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Central de automação residencial - Hardware 1 Central de automação residencial - Hardware de aquisição de dados e comunicação com a central. Pedro Henrique Bordim Rosa Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Junior SOROCABA 2011

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Central de automação residencial - Hardware

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Central de automação residencial - Hardware de aquisição de dados e

comunicação com a central.

Pedro Henrique Bordim Rosa

Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Junior

SOROCABA

2011

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PEDRO HENRIQUE BORDIM ROSA

Central de automação residencial - Hardware de aquisição de dados e comunicação com a central.

Trabalho de graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Controle e Automação, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro de Controle e Automação.

Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Junior

SOROCABA

2011

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FICHA CATALOGRÁFICA

Bordim Rosa, Pedro Henrique Central Para Automação Residencial: Hardware de aquisição de dados e comunicação com a central. – Sorocaba, 2011. Nº de páginas 76

Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Jr. Trabalho de Graduação – UNESP Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”

1.Automação Residencial; 2.Hardware; 3. Zigbee

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A todos aqueles que acreditaram, junto comigo, que um dia eu seria Engenheiro.

Dedico

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AGRADECIMENTOS

Aos meus amigos e parceiros de projeto, Bruno e Danilo, sem os quais

não teria atingido o sucesso deste trabalho.

A minha família pelo apoio, seja qual foi à forma pela qual este veio.

A minha namorada, Cristina, pela compreensão e carinho nos momentos

em que mais precisei.

Ao Prof. Dr. Galdenoro Botura Jr., pelas sábias orientações durante o

período de trabalho e graduação que servirão ao longo de minha vida.

Ao Prof. Milton Evangelista de Oliveira, pela dedicação e prazer ao

ensinar.

À banca examinadora, não escolhida apenas por área de atuação dos

profissionais que a compõe, todavia também pelos conhecimentos técnicos

fornecidos que foram necessários para o desenvolvimento deste trabalho.

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“Se podes olhar, vê. Se podes ver, repara.”

José Saramago

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Sumário LISTA DE ILUSTRAÇÕES ................................................................................................................. 9

LISTA DE TABELAS ....................................................................................................................... 10

Resumo ....................................................................................................................................... 11

Abstract ...................................................................................................................................... 12

1. Introdução .......................................................................................................................... 13

2. Objetivo .............................................................................................................................. 14

3. Estudos preliminares .......................................................................................................... 15

3.1 Conceitos relacionados à Domótica ................................................................. 15

3.2. Adaptação de ambientes ................................................................................. 17

3.3. Mercado, viabilidade e tendências. ............................................................... 18

4. Metodologia. ....................................................................................................................... 24

4.1. Especificações do sistema ................................................................................... 24

4.2. Especificações do hardware ............................................................................. 26

4.3. Escolha dos sensores e atuadores. .................................................................... 27

4.4. Definição da planta à ser automatizada. .......................................................... 30

4.5. Rede de comunicação. ..................................................................................... 31

4.6. Dispositivo de controle ..................................................................................... 33

4.7. Adequações realizadas. ..................................................................................... 35

5. Desenvolvimento. .................................................................................................................. 37

5.1 .Visão geral do sistema. ........................................................................................ 37

5.2. Circuito de Alimentação ..................................................................................... 39

5.3. Circuito para atuação na persiana ...................................................................... 42

5.4 Circuito Atmega8 – Zigbee .................................................................................. 43

5.5. Circuito Dimer ..................................................................................................... 44

5.6 Circuitos LDR, Indutivo e Temperatura. .............................................................. 49

5.7 Circuitos atuadores diretos (Relês) ..................................................................... 51

5.8 Circuito detector de pulso do botão. ................................................................... 53

5.9. Programação do Microcontrolador. ................................................................... 56

5.10 Testes de Hardware ........................................................................................... 61

6. Resultados .............................................................................................................................. 63

6.1 O Layout............................................................................................................... 63

6.2 A Placa de Circuito Impresso. .............................................................................. 66

6.3 Placa para detecção de pulsos do botão. ............................................................. 69

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6.4 Aplicações ............................................................................................................ 70

6.5 Testes Gerais com Integração de Sistemas. ......................................................... 71

6.6 Melhorias ............................................................................................................. 72

