devia ter
estado lá. Isso não importa. Vamos inventar o amanhã, e parar de nos
preocupar com o passado.
Steve Jobs
Resumo
O crescente aumento das tecnologias como tablets, smartphones, palmtops,
entre outras, possibilita um grande número de opções e utilidades para seus
usuários. Cada usuário se sente na obrigação de adquirir e utilizá-las mesmo não
tendo uma real necessidade desta tecnologia.
Esta monografia tem como objetivo apresentar um dos conceitos que explica
como tratar, manipular as novas tecnologias para o usuário e mensurar a utilização
de tais recursos de forma eficiente , a Computação Física, propiciando aos usuários
o aproveitamento de todas as opções disponibilizadas por estes equipamentos.
As tecnologias que serão estudadas, desde a primeira placa de
desenvolvimento chamada de Arduino, junto com o conceito de Computação Física,
permite aos usuários se interagir em gerenciar um processo de automação
residencial a baixo custo, a qual será analisada mais detalhadamente ao longo da
monografia.
Palavra Chave: Computação Física; Arduino, Automação.
Abstract
The increasing sum of emerging technologies such as tablets, smartphones,
PDAs, among others, enables their users to access a large number of options and
utilities. These users feel themselves obliged to acquire and use those technologies
even if there is no real need for them. This work aims to present one of the concepts
that explain how to deal with new technologies and to measure the use of these
resources efficiently, the Physical Computing, which makes users able to use all
available options for these devices. The technologies that will be analyzed in this
work, since the first development board, called Arduino, along with the concept of
Physical Computing, allows users to manage a process from home automation at low
cost, which will be analyzed throughout this work.
Keywords : Physical Computing; Arduino, Automation.
Lista de Figuras
Figura 1 – Arduino Uno.............................................................................................15
Figura 2 – Estrutura da Placa....................................................................................15
Figura 3 – Arduino Program-ME................................................................................16
Figura 4 – Estrutura Program-ME..............................................................................18
Figura 5 – Placa Tomada..........................................................................................20
Figura 6 – Placa Tomada com a Lâmpada................................................................21
Figura 7 – Program-ME conectado com a Placa Tomada.........................................22
SUMÁRIO
Capítulo 1......................................... ..........................................................10
1.1. Introdução......................................... .................................................................10
1.2. Objetivo...................................... .........................................................................10
1.3. Contextualização.............................. ..................................................................10
1.4. Estrutura do Trabalho......................... ...............................................................11
Capítulo 2......................................... ....................................................................12
2.1. Definição..................................... .............................................................12
2.1.1. Computação Física.....................................................................12
2.1.2. Arduino........................................................................................14
2.2. Aplicações................................... ............................................................17
Capítulo 3......................................... ....................................................................18
3.1. Implementação Computação Física com Arduino.. .............................18
3.2. Dispositivos disponíveis: placa tomada x prog ram-ME x Carregador
Solar.............................................. .......................................................................20
Capítulo 4......................................... ....................................................................21
4.1. Sistemas de Controle de luzes com arduino.... ...................................21
Capítulo 5.................................... .........................................................................23
5.1. Conlusão..................................... .............................................................23
5.2. Trabalhos Futuros............................ ......................................................23
Referências................................... .......................................................................24
10
Capítulo 1 ___________________________________________________________________
1.1. Introdução
Com o constante crescimento e desenvolvimento das tecnologias surgiu a
necessidade de utiliza-las de forma produtiva e aproveitar ao máximo os benefícios
oferecidos por ela. Nessa monografia será citado o conceito denominado
Computação Física e uma tecnologia que esta em crescimento no mundo dos
sistemas embarcados chamada de arduino, e como a junção dos mesmos pode
resultar em incríveis sistemas de automação para uma residência, por exemplo.
Altos custos e grande demanda por novidades que facilitem suas atividades
rotineiras, ainda impedem da maioria da população o seu acesso. Assim sistemas
mais acessíveis chamam a atenção de diversas pessoas que a cada dia mais
buscam utilizar diversas formas de automação.
1.2. Objetivo
Este projeto de Iniciação Científica tem como objetivo destacar o uso da
Computação Física em processos de Automação residencial com uma placa de
gerenciamento chamada Program-Me baseado em placa Arduino.
1.3. Contextualização
O mercado da automação residencial está em pleno crescimento e disciplinas
relacionadas vem surgindo entre os cursos de Tecnologia da Informação. Este
trabalho demonstra um modo simples e fácil de gerenciar um processo de
automação com a placa controladora Arduino, dessa forma, estudantes de outras
áreas também podem criar e gerenciar um processo de automação visando a
criação de sistemas interativos.
