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CENTRO UNIVERSITRIO CESMAC CAMPUS II CURSO DE ENGENHARIA
ELTRICA
ERIGREYDSON BARROS DOS SANTOSMARIO HENRIQUE DE OLIVEIRA
ALVES
SISTEMA DE AUTOMAO RESIDENCIAL ATRAVS DA INTERNET UTILIZANDO A
PLATAFORMA ARDUINO
MACEI AL
1
2015 ERIGREYDSON BARROS DOS SANTOSMARIO HENRIQUE DE OLIVEIRA
ALVES
SISTEMA DE AUTOMAO RESIDENCIAL ATRAVS DA INTERNET UTILIZANDO A
PLATAFORMA ARDUINO
Trabalho Final de Graduao requisito da disciplina Trabalho Final
de Graduao, do Curso de Engenharia Eltrica, do Centro Universitrio
CESMAC, como requisito final para obteno do ttulo de Engenheiro
Eletricista.
Orientador: Prof.: Andr Luiz da Rocha Lima.
MACEI - AL
2015 ERIGREYDSON BARROS DOS SANTOSMARIO HENRIQUE DE OLIVEIRA
ALVES
SISTEMA DE AUTOMAO RESIDENCIAL ATRAVES DA INTERNET UTILIZANDO A
PLATAFORMA ARDUINO
Trabalho Final de Graduao requisito da disciplina Trabalho Final
de Graduao, do Curso de Engenharia Eltrica, do Centro Universitrio
CESMAC, como requisito final para obteno do ttulo de Engenheiro
Eletricista..
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________Prof: Andr Luiz da Rocha
Lima-Orientador-
_______________________________________Prof: Alexandre
Farias-Membro da Banca de
Avaliao-_______________________________________Prof: MSc Alexsandro
Aleixo Pereira da Silva-Orientador Metodolgico-
Dedicamos este trabalho primeiramente a Deus, pois sem ele no
somos nada, aos nossos pais, esposas e a todos os nossos amigos que
nos acompanharam nesse caminho.
AGRADECIMENTO
Ao nosso Deus eterno pai, que tem nos acompanhado em todos os
momentos de nossas vidas. Aos nossos Pais, pelo amor, dedicao e
incentivo no decorrer de toda uma vida, pois sem eles no seria
possvel. As nossas esposas pelo apoio nesses 5 anos. Ao meu
orientador Prof. Andr Luiz, pela confiana, incentivo e orientao a
ns dispensada no decorrer deste trabalho. Ao nosso professor de TFG
Alexsandro Aleixo pela pacincia e apoio oferecido em sala de aula e
fora dela.
Que os vossos esforos desafiem as impossibilidades, lembrai-vos
de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia
impossvel.Charles Chaplin
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi a implementao de um sistema de
automao residencial de baixo custo, confivel e eficiente que visa
controlar a iluminao de uma residncia ou outro dispositivo ligado
rede eltrica, como ar condicionado, bombas de piscina, portes
eletrnicos entre outros. Este procedimento se dar atravs de toque
de determinados botes na tela de dispositivos mveis conectados a um
micro-controlador Arduno. Desenvolvido uma plataforma WEB,
controlada por celular, smatphone, tablets ou outro hardware que
acesse a pgina da internet. O binmio custo-benefcio foi alcanado
indicando que o valor agregado dos benefcios aos usurios tais como:
praticidade, segurana e simplicidade, na execuo das tarefas com
baixo custo de investimento, e intervenes estruturais mnimas, sendo
esse o principal estmulo para o investimento na automao
residencial.
Palavras Chaves: Automao, Plataforma Web, Arduno.
ABSTRACT
The objective of this work was the implementation of a home
automation system low cost, reliable and efficient that aims to
control the lighting of a residence or other device connected to
the power grid , air conditioning, pool pumps , electronic gates
and others. This procedure will be through touch certain buttons on
the screen of mobile devices connected to an Arduino micro-
controller.Developed a WEB platform, controlled by mobile phone,
smatphone , tablets or other hardware that accesses the web page
.The cost - benefit binomial was achieved indicating that the value
of benefits to users such as practicality, safety and simplicity,
in performing the tasks with low investment cost, and minimum
structural measures, which is the main stimulus for investment in
automation residential.
Key words : Automation , Web platform , Arduino .