7. Conclusões .............................................................................................................................. 72

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 75

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - Vicchi e Ogata -Estrutura de um edifício inteligente ..................................................... 16

Figura 2 - Representação do sistema Active Home. ....................................................................... 19

Figura 3 - Cardio, tela de acionamento. ......................................................................................... 20

Figura 4 - Interface do Mordomus ................................................................................................. 20

Figura 5 - Módulo IN22TWd da IVV Automation ........................................................................... 21

Figura 6 - Módulo IN5AWD da IVV Automation ............................................................................. 21

Figura 7 -Tablet do 3NYX ................................................................................................................ 22

Figura 8 - Módulo do 3nyx ............................................................................................................. 22

Figura 9 - Diagrama de bloco das funções do Hardware ............................................................... 26

Figura 10 - Exemplo de sensor indutivo ......................................................................................... 27

Figura 11 - Sensor LM35 ................................................................................................................. 28

Figura 12 - Motor com redutor ...................................................................................................... 29

Figura 13 - Chave óptica ................................................................................................................. 29

Figura 14 - Modelo de planta à ser automatizada ......................................................................... 30

Figura 15 - Rede Zigbee Mesh ........................................................................................................ 31

Figura 16 - Alcance x Velocidade .................................................................................................... 33

Figura 17 - Pinagem do Atmega8 ................................................................................................... 34

Figura 18 - Gravador Universal ....................................................................................................... 35

Figura 19 - tela do Programa Bascom ............................................................................................ 36

Figura 20 - Modelo de gravador "caseiro" ..................................................................................... 37

Figura 21 - Modelo de comunicação .............................................................................................. 38

Figura 22 - Esquemático das aplicações na planta real .................................................................. 39

Figura 23 - Esquema do circuito de alimentação ........................................................................... 40

Figura 24 - Funcionamento do Regulador de Tensão .................................................................... 40

Figura 25 - Modelo genérico do regulador de tensão .................................................................... 40

Figura 26 - Configuração LM1117 (Rogercom) .............................................................................. 41

Figura 27 - Diagrama de blocos para a fonte de alimentação ....................................................... 41

Figura 28 - Ligação do Motor no L298 ............................................................................................ 42

Figura 29 - Modelo do componente L298 ...................................................................................... 43

Figura 30 – Modelo desenvolvido para representar o Chip Zigbee ............................................... 44

Figura 31 - Circuito Dimer .............................................................................................................. 45

Figura 32 - Situações para o disparo do Garte .............................................................................. 46

Figura 33 - Onda CA de alimentação .............................................................................................. 47

Figura 34 - Circuito LDR .................................................................................................................. 49

Figura 35 - Circuito de Temperatura .............................................................................................. 51

Figura 36 - Relê AX1RC -5V ............................................................................................................. 51

Figura 37 - Diagrama elétrico do relê ............................................................................................. 52

Figura 38 - Circuito esquemático do funcionamento do relê. ....................................................... 52

Figura 39 - a) FF tipo D e tabela verdade - b) ondas ...................................................................... 54

Figura 40 - Efeito debouncing ........................................................................................................ 55

Figura 41 - Porta NAND .................................................................................................................. 55

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Figura 42 - Circuito de acionamento do botão .............................................................................. 56

Figura 43 - Configurações ............................................................................................................... 56

Figura 44 - rotina de leitura e cérebro do programa ..................................................................... 57

Figura 45 - Fragmento da função Dimer ........................................................................................ 58

Figura 46 - Função detecta zero ..................................................................................................... 59

Figura 47 - Função de atuação no motor ....................................................................................... 59

Figura 48 - Função Persiana ........................................................................................................... 60

Figura 49 - Funções finais ............................................................................................................... 61

Figura 50 - Hardware montado para teste ..................................................................................... 62

Figura 51 - Gravação do Microcontrolador .................................................................................... 63

Figura 52 - Layout da vista superior da PCI .................................................................................... 64

Figura 53 - Layout da furação à ser aplicada na PCI ....................................................................... 65

Figura 54 - Layout do posicionamento de Componentes na PCI ................................................... 65

Figura 55 - Layout da vista inferior da PCI ...................................................................................... 66