11
1.4. Estrutura do Trabalho
O trabalho está dividido em cinco capítulos. O primeiro, a introdução e
descreve os objetivos e as motivações para o desenvolvimento do trabalho.
O capítulo 2, apresenta a fundamentação teórica necessária para
compreender conceitos específicos do trabalho onde será abordado definições de
computação física e arduino, além de suas aplicações.
Já no capítulo 3, é detalhado a implementação dos conceitos juntamente com
seus dispositivos e componentes.
O capítulo 4, será apresentado um modelo de uso para controle de luzes e as
conexões necessárias.
Por fim, no capítulo cinco são apresentadas as conclusões e possíveis
trabalhos a serem desenvolvidos.
12
Capítulo 2 ___________________________________________________________________
2.1. Definição
Apresenta-se aqui uma maneira rápida e fácil de realizar grandes projetos de
automação para diferentes usuários e estudantes da área tecnológica: Computação
Física e Arduino.
2.1.1. Computação Física
Computação Física, ou Physical Computing, é o uso de computação e de
eletrônica (sensores e atuadores) na prototipação de objetos físicos para interação
com seres humanos cujo objetivo é interligar os mundos físico e virtual, assim
demonstrar como usar a computação e a interação com a tecnologia para o
desenvolvimento de suas atividades rotineiras [DREAMFELL, 2011].
Partindo da computação física consideram também o conceito denominado
computação pervasiva. A ideia deste novo conceito é a criar um ambiente físico
onde o foco é o ser humano mais especifico as suas atividades e tarefas que serão
realizadas, permitindo assim ao usuário dedicar-se às questões de maior
interesse, deixando o ambiente pervasivo responsável pela execução das tarefas.
Nesse conceito o computador obtém informações do ambiente e as transformam em
modelos computacionais com isso os sistemas e computadores e sensores
conectados entre si conseguem interagir com o ambiente de modo que tais tarefas
sejam executadas de forma mais eficiente [Augustin, I; Ferreira, G.P; Yamin, A,
2008].
Diante desses dois conceitos a diferença entre computação física e
computação pervasiva definido segundo o Prof.Dr. Adenauer Yamin
13
“A Computação Pervasiva me parece ter metas
mais abrangentes, isto é, prover a computação
para os usuários de diferentes dispositivos, de
qualquer lugar e a qualquer tempo.
A premissa é que a relação do usuário com a
infraestrutura computacional na Computação
Pervasiva seja a mais natural possível. Esta meta
está sendo buscada continuamente pelas
diferentes pesquisas.
A Computação Física por sua vez, me parece ter
um foco na interação entre sistemas
computacionais e o mundo, por exemplo sensores
e atuadores. Repara que gerenciar esta relação
também é uma demanda presente da Computação
Pervasiva.” (E-mail recebido em 17/04/2011 ).
Para exemplificar o conceito de computação considere como exemplo um
aparelho de ar condicionado. Este é um aparelho que, através de um conjunto de
dispositivos detecta a temperatura e humidade do ar, interage com o ambiente
atuando motores e dispositivos que provocam a circulação, arrefecimento e
aquecimento, umidificação e desumidificação do ar, de modo a repor estas
características de acordo com sua programação. O aparelho não faz parte da classe
tratada pela computação física, uma vez que não passa de um conjunto de sensores
ativando ou desativando suas funções. Nenhuma inteligência existe no aparelho,
nem mesmo qualquer software será necessário, pois todos estes sensores se
podem produzir com ligações elétricas e mecânicas simples e básicas.
Agora se juntarmos esse aparelho à algum software, e que dispõe de meios
para ser capaz de saber quem são as pessoas presentes na sala, quais as suas
preferências, e capaz de adaptar as condições à média das preferências.
Introduzimos agora a computação. Mas ainda nos falta um elemento: a atuação
continua para ser perfeitamente automática.
14
Acrescentemos outros elementos; digamos que o sistema deve ser capaz de
detectar a velocidade do ar e conseguir adaptar o ambiente às pessoas presentes, e
que corrigir esta velocidade, de modo a não produzir sensações de desconforto.
Suponhamos que as pessoas presentes têm a capacidade de informar o sistema se
o ambiente está agradável ou não, e ainda a informarem como o corrigiriam e, o
sistema, é capaz de aprender com isso as melhores maneiras de atuar no futuro.
Diante disso a surge a computação física, introduzimos três características
interessantes: capacidade de adaptação capacidade de comunicação, e capacidade
de aprendizagem, que lhe permite melhorar a performance em atuações futuras.