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Projeto Proposto14Figura 2- Arduino Uno Verso
318Figura 3 - Ethernet Shield19Figura 4 - Cabo RJ4519Figura 5 -
Parte do cdigo em css22Figura 7 - Parte do cdigo js23Figura 8 -
Parte do cdigo Arduino25Figura 9 - Identificao da localizao da
mscara de rede e gateway26Figura 10 Hospedagem27Figura 11 - cabo de
dados telefnico CCI28Figura 12 - Esquema lgico do sistema29Figura
13 - Quadro de automao.32Figura 14 - quadros de automao
fechado32Figura 15 - Mdulos rels36Figura 16 - mdulos rels36Figura
17 - mdulos rels instalados37Figura 18 - Ligao do rel em paralelo
com Interruptor37
SumrioLISTA DE FIGURAS91 INTRODUO121.1Contextualizao
Histrica131.2Objetivos131.3Justificativa151.4Estrutura do
trabalho152 AUTOMAO RESIDENCIAL162.2 Domtica162.1 A Plataforma
Arduno162.2 Ethernet Shield182.3 Transmisses de Dados192.3.1
Caractersticas da Transmisso202.4 Ambiente WEB212.4.1
Diagramao212.4.2 Arquivo JAVASCRIPT232.4.3 Arquivo ARDUINO232.4.4
Hospedagem262.5 Montagem272.6 Redirecionamento de IP292.7
Funcionamento do Sistema303 AUTOMAO RESIDENCIAL333.1
Especificao343.2 Protocolo TCP/IP343.3 Rels354 RESULTADOS E
DISCUSSES385 CONCLUSO405.1 PERSPECTIVAS FUTURAS406. REFERENCIAS
BIBILIOGRAFICAS42
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Atmel AVR um microcontrolador de chip nico (AVR no possui
definio)Aureside Associao Brasileira de Automao ResidencialC/C++ -
uma linguagem de programao baixa e de uso geralCCI Cabo utilizado
em linhas telefnicas CPU Central Processing UnitIDE Integrated
Development EnvironmentIP Internet ProtocolRJ-45 Cabo conector para
redes de computadoresTCP Transmission Control Protocol UDP User
Datagram ProtocolUSB Universal Serial Bus
1 INTRODUOCom a criao de novas ferramentas e aplicativos, o
homem busca uma melhoria em sua qualidade de vida, trazendo para o
ambiente residencial todo controle e conforto que a tecnologia pode
oferecer, antes restrita ao ambiente de trabalho de grandes
empresas. A automao residencial vem com o objetivo de integrar
equipamentos e servios de maneira em que eles fiquem centralizados
em um sistema inteligente e programvel, atravs do qual sejam
possveis o controle e superviso de diversas tarefas de modo
automtico [Bolzani, 2004b].A cada dia surgem novas necessidades de
segurana, identificao, economia de recursos eltricos, hdricos,
exigindo que novas tecnologias ofeream tranquilidade com
simplicidade. Insegurana tanto nas grandes cidades como nas
pequenas, somada a necessidade de identificao, monitoramento,
rastreamento de pessoas e controle de recursos, impulsionam uma
demanda para sistemas de controle de acesso, pontos automatizados,
sistemas de alarme, ou seja, automao predial em geral. Repletos de
tecnologias como eletrnica, sistemas embarcados, radiofrequncia e
informtica, os mercados de segurana, controle de acesso,
identificao e automao residencial andaram na contramo da crise
mundial. (Duilio Almeida Norberto da Silva, 2013)A automao
residencial uma rea que est em constante crescimento e tem enorme
campo de atuao, conforme constatado na pesquisa quantitativa
realizada pelo Centro Estadual de Educao Tecnolgica Paula Souza
(Teruel & Novelli Filho, 2007)1.1 Contextualizao Histrica
As crises no setor eltrico ocasionam um grande problema na
economia brasileira. Os recentes apages preocupa toda a sociedade.
Muitos problemas so caracterizados pela falta de investimentos por
parte do governo, e outra grande parte com o aumento de consumo de
energia pela populao. O Brasil vem buscando construir novas usinas
geradoras de energia, dentre elas destacam-se a Usina de Belo
Monte. Uma outra medida adotada pelo governo a conscientizao da
populao atravs de tarifas elevadas. Algumas concessionrias
responsveis pela distribuio de energia eltrica enviam nas contas
informaes de como economizar energia atravs de medidas simples,
como por exemplo deixar sua roupa suja acumular para poder usar a
mquina de lavar em sua capacidade mxima, diminuindo a quantidade de
vezes que ela ser utilizada. Medidas tambm muito utilizadas so a
instalao de sensores de luminosidade em condomnios,
estabelecimentos pblicos, residncias, etc, a fim de evitar que as
luzes dos corredores fiquem acesas o dia todo. Outros
estabelecimentos como shopping centers utilizam at torneiras dos
banheiros com sensores a fim de reduzir o consumo de gua.
1.2 Objetivos
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de automao
residencial de baixo custo, cujo prottipo visa automatizar a
iluminao de uma residncia ou outro dispositivo ligado rede eltrica,
como ar condicionado, bombas de piscina, portes eletrnicos. Todos
esses dispositivos estaro ligados a uma Plataforma Arduno, livre
para prottipos eletrnicos, de fcil uso e sem grande necessidade de
habilidades tcnicas eltricas. Este controle e superviso sero
realizados pelo proprietrio da residncia atravs de seu tablet,
smartphone, computador ou notebook, conectados a um ambiente web,
permitindo acima seu acionamento remotamente ver Figura 1.
Figura 1 - Projeto PropostoFonte: Foto tirada da maquete.
Direito autoral Erigreydson
Apesar de nesse trabalho utilizarmos somente lmpadas e outros
dispositivos controlados atravs de rels, o sistema tambm capaz de
controlar qualquer dispositivo eletrnico. Os microcontroladores
utilizados so da plataforma do Arduino UNO e Ethernet Shield
interligados. O trabalho utiliza linguagens interpretadas pelo
navegador, com isso necessrio utilizao de um servidor web capaz de
interpretar as consultas que chegam porta associada ao protocolo
HTTP (por padro, porta 80) e de fornecer uma resposta com esse
mesmo protocolo.O projeto envolve dispositivos, infraestrutura e
software de controle. Pretendemos garantir ao utilizador do sistema
a possibilidade de controle do ambiente automatizado de forma que
seja possvel o acesso remoto de forma prtica e econmica em termos
de energia.Com a automao possvel acionar a parte eltrica atravs de
mdulos rels, de qualquer lugar utilizando a internet, ou atravs de
sensores. Nosso projeto abordar o primeiro caso, que pode ser muito
til no caso de controlar uma irrigao de jardim por exemplo, ou at a
iluminao do ambiente, podendo reduzir o consumo de energia, e
consequentemente trazendo tambm uma sensao de conforto no caso da
automao residencial, onde se pode at ligar o ar condicionado antes
mesmo de chegar em casa. A mquina hoje ocupa grande funo seja em
residncias, ou industrias. Com o avano da tecnologia, na automao no
ser diferente. A automao veio para reduzir custos no s com recursos
naturais, mais tambm com mo de obra, e esse tambm um dos papis do
Engenheiro Eletricista.