Figura 56 - Vista superior da PCI. ................................................................................................... 67

Figura 57 - Vista inferior da PCI. ..................................................................................................... 67

Figura 58 - Placa de circuito impressa ............................................................................................ 68

Figura 59 - Vista superior da placa do botão. ................................................................................ 69

Figura 60 - Vista inferior da placa do botão. .................................................................................. 70

LISTA DE TABELAS Tabela 1 -Comparativo entre principais tecnologias. ..................................................................... 32

Tabela 2- Combinações das saídas do L298 para atuação no Motor CC (anexos) ......................... 43

Tabela 3 - Ângulos de disparo do Gate. ......................................................................................... 48

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Resumo

O alto preço pago pela qualidade de vida e pelo bem estar faz com que o

homem cada vez mais automatize os processos a fim de buscar soluções para

tarefas cotidianas. A automação residencial (Domótica) visa promover o conforto

utilizando-se de equipamentos eletrônicos e redes de comunicação. Tendo tais

princípios como trilho guia, este trabalho é parte de um sistema de automação

residencial, cuja característica marcante é a independência total de fios, assim o

usuário pode atuar na residência através de um tablete ou aparelho celular.

A comunicação da central e seus módulos é feita por meio de uma rede

Zigbee cuja característica Mesh é crucial na execução de uma rede móvel,

podendo assim ser aplicável em uma residência.

O desenvolvimento de um hardware capaz de receber dados de uma

rede Zigbee e atuar nas variáveis de controle e monitoramento de uma

residência tais como presença, temperatura e luminosidade gerou o proposto dei

desenvolver uma PCI (Placa de Circuito Impresso) capaz de atuar de acordo

com as ordens geradas pelo usuário através de uma IHM e tecnologia de

comunicação, sendo necessário para a interação usuário – residência.

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Abstract

The high price paid for the quality of life and well being makes a man

increasingly automate processes in order to seek solutions to everyday tasks.

The home automation (Home Automation) aims to promote the comfort of using

electronic equipment and communication networks. Having such principles as a

guide rail, this work aims at the development of a hardware capable of receiving

data from a Zigbee network and act on the variables of control and monitoring of

a residence such as presence, temperature and luminosity. The proposed

hardware has been developed on a PCB (Printed Circuit Board) and is capable

of acting in accordance with the orders generated by the user via an HMI and

communication technology, is required for interaction user - residence.

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1. Introdução

O interesse em automatização de ambientes está em evidente

crescimento. Segundo o engenheiro José Roberto Muratori , membro fundador

da Associação Brasileira de Automação Residencial (Aureside), referiu que o

seguimento de automatização de ambientes teve uma queda significativa nos

valores (50% em média) nos últimos cinco anos (Revista Veja, 2010). Tal fato

mostra que os avanços em pesquisas e em tecnologia na área possibilitaram

uma melhor inserção no mercado e maiores buscas por estas tecnologias.

Fernandes (2005) cita que alguns campos do saber humano passaram a

tratar a inteligência de forma científica, visando aspectos práticos e comerciais,

é neste sentido que se encaixa a engenharia, precisamente a domótica.

Segundo Mota (2003), a domótica tem como base o gerenciamento

automático de recursos como: energia, temperatura, presença, etc.

O termo derivado das palavras domus (casa) e robótica (controle

automatizado de algo), domótica define-se como a possibilidade de controlar

uma residência de forma automatizada visando à utilização racional dos meios

de consumo.

A domótica tem como proposta a melhoria na qualidade de vida, redução

dos afazeres domésticos e segurança domiciliar, além de permitir a gestão de

todos os recursos residenciais, ou seja, “adaptativa às necessidades dos

habitantes e às resoluções de problemas e gerenciamento de recursos”

(Takiuchi, Melo, Tonidandel, 2004).

A comunicação sem fio (wireless) esta inclusa na sociedade e desde sua

comercialização tem conquistado o mercado devido seu baixo custo e

facilidade de implantação, bem como sua flexibilidade e exequibilidade. Além

disso, estão mais confiáveis e mais rápidas e apresenta como vantagem a

rápida instalação, redes flexíveis e não utiliza cabos elétricos ou qualquer outra

ligação física (Montebeller, 2006).