2.1.2. Arduino
O Arduino consiste em uma placa de circuito micro controlado que congrega
os conceitos de hardware e software livre e é aberto para uso e contribuição de
todos que a utilizam. O conceito Arduino surgiu na Itália em 2005, com o objetivo de
criar um dispositivo para controlar projetos ou protótipos construídos de uma forma
menos dispendiosa do que outros sistemas disponíveis no mercado. É uma
plataforma de computação física baseada em uma simples placa de Entrada e Saída
micro controlada e desenvolvida sobre uma biblioteca que simplifica a escrita da
programação em C/C++, seu ambiente de desenvolvimento possui diversos
exemplos de utilização na qual facilita a escrita dos códigos fonte. A figura 1 abaixo
é um exemplo dos diversos modelos de arduino existentes e a figura 2 logo em
seguida ilustra a estrutura da placa [ARDUINO, 2010].
15
Figura 1: Arduino Uno
Figura 2: Estrutura da Placa
16
O modelo do arduino utilizado no desenvolvimento deste trabalho foi o
Program-ME (Figura 3) desenvolvido pela empresa globalcode.
Figura 3: Arduino Program-ME
17
2.2. Aplicações
A aplicação dos conceitos citados no tópico 2.1.1 em um projeto cria um
processo chamado de automação, que pode estar presente em diversos ramos de
atividades, sempre com os mesmos objetivos, conforto, economia de tempo,
redução de custos, aumento de produtividade. Automação pode ser aplicada em
projetos residenciais, comerciais, industriais, automotivos e tudo onde for possível a
ligação e comunicação com dispositivos eletrônicos [CLIQUE ARQUITETURA,
2011].
Projetos residenciais também são conhecidos como domótica, o termo O
termo “Domótica” resulta da junção da palavra do latim “Domus” (casa) com
“Telemática” (electrónica + informática). São estes elementos que, simplificam a vida
das pessoas satisfazendo as suas necessidades, o principio da domótica surgiu em
sistemas de controle de iluminação, onde foi o foco para desenvolvimento e
pesquisa deste trabalho. As principais áreas de atuação da domótica são: controle
de iluminação, alarmes, controle via web, climatização entre outras [Electronica,
Domótica, 2011].
Assim para o trabalho de iniciação cientifica, será primeiramente apresentado
um sistema básico para controle de luzes através da placa Arduino e do Shield placa
tomada, para firmar os conceitos pesquisados sobre Computação Física e
Computação Pervasiva e que podem ser aplicados na Domótica ou automação
Residencial. Isso será de grande importância nas confecções e propostas de placas
shields que futuramente possam ser agregados em trabalhos futuros.
18
Capítulo 3 ___________________________________________________________________
3.1. Implementação Computação Física com Arduino
Para que um projeto de automação seja desenvolvido de forma eficiente o
arduino conta com uma série de componentes físicos, como resistores, transistores,
sensores, motores entre outros que são fundamentais para conseguir um trabalho
de qualidade.
O program-ME é um arduino com diversos componentes integrados, o que
facilita no desenvolvimento dos projetos. Abaixo na figura 4 segue a estrutura do
program-ME
Figura 4: Estrutura program-ME
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Características Técnicas:
� Micro-Controlador ATMEga, desenvolvido pela empresa AVR
� Clock de processamento 16 MHZ
� 14 portas digitais
� 6 portas analógicas
� Regulador para trabalhar com alimentação externa de até 12v
� Porta serial UART
� 512 bytes de EEPROM
� 1 interface 12C
Componentes incluídos na placa:
� 9 leds sendo 3 PWM (controle de intensidade)
� Entrada para 2 servo-motores
� Botão / chave tátil
� Speaker
� 4 Transistores Tip122
� Micro-Controlador ATMega 328
� Sensor de luz LDR
� Entrada 2 potenciômetros
Além do program-ME para realização deste trabalho foi necessário uma outra
placa, placa tomada (figura 5), para gerenciar o acionamento de uma lâmpada.
A placa tomada é equipada por:
� 2 Relês
� 2 Fusíveis de proteção
� Transistor de acionamento do relê
� 2 Diodos
� 2 Leds
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Figura 5: Placa Tomada
Com essas duas placas acopladas e configuradas foi possível medir a
variação de luminosidade do ambiente, através do sensor LDR, e gerenciar se a
lâmpada deve ou não ser acionada, o modo como foi feito e os resultados obtidos
serão discutidos mais a frente no capítulo 4.