1.3 Justificativa
A automao gera uma srie de economias ao longo do tempo, o que
compensa o investimento inicial do projeto, tanto que hoje, a
grande maioria dos edifcios so pelo menos preparados para receber
novas tecnologias. Os preos podem variar de acordo com a aplicao
entre muitos outros fatores. Hoje existem diferentes tecnologias
que podem atender prdios e residncias de acordo com a necessidade
de cada projeto. (AURESIDE, 2008)
1.4 Estrutura do trabalho
Trabalho organizado em captulos, estruturado da seguinte forma:O
captulo 2 mostra uma viso geral da automao residencial, apresentado
conceitos de domtica, Plataforma Arduno, Ethernet Shield,
transmisso de dados, ambientes entre outros que sero importantes
para o trabalho proposto. realizado um breve roteiro de como
iniciar a criao de uma aplicao, especificando as fases na qual se
constitui a criao de um software.O captulo 3 apresenta a estrutura
do projeto, ou seja, so apresentados alguns equipamentos que podem
ser utilizados para automao residencial, como rels, bobinas, Placa
Arduno, cabos RJ45, os protocolos TCP e IP e as ligaes necessrias
para concluir o projeto.O captulo 4 apresenta os resultados do
projeto proposto j implementado, juntamente com a maquete do
sistema, e o captulo cinco as concluses do trabalho e perspectivas
futuras.
2 AUTOMAO RESIDENCIAL2.2 Domtica
A Domtica (cOmo conhecida a Automao Residencial), tem se tornado
cada vez mais conhecida. uma rea que visa desenvolver solues que
permitam a automao de residncias gerando economia, autonomia, e
tambm segurana. A proposta deste trabalho desenvolver um sistema de
gerenciamento de dispositivos microcontrolados de uma residncia
atravs de um ambiente Web, onde dentro de cada interruptor existir
um rel que far a conexo com o micro controlador, que far o controle
dos circuitos. Nos prximos tpicos sero descritos os itens deste
sistema.
2.1 A Plataforma Arduno
O Arduno uma plataforma livre para prottipos eletrnicos, de fcil
uso e sem grandes necessidades de habilidades tcnicas eltricas. A
plataforma Arduino baseada em um circuito com um microprocessador e
um ambiente de programao onde possvel programar o comportamento
desse microprocessador. A plataforma Arduno est pronta para receber
a lgica pensada pelo programador, permitindo a leitura e escrita de
sinais analgicos e digitais.A plataforma foi desenvolvida para ser
usada por hobbistas, designs, artistas entre outros, mas caiu nas
graas de engenheiros e colegas da rea de TI (Tecnologia da
Informao).A plataforma conta com um ambiente para fcil compilao e
envio do programa ao micro controlador, possuindo verses para
Windows, Mac e linux. A linguagem baseada em C++ possuindo objetos
e abstraindo os cdigos em Assembly geralmente usado em
microcontroladores. Toda a documentao, esquemas de montagem e
eltricos so pblicos e esto disponveis em http://www.arduino.ccNs
seres humanos precisamos converter as nossas ideias para uma forma
que os computadores consigam processar, ou seja, a linguagem de
mquina. Os computadores de hoje (ainda) no conseguem entender a
linguagem natural que ns usamos no dia a dia, ento precisamos de um
outro "idioma" especial para instruir o computador a fazer as
tarefas que desejamos. Esse "idioma" uma linguagem de programao, e
na verdade existem muitas delas. (Garido)Embora quase s vejamos
Arduinos com microcontroladores ATMega328 da empresa ATMEL, tambm h
esquemas montados com o processador PIC da Microchip. Logo pense na
Plataforma Arduino como uma camada de abstrao para o hardware, por
exemplo: poderamos ter um Arduno com o poderoso processador ARM
muito comum em celulares.O microprocessador simples, o Arduino UNO
(um dos mais utilizados) geralmente conta com 13 pinos digitais e 6
analgicos na plataforma do Arduino. Os Shields so montados sobre o
Arduino original, e este pode ser usado como um LEGO permitindo
para cada Arduino N shields. Os shields permitem a expanso das
funcionalidades iniciais do Arduino, os mais interessantes so:
Ethernet W5100 (Utilizado no nosso trabalho), XBee, LCD e
protoboard. Junto com o shields normalmente j existem bibliotecas
com as funes dos shields e isto permite o rpido e fcil
desenvolvimento de prottipos interessantes. Alm de todas essas
vantagens, o preo da plataforma reduzido proporcionando uma maior
facilidade de compra.A plataforma Arduino tem um grande potencial
para prottipos de projetos eletrnicos com rpido desenvolvimento
servindo como prova de teste de vrios projetos. Na figura 2 abaixo
mostramos o Arduino UNO Verso 3 com algumas de suas
caractersticas.
Figura 2- Arduino Uno Verso 3Fonte:
http://www.arduinodolito.com.br/wp-content/uploads/2012/10/Partes-de-um-arduino.png
2.2 Ethernet Shield
Na figura abaixo vamos observar a placa Arduno conectando-se a
internet atravs do Ethernet Shield. Utilizamos os Protocolos TCP e
UDP, onde o chip WIZnet ethernet W5100 (datasheet) fornece uma rede
IP. O Ethernet Shield, ver Figura 3 colocado sobre a Placa Arduno
atravs de longos pinos. Podemos tambm armazenar arquivos atravs de
um carto microSD para servir atravs da rede, no entanto o leitor
desse carto pode ser acessado atravs da biblioteca SD do Arduino. A
conexo utilizada nesse projeto entre o Ethernet Shield e a internet
atravs de um cabo RJ45, verFigura 4, ligado do shield at o
roteador. Tambm poderamos ter utilizado o Shield Xbee que utiliza o
protocolo zigbee e libera o acesso travs da rede sem fio, porm esse
processo pode sofrer interferncias de agentes externos. Alm da
conexo atravs de cabos ser mais vivel financeiramente, o protocolo
TCP tambm e mais confivel.