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O ZigBee iniciou no ano de 2002 e trouxe soluções para o mercado das

redes sem fios (Malafaya, Tomás e Sousa, 2005). Assim, o protocolo de

comunicação Zigbee, visa integrar as diversas partes do projeto como

sensores, atuadores e central, é fator facilitador na construção e

implementação.

A definição de uma rede Zigbee (Mesh) neste projeto caracteriza-o como

Retrofiting, ou seja, adaptação tecnológica das instalações elétricas e dos

principais equipamentos instalados nas áreas comuns da residência. Tal fato

visa à automatização sem a necessidade de alterar a instalação elétrica já

estabelecida, o que desvincula a implantação de um projeto de domótica com a

construção do imóvel.

A proposta deste trabalho foi desenvolver um controle residencial

baseado em uma rede de comunicação wireless utilizando o protocolo Zigbee,

fundamentalmente em Hardware, integrando com demais projetos de Software

e Comunicação, o que resulta em um protótipo que busca melhorar a qualidade

de vida, aumentar o bem estar, reduzir os afazeres domésticos e por fim

diminuir consideravelmente os gastos com instalação.

2. Objetivo

Este projeto visa desenvolver uma plataforma de hardware (módulos) que

por meio da comunicação Zigbee, interaja com uma central de controle a fim de

automatizar processos pertinentes em uma residência.

Todo o projeto está relacionado com outros dois trabalhos de

graduação, cada um em um nível de abstração (software e comunicação),

sendo estes “Central para Automação Residencial: desenvolvimento de

um software de monitoramento e controle” desenvolvido pelo aluno Bruno

Carbonari Pilon (2011) e “Central para Automação Residencial: Controle

por dispositivo portátil com rede de sensores/atuadores sem fio” por

Danilo Henrique Esteves (2011). Este conjunto proporciona o desenvolvimento

completo da Central de Automação Residencial e suas aplicabilidades.

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3. Estudos preliminares

3.1 Conceitos relacionados à Domótica

A automação residencial não deve ser vista sob a concepção de luxo ou

excentricidade, disponível a poucos com mais recursos financeiros. Como

qualquer novidade, a automação residencial, inicialmente, é percebida pelo

cliente como um símbolo de status e modernidade. No momento seguinte, o

conforto e a convivência por ela proporcionados passam a ser decisivos. Por

fim, ela se tornará uma necessidade e um fator de economia (Aureside).

Vecchi e Ogata (1999) definem a domótica como um novo domínio de

aplicação tecnológica, tendo como objetivo básico melhorar a qualidade de

vida, reduzindo o trabalho doméstico, aumentando o bem estar e a segurança

de seus habitantes e visa também uma utilização racional e planejada dos

diversos meios de consumo. Segundo escritores do artigo EasyLiving:

Technologies for Intelligent Environments, podemos admitir que um ambiente

inteligente é um espaço que contém dispositivos que trabalham juntos para

fornecer aos usuários o acesso à informação e serviços, uma outra visão da

automação residêncial.

Na Figura 1 temos uma visão de como as partes constituintes de um

projeto de automação residencial devem se correlacionar. O Edifício, para nós

residência, requer uma gestão plena de seus insumos e derivativos ou seja,

uma boa gestão é de acordo com Quaresma (2009) o conjunto de práticas

econômicas e empresariais que visão combinar de forma ótima os meios

técnicos, humanos e financeiros. As relações com as demais partes envolvidas

(Organização e Utilizador) requer uma comunicação como viés da informação

objetivando a integração ambiente/usuário nas formas mais diversas de

controle, como por exemplo, segurança.

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Figura 1 - Vicchi e Ogata -Estrutura de um edifício inteligente

O usuário objetiva uma ferramenta que consiga integrar a estética, a

facilidade, o controle, a ética (ambiental, humana, etc.) e a gestão do meio de

forma clara e precisa, sendo assim, a domotização deve ser estruturada com

base em necessidades e objetivos, fazendo então a ligação entre a

organização1, usuário e a residência.