3.2. Dispositivos disponíveis: placa tomada x progr am-ME x Carregador Solar
Para conclusão deste trabalho foram utilizados além do program-ME e da
placa tomada, um carregador solar, que é uma fonte alternativa de energia que
sustenta o arduino possibilitando uma maior mobilidade de instalação da placa.
21
Capítulo 4 ___________________________________________________________________
4.1. Sistemas de Controle de luzes com arduino
Neste capítulo será apresentado a estrutura utilizada para controlar uma luz
com a placa tomada e o arduino program-ME.
A figura 6, abaixo, ilustra como deve ser feita a ligação entre a lâmpada e a
placa tomada
Figura 6: Placa Tomada com a lâmpada
Após feito todas as ligações corretamente entre a placa tomada com a
lâmpada, conectou-se no program-ME, figura 7, à placa tomada, com isso as placas
ficaram prontas para serem programadas para sua respectiva automação.
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Figura 7: program-ME conectado com a placa tomada
O desenvolvimento da automação para esse sistema foi baseado na
luminosidade presente no ambiente, onde o sensor de luz (LDR) capta a intensidade
de luz deste ambiente, interpreta essa informação e de acordo com o valor obtido
liga ou não a lâmpada. Mesmo em ambientes iluminados porém com pouco
intensidade de luz presente o sistema é acionado para que essa segunda lâmpada
possa suprir a falta de luminosidade.
23
Capítulo 5 ___________________________________________________________________
5.1. Conclusão
Os resultados e testes obtidos do sistema foram satisfatórios, onde a
programação e desenvolvimento do sistema de controle de iluminação conseguiu
perfeitamente suprir a falta de luz de um determinado ambiente atendendo as
expectativas esperadas.
Com a facilidade de uso, popularização e desenvolvimento dessa tecnologia
percebeu-se que é possível utilizar um simples sistema de controle de luminosidade
em projetos maiores de modo que um sistema se comunique com outro sem
nenhum problema e funcionando perfeitamente. Isso pode resultar em sistema muito
poderoso onde o controle pode não ser apenas de luzes mas sim de diversos
cômodos de uma casa, e o principal com um custo beneficio muito baixo.
Assim nosso objetivo foi alcançado pois com este sistema básico para
controle de luzes através da placa Arduino e do shield placa tomada, firmou-se os
conceitos pesquisados sobre Computação Física e Computação Pervasiva e que
podem ser aplicados na Domótica ou automação Residencial.
5.2. Trabalhos Futuros
Como possíveis trabalhos, partindo dessa monografia, criar um sistema para
gerenciar toda iluminação de uma casa através de um tablete ou qualquer outro
dispositivo móvel, fazendo esse gerenciamento todo pela web. Também podemos
criar uma automação para ligar ou desligar dispositivos por comando de voz.
Isso também será de grande importância para confecções e propostas de
placas shields que futuramente possam ser agregados em trabalhos futuros.
24
Referências
J. York, P.C. Pendharkar, "Human–computer interaction issues for mobile computing
in a variable work context," Int. J. Human-Computer Studies 60 (2004) 771–797.
Poslad, S, “Ubiquitous Computing” Wiley, ISBN: 978-0-470-03560-3, 2009
Disponivel em: <http://www.elec.qmul.ac.uk/people/stefan/ubicom/index.html>
Weiser,M., “The Computer for the 21st Century” , Scientific American, Sep-1991.
Artigo:
Augustin, I; Ferreira, G.P; Yamin, A, “Grade computacional como infra-estrutura para
computação pervasiva / ubíqua” ERAD 2008 - Santa Cruz do Sul.
Sites Acessados:
ARDUINO, Página da plataforma Arduino. Disponível em: <http://arduino.cc/>
Acesso em: 27 de Nov 2010.
AURESIDE, Página da Associação Brasileira de Automação. Disponível em:
<http://www.aureside.org.br/>. Acesso em: 15 de Fev 2011.
CLIQUE ARQUITETURA, O que é Automação. Disponível em:
<http://www.cliquearquitetura.com.br/portal/dicas/view/introducao-a-automacao-
residencial-e-comercial/36> Acesso em Outubro de 2011.
25
DREAMFELL, Computação Física. Disponível em:
<http://dreamfeel.wordpress.com/2009/03/07/computacao-fisica/> Acesso em Agosto
de 2011.
Electronica, Domótica. Disponível em:
<http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/67/43/> Acesso em Outubro
de 2011.
IluFlex, Ferramentas de automação de iluminação. Disponível em:
<http://www.iluflex.com.br> Acesso em Março de 2011.