Figura 3 - Ethernet ShieldFonte:
https://nicegear.co.nz/obj/images/09026-01c.jpg
Figura 4 - Cabo RJ45Fonte:
http://img2.mlstatic.com/cabo-de-rede-rj45-25-metros-p-modem-roteador-switch-pc-hub_MLB-O-4284063167_052013.jpg2.3
Transmisses de Dados
Significa levar os dados em um lugar diferente de onde eles
foram criados. O dispositivo que transmite chamado de transmissor e
o que recebe os dados e chamado de receptor. A transmisso de dados
feita atravs de sinais e pode ser feita de duas formas: transmisso
digital (que a transmisso adotada nesse projeto), nessa transmisso
os sinais possuem apenas dois estados (ligado e desligado), e a
transmisso analgica que onde a tenso (no caso do microcontrolador
Arduno) variam de forma continua entre todos os valores
existentes.
2.3.1 Caractersticas da Transmisso
As principais caractersticas da transmisso de dados so: canal,
transmisso serial e paralela.
2.3.1.1 Canal
Canal o meio de transmisso que pode ser de entrada, de sada ou
de entrada e sada. Elas so definidas como:- Simplex: leva a
informao apenas para uma direo;- Half-duplex: pode levar a informao
para ambas as direes, mas no simultaneamente. Utilizamos esse mtodo
no nosso projeto;- Full-duplex: As informaes podem ser levadas em
ambas as direes e ao mesmo tempo.
2.3.1.2 Serial e Paralela
A comunicao por meio de transmisso de bits de um aparelho para o
outro, como por exemplo em um aparelho eletrnico digital. A
transmisso dos dados pode ser feita atravs de duas maneiras que so:
Serial ou Paralela. Na transmisso serial os bits so transmitidos um
de cada vez atravs de um mesmo barramento, ao contrrio da
transmisso paralela onde os bits so transmitidos ao mesmo tempo, e
cada barramento representa um bit, consequentemente tornando a
transmisso de dados mais rpida, porm limitada a curtas distncias, h
um maior nmero de canais de transmisso e maiores interferncias do
meio.
2.4 Ambiente WEB
Este trabalho baseado na criao de uma interface em um site de
hospedagem gratuita, no caso utilizamos o xpg.uol, onde nele
guardamos arquivos do tipo css, js, html e jpeg, que tem por
finalidade facilitar o controle dos dispostivos fazendo a interao
junto ao arquivo ino para controlar os pinos no Arduno, e que estes
vo acionar rels que por fim vo controlar cargas.Comment by
Alexsandro Aleixo: Em trabalho cientifico no deve ser utilizada
primeira pessoa do plural ou singular.
2.4.1 Diagramao
O Arquivo css serve para diagramao, o arquivo visual que possui
algumas funes como por exemplo: editar fonte, mudar o tamanho, cor,
e aparncia da pgina. O arquivo css tambm responsvel pela ativao de
arquivos auxiliares, como por exemplo uma figura ou logomarca
(arquivos do tipo jpeg).
2.4.1.1 Incluindo estilos em um site WEB
Uma das caractersticas mais potentes da programao com folhas de
estilo consiste em definir os estilos de todo um website. Isto se
consegue criando um arquivo onde simplesmente colocamos as
declaraes de estilos da pgina e linkamos todas as pginas do site
com esse arquivo. Deste modo, todas as pginas compartilham uma
mesma declarao de estilos e, portanto, se a mudamos, todas as
pginas sero mudadas. um arquivo de texto normal, que pode ter
qualquer extenso, apesar de que lhe podemos atribuir a extenso .css
para lembrarmos de que tipo de arquivo est sendo utilizado. O texto
que devemos incluir deve ser escrito exclusivamente em sintaxe CSS,
um pouco diferente da sintaxe que utilizamos dentro do atributo
style. No se deve incluir cdigo HTML nestearquivo.
2.4.1.2 A pagina WEB e a folha de estilos
Linkamos a pgina Web e a folha de estilos, para isso vamos
colocar a etiqueta com os atributos: rel="STYLESHEET" indicando que
o link uma folha de estilo. type="text/css" porque o arquivo de
texto, em sintaxe CSS. href="estilos.css" indica o nome do arquivo
fonte dos estilos. Logo abaixo na figura abaixo temos uma parte do
cdigo que foi desenvolvido no bloco de notas para execuo da
diagramao do site que executar a automao.
Figura 5 - Parte do cdigo em cssFonte: Copia da Tela do Bloco de
Notas do Arduno
2.4.2 Arquivo JAVASCRIPT
O Arquivo js o arquivo javascript, onde foi desenvolvido o cdigo
com a funo de validao dos comandos. Ele verifica se o canal est
ligado ou desligado antes de executar o comando. Sem o Javascript
algumas funes no computador seriam limitadas ou no funcionariam
como, por exemplo, abrir uma nova janela com controle programtico
sobre seu tamanho, posio e atributos, validar valores de um
formulrio e garantir que so aceitveis antes de serem enviados a um
servidor e mudar imagens medida que o mouse se movimenta sob elas,
seria improvvel. At vdeos e programas no poderiam ser baixados ou
vistos. Abaixo na figura colocamos uma parte do cdigo.