Assim, de maneira cômica, Sharples (1999) define o motivo para que

não sejamos Ludicos2 com relação a tecnologia, “A idéia de um edifício

inteligente, provavelmente gera imagens de ocupantes indefesos lutando para

manter sua sanidade e liberdade enquanto travam uma luta de vida ou morte

contra o todo-poderoso computador escondido no porão! Felizmente a

realidade é bem diferente, sendo que edifícios inteligentes, como alguns

descrevem, já existe a algum tempo. A indústria de construção usa o termo

inteligente, para descrever a forma como a concepção da construção e gestão

1 Entende-se como a equipe responsável por proporcionar a automação do ambiente, pontualmente é possível correlacionar com o trabalho vigente, ou seja a Central de Automação Residencial. 2 Ludico é todo aquele que é contra o avanço tecnológico, tal qual Ned Ludd 1779.

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em um edifício pode garantir que o mesmo seja flexível, adaptável e rentável

durante sua vida útil.”

3.2. Adaptação de ambientes

Ao integrar uma residência com este tipo de tecnologia, deve-se

salientar o modelo de implantação, ou seja, como a casa será automatizada.

Na fase inicial da construção de um imóvel o projeto de Domótica pode ser

dimensionado para acompanhar a estrutura, todavia a automação de

ambientes pode surgir como uma necessidade após o imóvel ter sido

construído, neste sentido se aplica o Retrofit.

O Retrofit é o termo utilizado no meio da Domótica para opções de

automação de residências já construídas, tendo então de adaptar a

implantação as limitações do meio estabelecido. Então, para a reforma do

imóvel visando a implantação do sistema sem a necessidade de, por exemplo,

alterar as instalações elétricas e cabeamentos, Bolzani (2004) refere que

equipamentos sem fio e um bom planejamento permitem que várias funções e

serviços sejam implementados com o mínimo de problemas possível.

O conceito de Retrofit então vem acompanhado de algumas

características como as descritas a seguir:

Estudo: Deve-se levar em conta em qualquer projeto de

automação de ambientes, um estudo da casa para que possa

avaliar os equipamentos e condições de implantação. Após o

levantamento da planta à ser automatizada e as funções que

nela serão implementadas deve-se definir o nível necessário de

automação bem como a segurança a ser implantada e a

comunicação com o sistema.

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Comunicação: Cabe ao sistema à ser implantado uma definição

dos padrões de comunicação à serem usados na automação.

Interfaceamento com equipamentos: deve-se estudar o nível de

alteração dos sistemas pré-estabelecidos na residência para que

seja possível conectar os equipamentos existentes ao sistema à

ser implantado.

Documentação, Planta e desenhos do sistema: Para a

efetividade na atuação do sistema de controle residencial deve-

se ter um manual detalhado contendo pontos de supervisão e

controle, método de funcionamento dos sensores e atuadores,

funcionamento dos sistemas de segurança, integração com

sistemas antigos e um detalhamento técnico de conexões e

funcionamento do sistema.

O Retrofit servirá de pilar deste projeto, visando não apenas atender as

necessidades de implantação de um sistema automatizado junto à construção

do imóvel, bem como a implantação futura em uma obra já estabelecida. A

visão então de modelos sem fio (Wireless) vinculada ao bom planejamento da

integração fez o diferencial deste projeto.

3.3. Mercado, viabilidade e tendências.

O mercado de automação de residências acompanha um crescimento

acelerado, sendo assim pesquisas e estudos relacionados à domótica

proporcionam uma gama de aplicações e sistemas projetados usando

diferentes formas de atuação.

Alguns sistemas, que serão explanados a seguir, tem por base uma

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tecnologia conhecida como X-10, um protocolo que utiliza a rede elétrica como

meio de comunicação entre os dispositivos. Esta arquitetura descentralizada,

não foi foco neste projeto, pois ao efetuar o levantamento do estado da arte

bem como a viabilidade e exequibilidade definiu-se que este protocolo não

atende as especificações do Trabalho.

Alguns projetos desenvolvidos seguem padrões de automação e podem

ser correlacionados ao presente projeto, todavia particularidades e melhorias

podem ser destacadas. São estes:

Active Home (www.activehometechnologies.com): Este sistema foi

desenvolvido na França e é baseado no protocolo X-10, portanto dispensa

cabeamento, pois utiliza a rede elétrica para o envio de dados. Um sistema

relativamente simples, sem uma interface intuitiva como a sugerida no presente

projeto, pois tem seus comandos partindo de um dispositivo de rádio

frequência, como na Figura 2.