Figura 7 - Parte do cdigo jsFonte: Tela do Bloco de Notas do
Arduino
2.4.3 Arquivo ARDUINO
O Arquivo ino, (arduno) o arquivo responsvel pela execuo de todo
o conjunto, e principalmente de fazer o microcontrolador controlar
as cargas. de fundamental importncia, pois todos os outros cdigos
ficam linkados no cdigo arduino atravs de um texto escrito com a
funo de busca. Todos os outros arquivos so salvos no site de
hospedagem (no caso do nosso trabalho xpg.uol), e l que o arquivo
ino ir buscar os outros cdigos (css e js) atravs de um comando.
Outra funo muito importante nesse cdigo a de direcionamento do
local na rede, pois o Ethernet shield atravs gera um IP que ser
colocado como nas configuraes abaixo na figura, onde identificamos
o IP da LAN, o Gateway e a Mscara da rede. O IP na LAN escolhido
tem que ter nos ltimos dgitos um nmero contido entre 1 e 254. E o
penltimo nmero tambm pode variar de acordo com o provedor de
internet. Essas informaes sero verificadas atravs de um simples
comando cmd no menu iniciar, onde ser aberto um prompt de comando,
logo aps deve ser digitado o comando ipconfig mostrado na figura 9,
e assim todas as informaes de IP na LAN sero conhecidas. O Arquivo
uno tambm responsvel por gerar a pgina em html.
Figura 8 - Parte do cdigo ArduinoFonte: Tela do Bloco de Notas
do Arduino
Figura 9 - Identificao da localizao da mscara de rede e
gatewayhttp://pt.slideshare.net/gu_elastico/automao-residencial-no-gerenciamento-de-energia-utilizando-arduino,
pgina 48
2.4.4 Hospedagem
Em nosso trabalho utilizamos um servio de hospedagem gratuito, o
xpg.uol. nesse site que guardamos todas as informaes necessrias
para o funcionamento da automao, tendo em vista que os equipamentos
eltricos sero acessados de um lugar distante atravs da internet, os
arquivos precisaro estar disponveis e acessados na rede. Alguns
servios de hospedagem grtis podem apresentar problemas como lentido
ou erros na hora de acessar as pginas, portanto recomendado que se
utilize as hospedagens grtis para publicao de sites que no sejam to
importantes, como um site de algum hobby ou para fazer testes e
aprender como as coisas funcionam na prtica.No caso de um site
profissional deve-se utilizar uma hospedagem que oferea servio com
qualidade superior, alm de um suporte tcnico para resolver
eventuais problemas.
Figura 10 HospedagemFonte: Tela do servio de hospedagem
utilizada fornecido por xpg.com.br
2.5 Montagem
Todo o sistema montado utilizando um simples Arduno Uno, e um
Shield Ethernet que serve para fazer a conexo com a rede atravs de
um ip local. possivl tambm acessar remotamente esse Arduno
utilizando um metodo parecido como feito hoje em dia com Cameras Ip
acessadas em qualquer lugar do mundo. Assim, fazendo um cadastro em
algum site redirecionador de ip, como noip, ou dns, no caso de ip
dinmicos (muito utilizado em residencias por questes de segurana),
ou em ip fixo, sendo necessrio apenas identificar uma porta para
direcionar a funo at o ip local.Feito este procedimento vamos as
intalaes. importante criar uma central, como um quadro de
distribuio, em um lugar de melhor escolha, de preferncia prximo ao
cabo RJ45, tambm conhecido como cabo de rede, pois assim
facilitaria a conexo do arduno com o roteador. Lembrando que tambm
necessario no quadro a rede de energia eltrica para alimentar o
arduno, que funciona a uma tenso varivel entre 7 e 12 Volts, com
uma corrente de 1 Ampers. Para substituir os jumpers que so muito
utilizados em arduno, escolhemos o cabo de dados telefnico CCI,
mostrado na figura 10, por sua qualidade mais eficiente de
transmisso que o cabo RJ45, apesar de ser um pouco mais caro, mas
ele tem menos interferncia de sinal, este fato pde ser observado
experimentalmente.
Figura 11 - cabo de dados telefnico CCIFonte:
http://www.choramenino.com.br/mercado_livre4/cabocci3_100.jpg
Sabemos tambm que a alimentao dos mdulos rels feita atravs do
arduno com sua sada em 5 Volts e um GND, logo os pinos de sinal
escolhidos para acionarmos 8 rels foram
(pin2,pin3,pin4,pin5,pin6,pin7,pin8,e pin9). Feita a conexo em
todos os rels tambm colocamos a opo na iluminao de um acionamento
atravs de um interruptor em paralelo, mostrando assim que podemos
controla-la das duas formas simultaneamente. Para acessar a pgina
necessrio apenas entrar no navegador e digitar o ip local que est
sendo utilizado. Est pgina no possui arquivos pesados, como por
exemplo imagens jpeg para facilitar a conexo atravs de uma internet
mvel no celular, diminuindo a quantidade de dados, e aumentado a
velocidade de conexo. Abaixo na figura xx, podemos observar o
esquema lgico do sistema. Figura 12 - Esquema lgico do
sistemaFonte:
http://www.tinyosshop.com/image/cache/data/ARDUINO/W5100-4-600x600.jpg
2.6 Redirecionamento de IP
Quando tentamos fazer a conexo entre o site e a placa arduino
responsvel pela automao residencial, de um local externo, onde no
seja possvel a conexo entre o IP local da rede, que conhecida como
chamamos de rede Wi-fi, ser necessrio de uma conexo atravs do IP de
conexo da rede. Existem basicamente dois tipos de IP, o IP Dinmico
e o IP Fixo. Na maioria das vezes em residncias ser um IP dinmico
(IP que muda de tempos em tempos, visando proporcionar uma maior
segurana para que sua rede no seja invadida por hackers), no
entanto tambm impossibilitar o acesso uma vez que se o IP muda
necessrio descobri-lo para que se possa fazer a conexo remota. Isto
acontece quando utilizamos redirecionadores de IP. Dois deles muito
conhecidos so os sites NO-IP, e DNS, onde com um simples cadastro
realizado no site possvel acessar sua mquina de qualquer local do
mundo atravs de um programa baixado em seu computador que verifica
sempre o seu IP atual e atualiza em um banco de dados. Ao realizar
esse cadastro voc ter de identificar uma porta de acesso para a
placa arduino (canal no qual o cabo que sai do roteador vai at a
placa), essa porta tambm identificada no cdigo arduino. Obviamente
antes de escolher a porta deve-se observar se esta encontra-se
liberada, e tambm verificar as configuraes do roteador e liberar a
conexo externa atravs dessa porta. Essas configuraes variam de
provedor para provedor.