Figura 2 - Representação do sistema Active Home.

Cardio (www.cardio.pt): Sistema desenvolvido em Portugal, tendo uma

flexibilidade maior de atuação, pois já possui um painel touch-screen (Figura 3),

que acoplado a residência possibilita a integração com o usuário. Todavia, sua

tela é reduzida e o fato de ser fixa, impossibilita ao usuário uma maior

mobilidade no ambiente.

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Figura 3 - Cardio, tela de acionamento.

Mordomus (www.mordomus.com): Outro sistema Português, que

utiliza parte do protocolo X-10, todavia possui recursos mais incorporados

como, por exemplo, integração multimídia (TV, Home- Theater e Som) e

segurança (Vídeo-Porteiro e alarme), podendo ser controlados via painel ou

celular do usuário. Possui uma interface homem máquina (IHM) como a Figura

4, possibilitando assim uma melhor integração com o ambiente.

Figura 4 - Interface do Mordomus

As Figuras 5 e 6 mostram Hardwares desenvolvidos pela IVV

Automation, empresa que fabrica o Mordomus, Tais módulos tem a função de

leitura de contato de portas e janelas para informação de arrombamentos, além

da leitura de temperatura, luminosidade e humidade. Tais módulos tem funções

específicas e necessitam de ligação por fio até as unidades de monitoramento

(sensores).

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Figura 5 - Módulo IN22TWd da IVV Automation

Figura 6 - Módulo IN5AWD da IVV Automation

3NYX (www.3nyx.com): Desenvolvido pela Jet Home Automation , com

fundador brasileiro e sede estadunidense. Sistema baseado no protocolo IP,

largamente utilizado em aplicações na internet, e controlado por meio de um

dispositivo do tipo Tablet. Usa também o protocolo Wi-fi, possui ainda uma

ventral fixa no ambiente além do tablet móvel. Tal sistema se assemelha

bastante ao proposto no projeto descrito, todavia ainda com algumas limitações

que serão consideradas melhorias no projeto.

O 3NYX possibilita a criação de cenários, controle de iluminação,

segurança e monitoramento de câmeras, acesso a internet e acionamento de

equipamentos utilizando um módulo de controle sem fio.

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Figura 7 -Tablet do 3NYX

A Figura 8 mostra o módulo utilizado no 3nyx, percebe-se que por se

tratar de uma tecnologia mais avançada o equipamento possui a função de

central e tem sua arquitetura baseada em um computador convencional.

Figura 8 - Módulo do 3nyx

Com esta visão de mercado foi possível estabelecer metas tangíveis de

melhorias que poderiam ser aplicadas e então, possibilitar o desenvolvimento

de um sistema de controle residencial completo que gerisse de forma plena

quaisquer recursos de uma residência.

O mercado de automação residencial tem fortes conceitos agregados, o

que proporciona uma discussão estruturada das tendências deste ramo. Tais

conceitos podem ser ressalvados abaixo:

Eficiência Energética: uma das expressões mais utilizadas no

momento. É um argumento forte para impulsionar e difundir os

sistemas de controle residencial uma vez que com o controle

inteligente do ambiente é possível reduzir o consumo de energia

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elétrica e o aproveitamento melhor dos recursos naturais.

Sustentabilidade: esta é possível com a inteligência aplicada

numa série de processos e materiais inovadores e menos

abrasivos. Para exemplificar este item podemos descrever uma

pia inteligente a qual já separa os recicláveis dos orgânicos.

Acessibilidade: além do conforto que pode ser trazido com a

instalação de um sistema de automação, a acessibilidade é um

item fundamental, por exemplo, para um cadeirante, que poderia

monitorar toda a casa sem a necessidade de mobilizações

frequentes, as quais estão comprometidas pela deficiência. Além

deles, para idosos tais sistemas podem ser considerados de

grande utilidade.

Popularização com o uso de padrões abertos: com a tendência

de acabarem com os protocolos fechados, os sistemas se

disseminaram e se tornarão mais comuns com o passar do

tempo. O fato de utilizarem-se protocolos abertos permite que

desenvolvedores possam aplicá-los para os mais diversos fins e

utilidades.

Soluções Plug-and-Play: este conceito é fundamental uma vez

que através da implantação do sistema é possível a expansão

rápida e fácil das funcionalidades por meio de módulos que uma

vez inseridos no sistema já podem operar sem a necessidade de

intervenção de um técnico.

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Central de automação residencial - Hardware

24

4. Metodologia.

4.1. Especificações do sistema

A descrição do sistema pode ser baseada em um diagrama de blocos

como o apresentado nano Diagrama 1. Logo após o início do programa, a rotina

de conexão é iniciada. Essa rotina aguarda até que um cliente, nesse caso a

central de comunicação, esteja apto para conectar-se.

Diagrama 1 – Fluxo de funcionamento do sistema

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Central de automação residencial - Hardware

25

Assim que o processo de conexão é realizado o software começa a

aguardar pela ocorrência de eventos, que são ações a serem executadas pelo

usuário, tais como alteração de uma intensidade luminosa ou acionamento de

uma lâmpada, por exemplo. Caso nenhum evento ocorra, o software passa a

verificar se existem informações recém-enviadas, vindas do sistema e, se essas

informações estiverem disponíveis, utiliza-as para atualizar as telas mostradas

ao usuário. Caso ocorra um evento, imediatamente o programa executa as

rotinas responsáveis por montar e enviar o frame com o comando determinado

pelo usuário para a central de comunicação. Ao receber o frame, a Central de

comunicação avaliará se há alguma alteração no sistema – verificando se o

status de algum dos sensores foi alterado ou não. Caso nenhuma alteração seja

identificada, o frame Wi-Fi recebido é convertido para um frame ZigBee e

enviado para ao hardware do sistema, onde ficam ligados os módulos ZigBee.

Caso o atuador que executará o comando esteja ligado diretamente no módulo

ZigBee, o próprio módulo executará a ação, do contrário o comando será

interpretado pelo microcontrolador e executado pelo mesmo.

Caso a central de comunicação receba um frame ZigBee o mesmo será

interpretado convertido para um frame Wi-Fi e enviado pela central para o

software – interface com o usuário – que, por sua vez retornará para a rotina de

verificação de ocorrência de eventos, em caso negativo, a informação recebida

será interpretada e usada para, como descrito anteriormente, atualizar as telas

apresentadas ao usuário.

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Central de automação residencial - Hardware

26

4.2. Especificações do hardware

O sistema de Hardware, foco deste documento, visa os seguintes

objetivos:

Monitorar e atuar: parte inteligente representada pelo

microcontrolador que monitora as entradas do sistema e emite

sinais para atuar nas saídas.

Receber informações: As entradas do sistema foram estipuladas

baseando-se nas opções que o usuário terá para interagir com o

ambiente, sendo resultado do processo de transmissão Wireless.

Concentrar de forma dinâmica todos os circuitos necessários para

o funcionamento deste projeto.

O diagrama de blocos da Figura 9 ilustra o funcionamento do

Hardware, suas atuações e variáveis de monitoramento.

Figura 9 - Diagrama de bloco das funções do Hardware

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4.3. Escolha dos sensores e atuadores.

De modo geral, os sensores e Atuadores do sistema de automação

residencial devem ser bem escolhidos, visando todos os itens supracitados

(3.3). Sendo assim os componentes explicitados adiante foram definidos com

base em todo o estado da arte apresentado bem como visando a

exequibilidade e versatilidade.

Sensores indutivos foram utilizados para monitoramento e segurança de

janelas e portas. Tais sensores são responsáveis por enviar a central um sinal

caso houvesse, por exemplo, violações na residência. Seu funcionamento é

simples, como o exemplo da Figura 10, uma parte é presa na porta (ou janela)

em sua parte móvel e a outra extremidade na parte onde esta fixada a porta

(batente), posiciona-se as partes de tal maneira que uma esteja alinhada com a

outra.

O baixo custo agregado a simplicidade de funcionamento faz com que

este dispositivo seja amplamente utilizado no mercado, o que justifica o uso do

mesmo.