2.7 Funcionamento do Sistema
Tudo depende da necessidade do cliente. ele quem decide sobre as
propriedades do sistema. Dentre elas destacamos as mais importantes
e utilizadas em nosso projeto.Comeamos com a simples funo de ligar
e desligar objetos eltricos pelo computador via internet: o sistema
deve permitir ligar ou desligar qualquer objeto eltrico atravs do
site de controle. Exemplos de objetos eltricos: rdio; bomba para
irrigao; motor da piscina; porto eletrnico, e o principal
demonstrado nesse projeto, as lmpadas. Tambm foi criado um processo
de monitorao continua, ela funciona independente de o usurio estar
operando. Para isso o site dever ter algum poder de processamento e
armazenamento das variveis geradas pelos acionadores. Permitir o
controle de luminosidade: este um requisito complementar ao
anterior, pois o sistema deve permitir que as lmpadas sejam ligadas
e desligadas. Em nosso trabalho os objetos eltricos possuem somente
dois estados: ligados ou desligados, sem fazer controle de
intensidade da luminosidade(dimerizao) ou velocidade de motores.
Para controlar isso, so usados rels. Como os rels possuem uma
limitao em corrente, nem todos os dispositivos eltricos podem ser
ligados. No caso de equipamentos com potncia maiores utilizaremos
os rels para controlar contactoras e estas faro o chaveamento dos
equipamentos. A placa Arduino a responsvel pelo acionamento dos
rels. feito uma conexo em paralelo entre os rels e os interruptores
de modo que o local onde o sistema instalado tenha que se adaptar
visualmente a ele, e tambm por questes de segurana e
confiabilidade, onde devido a uma falta de conexo o sistema possa
ser acionado manualmente. Em nosso trabalho no ser mostrado como a
placa acionadora processar o estado do interruptor, pois ele pode
ser diferente do estado do dispositivo eltrico. Para tal opo seria
necessrio que a placa acionadora Arduino fosse acionada pelos
interruptores, o que ocasionaria em uma necessidade de um pino a
mais somente para leitura do estado do interruptor para acionamento
de cada um dos rels, consequentemente reduzindo o quantitativo de
acionamentos em 50%. de fundamental importncia possuir uma
interface fcil de ser usada: a interface dever tornar o uso do
sistema intuitivo para qualquer usurio que conhea o bsico de
informtica. Dever ter algum tipo de suporte a fim de saber qual
acionador est selecionado, sem obrigar o usurio a decorar os
endereos dos acionadores. Possuir proteo dos circuitos contra
defeitos: as placas acionadoras devem possuir alguns dispositivos
de segurana para evitar consequncias maiores em caso de falha. Ter
a caractersticas similares as de um quadro de distribuio de
energia, pois facilita a manuteno e segue as regras e normas de
segurana. Nesse quadro ser feita a alimentao das placas e a
comunicao com a central atravs do roteador. Dever ser feita uma
anlise para a melhor escolha da instalao do sistema. Abaixo nas
figuras 12 e 13, mostramos exemplos de quadros de automao. A parte
mais rdua na construo de um sistema de software decidir o que
construir. Nenhuma outra parte do trabalho compromete mais o
sistema se for feito de forma imprpria. Nenhuma outra parte mais
difcil de corrigir a posterior. (BROKS Jr, 1987).
Figura 13 - Quadro de automao.Fonte: Imagem retirada do vdeo
Curso de Arduino Automation Aula 2 Acionamento de Cargas por Rels
(seriallink.com.br) endereo https:youtube.com/watch?
V=j6rNq-j-z18
Figura 14 - quadros de automao fechadoFonte: Imagem retirada do
vdeo Curso de Arduino Automation Aula 2 Acionamento de Cargas por
Rels (seriallink.com.br) endereo https:youtube.com/watch?
V=j6rNq-j-z183 AUTOMAO RESIDENCIALA domtica, como chamada a automao
residencial, a utilizao simultnea da eletricidade, eletrnica e das
tecnologias da informao no ambiente residencial, permitindo
realizar a sua gesto local ou remota e oferecer uma gama de
aplicaes integradas nas reas da segurana, comunicao e gesto de
energia (Roque, 2008). A realidade colocada pela AURESIDE em 2010
(Associao Brasileira de Automao Residencial) mostra que o mercado
voltado para esse campo da tecnologia passa por grandes desafios
dos desenvolvedores, os quais possuem como principal problema a
dificuldade ou impossibilidade de integrao de todas as funes
exercidas pela automao existente dentro de uma residncia. (Martins
& Freitas)Sistemas inteligentes de iluminao podem acentuar os
detalhes Arquitetnicos de uma sala ou criar um clima especial, seja
ele romntico ou festivo. O acionamento de equipamentos
automaticamente pode inibir possveis intrusos, fazendo-a parecer
ocupada na ausncia de seus proprietrios (SENA, 2005, p. 54).
Outra grande vantagem a economia de energia eltrica. A
intensidade da luz pode ser ajustada conforme a necessidade da
residncia, e as lmpadas no precisam ficar totalmente acesas, tudo
pode ser regulado atravs do que chamamos de dimerizao e de sensores
de luminosidade espalhados no ambiente.Algumas pessoas ainda
acreditam que a automao residencial algo futurista. No artigo
Estamos preparados para a automao residencial?, escrito por Jos
Roberto Muratori, uns dos fundadores da AURESIDE, as estatsticas
apontam que apenas uma pequena parte, em torno de 11 a 16% Das
pessoas se acham preparadas para receber as novas tecnologias. por
esse motivo que existe a necessidade de o projetista de automao
residencial possuir alm do conhecimento especfico, ter conhecimento
tambm de informaes que caracterizam a aceitao da tecnologia pelos
usurios do sistema. Todo processo e controle existente no sistema
das residncias inteligentes devem ser unificados, proporcionando a
execuo automtica das tarefas dirias e prevenes, como por exemplo o
controle de irrigao de jardins e fechamento de janelas. importante
que a implementao de um ambiente inteligente considere diversos
novos fatores que tero implicaes diretas no projeto das construes
residenciais, como por exemplo: Os sistemas de gerenciamento da
residncia; Adaptao aos vrios moradores; A configurao das redes
interna e externa de comunicaes; Conexo com servios pblicos de
telecomunicaes; Proporcionar flexibilidade; A organizao dos
sistemas de informtica; Introduo de novos equipamentos e
dispositivos, que demandaram novos paradigmas de organizao dos
espaos internos e externos. Com esse contexto, a automao
residencial vem se tornando no presente um novo desafio, devendo
adaptar ao usurio interfaces amigveis e descomplicadas, como tambm
disponibilizar a informao e possibilidade de controle da residncia
a partir de qualquer lugar, atravs da Internet, de modo a utilizar
a eletrnica como plano de fundo para colocar em primeiro plano a
sociabilidade e bem-estar do usurio. Dessa forma o presente
trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema para automao
residencial visando tambm economia de energia.
3.1 EspecificaoA comunicao do sistema entre o microcontrolador e
o ambiente Web acontecer atravs da utilizao de um protocolo TCP/IP.
Esse protocolo visa melhorar a quantidade dos pacotes trocados
entre os objetos.
3.2 Protocolo TCP/IP
Existem diversos tipos de usurios e diversos tipos de aplicaes,
assim como existem tecnologias de redes que se adquam melhor a cada
perfil de usurio. O problema comea a surgir quando precisamos
conectar diferentes tecnologias de rede de forma transparente, logo
ser necessrio um protocolo comum que independente da tecnologia de
rede utilizada permita essa comunicao. Em nosso trabalho o
protocolo TCP/IP (Transport Control Protocol / Internet Protocol)
realiza esta tarefa mostrando total transparncia aos utilizadores
finais das vrias tecnologias de rede empregadas pelas diversas
LANs, MANs, WANs que existem, escondendo todos os detalhes da
tecnologia de hardware utilizada. O TCP/IP um conjunto de
protocolos de comunicao entre computadores em rede (tambm chamado
de pilha de protocolos TCP/IP). Sua origem vem de dois protocolos:
o IP (Internet Protocol - Protocolo de Interconexo) e o TCP
(Transmission Control Protocol - Protocolo de Controle de
Transmisso). Consideramos que esses protocolos podem ser vistos
como um modelo de camadas, onde cada camada executa um grupo de
tarefas, que so responsveis tambm por fornecerem um conjunto de
servios bem definidos para o protocolo da camada acima. As camadas
mais altas (conhecidas como camada de aplicao) esto mais perto do
utilizador, elas lidam com dados mais abstratos, onde existe a
confiabilidade em protocolos de camadas mais baixas para realizar
tarefas de menor nvel de abstrao.
3.3 Rels
Para uma maior proteo do circuito utilizamos Mdulo Rels, que j
contm componentes eletrnicos responsveis por proteger o sistema,
como por exemplo, resistores, diodos, opto acopladores, etc. Estes
Mdulos Rels devem ser instalados dentro de tomadas ou interruptores
(figuras 14 e 15), onde so colocados (figura 16) e como feita sua
ligao em paralelo (figura 17) com o interruptor. Para respeitar o
requisito de no interferir na esttica da residncia ele deve ter
tamanho reduzido (figura 15) e ter algumas caractersticas que
permitam se adaptar aos dispositivos eltricos.
Figura 15 - Mdulos relsFonte:
http://img.auctiva.com/imgdata/1/4/6/7/2/7/7/webimg/483001299_o.jpg
Figura 16 - mdulos
relsFonte:http://www.labdegaragem.org/loja/media/catalog/product/cache/1/thumbnail/600x600/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/d/s/dscn2888.jpg
Figura 17 - mdulos rels instaladosFonte: Foto retirada da
instalao, Foto retirada por Mario Henrique
Figura 18 - Ligao do rel em paralelo com InterruptorFonte:
imagem retirada da internet
4 RESULTADOS E DISCUSSESCom muita pesquisa e dedicao conseguimos
criar uma pgina na Web para controlar 8 pinos no arduino, todos com
apenas dois estados (digitais) 0 e 1, que significam
respectivamente desligado e ligado. So estes pinos que iro
controlar os rels e que consequentemente acionaro as lmpadas e
outros dispositivos que sero mostrados em sala na maquete.
Utilizamos pequenos leds para mostrar algo mais proporcional ao
projeto, mas quando utilizamos rels necessria uma alimentao externa
para as lmpadas (220V no caso da nossa cidade) pois a tenso de sada
da placa arduno de apenas 5 Volts que servem apenas para controle
dos rels. O site bem simples, sem muitas diversificaes, apenas com
o objetivo de fazer funcionar o sistema, para algo mais
profissional deve-se requerer a ajuda de um profissional de TI
(reas de Anlise de sistemas, Sistemas da Informao, Web designer,
etc), pois eles so os verdadeiros arquitetos do site, e que fazem
toda a implementao grfica ficar com o aspecto agradvel. Devido a
hospedagem gratuita tambm no colocamos plano de fundo nem figuras
para no deixar o site pesado ajudando na conexo externa atravs do
celular que ser mostrado em sala. O site tambm tem um sistema
inteligente que consegue atualizar suas informaes, com exceo da
ligao em paralelo com o interruptor que no foi feito da maneira
mais adequada para que se pudesse utilizar a capacidade total da
placa Arduino UNO controlando um maior nmero de rels. Essas
informaes atualizadas mostram o estado atualizado das lmpadas a
cada 15 segundos. Esse tempo foi escolhido para que se tivesse uma
melhor visualizao do sistema.Alguns leds foram colocados na maquete
para serem acionados em 05 circuitos (05 pinos do Arduno). Estes
sero alimentados pela prpria sada do Arduno atravs de um
protoboard, onde nele tambm foram colocados resistores de 330 ohms
para proteo, diminuindo a intensidade do brilho. Estes leds
simularo a iluminao interior da casa, do jardim e da piscina. Os
outros 3 pinos sero utilizados para controlar 01 cooler que simular
o ar condicionado com alimentao externa em 12 volts corrente
contnua, 01 lmpada com alimentao externa em 220 Volts em corrente
alternada ligada atravs de um rel, onde tambm ser a mostrada a
ligao em paralelo com o interruptor, e 01 contactora que ser
acionada atravs de um rel. Ela ter uma alimentao externa de 24
Volts em corrente contnua, mostrando que tambm possvel acionar
cargas ou equipamentos com potencias maiores.
5 CONCLUSO
A sociedade moderna tem sofrido inmeros problemas no uso
racional dos recursos naturais e de segurana. Os avanos tecnolgicos
dos ltimos anos permitiram que algumas das questes envolvidas
nesses problemas fossem abordadas. O uso de dispositivos e
ferramentas digitais auxiliam na reduo os gastos nas residncias e
empresas. O que antes era restrito a grandes empresas hoje pode ser
facilmente adaptado e com baixo custo a pequenos ambientes. Nesse
trabalho apresentamos um sistema criado atravs do microcontrolador
Arduino e um ambiente Web para a automao de uma residncia
(domtica), com um baixo custo e monitoradas via internet, que junto
com a permite todo o controle de vrios cmodos e dispositivos
existentes com muita praticidade. O utilizador final pode ter a
vantagem de optar pelo que lhe for mais conveniente com a utilizao
do sistema Web dentre celulares, computadores, tablets ou outro
dispositivo eletrnico que possua conexo com a internet. Com poucas
instrues o usurio final capaz de operar todo o sistema, pois a
interface foi criada com esse intuito.
5.1 PERSPECTIVAS FUTURAS
O Arduno tem inspirado a criatividade na eletrnica digital e a
automao residencial esta em crescente expanso no mercado interno e
externo.O efeito o desenvolvimento radical das novas ideias e novas
tecnologias, baseado unicamente em contribuies voluntarias de
utilizadores de todo mundo.Como continuao do projeto objetiva-se a
integrao dos sistemas a fontes de energia renovveis, como energia
solar, com a iniciativa de gerenciar o consumo e substituir
automaticamente a energia fornecida pelas concessionrias por
energia gerada na prpria residncia atravs de energia solar.
Alinhando segurana, comodidade e baixo custo. Alm disso, um
aplicativo para smartphones tambm dever ser desenvolvido utilizando
a plataforma Android.
6. REFERENCIAS BIBILIOGRAFICAS
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residencia. Acesso em 10 de Janeiro de 2015, disponvel em
www.aureside.org.brBolzani, C. A. (2004b). Residenciais
Inteligentes. So Paulo, Brasil: Livraria da Fsica.Duilio Almeida
Norberto da Silva, E. M. (31 de maro de 2013). Automao Residencial
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http://www.ar.ifslagarto.com.br/mercadoGarido, M. (s.d.). Acesso em
20 de Abril de 2015, disponvel em Marcio Garrido:
http://marciogarrido.com.br/index.php/atuacao/aulas-de-arte-marcial/itemlist/category/14-eletronicahttp://www.arduinodolito.com.br/wp-content/uploads/2012/10/Partes-de-um-arduino.png.
(s.d.). Fonte: Arduino do Lito.Kurose, J., & Ross, K. (2007).
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(2012). Sistema de Monitoramente Residencial utilizando a
plataforma Arduino. Santa Maria - RS - Brasil.Margolis, M. (2011).
Arduino Cook Book. USA: O"Reully Media.Martins, G. D., &
Freitas, D. (s.d.).
http://pt.slideshare.net/gu_elastico/automao-residencial-no-gerenciamento-de-energia-utilizando-arduino.
Acesso em 20 de Maro de 2015, disponvel em SLIDESHARE:
http://pt.slideshare.net/gu_elastico/automao-residencial-no-gerenciamento-de-energia-utilizando-arduinoOliveira,
A. (s.d.). Automao Residencial. Silva, D. S. (2009).
Desenvolvimento e Implementao de um Sistema de Superviso e Controle
Residencial. Natal - Rio Grande do Norte - Brasil.Soares, V. N.
(1993). Comunicao de dados: Conceitos fundamentias, 168 p. So
Paulo: Erica.Teruel, E. C., & Novelli Filho, A. (2007). Automao
residencial: pesquisa quantitativa para conhecer a necessidade do
cliente. So Paulo, SP - Brasil: Centro de Estadual de Educao
Tecnolgica Paula Souza (CEETEPS).