Figura 10 - Exemplo de sensor indutivo

A escolha do sensor de temperatura adequado para a proposta foi

decisiva para facilitar o sistema tanto em sua visão hardware quanto software.

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O dispositivo Lm35 é um sensor de temperatura que tem como saída uma

tensão linearmente proporcional a temperatura em Graus Celcius (Centigrados

- ºC). Tal sensor não necessita de calibração, respondendo muito bem a

aplicação mostrando precisão de 0,5 ºC.

Mais uma vez a simplicidade, baixo custo e eficiência definiram a

escolha deste sensor que é exemplificado na Figura 11.

Figura 11 - Sensor LM35

Os sensores de Temperatura juntamente com os sensores de

luminosidade (LDR´s) foram usados para o monitoramento do ambiente, tanto

internamente como comparado com partes externas.

Quanto ao uso dos LDR´s a justificativa detêm-se em simplicidade e

objetividade, tendo seu funcionamento binário, definindo a ausência ou não de

intensidade luminosa.

Para o controle da intensidade luminosa do ambiente foi utilizado o

circuito dimer (que será melhor mitigado posteriormente).

Para atuar na posição da persiana da janela foi utilizado um motor com

redutor como o exemplificado na Figura 12.

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Figura 12 - Motor com redutor

O controle do estado da persiana foi feito utilizando-se um sensor

denominado chave óptica ou encoder. A forma deste sensor é mostrada na

Figura 13.

Figura 13 - Chave óptica

As chaves ópticas são sensores formados por um emissor de luz

infravermelho (Led) e um foto-sensor que pode ser um foto-transistor ou um

foto-diodo.

Quando um objeto passa pela abertura do sensor a luz do emissor que

incide no foto-diodo é cortada gerando um sinal elétrico, que é mantido

enquanto o objeto permanecer obstruindo a passagem da luz.

Mais adiante será mostrado como foi efetuado o acoplamento entre o

motor e o encoder.

O acionamento de um ventilador foi efetuado utilizando-se uma das

saídas do microcontrolador que pudesse acionar um relê. Tal processo foi

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30

desenvolvido visando o conforto e eventual diminuição de temperatura do

ambiente.

Os demais dispositivos empregados na execução deste projeto são

definidos e explicados ao longo do desenvolvimento deste documento visando

a compreensão do material.

4.4. Definição da planta à ser automatizada.

Neste ato do projeto é necessário a definição da planta à ser

automatizada. A Figura 14 mostra um exemplo de planta que foi baseada para

a execução do projeto.

Um cômodo apenas foi escolhido com base nos estudos preliminares e

também com fundamento no protocolo escolhido para implementação o Zigbee.

Tal fato se deve a justificativa de ao implantar o sistema proposto em um único

ambiente e este funcionar perfeitamente, é possível a alocação do controle em

outros cômodos da residência sem maiores problemas devido ao tipo de

protocolo e rede (mesh) que será usado.

Os sensores e atuadores estarão vinculados primeiramente a este

cômodo, posteriormente pode-se agregar mais ferramentas para o restante da

casa.

Figura 14 - Modelo de planta à ser automatizada

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Central de automação residencial - Hardware

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4.5. Rede de comunicação.

Um grupo de empresas se uniu em uma aliança conhecida como Zigbee

Alliance com o objetivo de preencher um buraco no mercado, assim

desenvolveram o protocolo Zigbee que é altamente confiável e seguro, possui

consumo baixo de potência e o principal é um padrão aberto.

A tecnologia Zigbee utiliza a especificação para rádio frequência IEE

802.15.4, além de ser acessível, devido a seu objetivo maior que é atender o

mercado de produtos comerciais os dispositivos são simples e de baixo custo.

A rede Mesh (Figura 15) que esta tecnologia posibilita é um diferencial

das demais (poin-to-point e point-to- multi point). Esta rede permite que

determinados elementos, como neste caso chamados de End-devices possam

atuar como roteadores, deixando a rede mais robusta o que permite a inserção

de novos dispositivos sem necessidade de reestruturar a rede. Tal fato

possibilita o uso em ambientes com muitos obstáculos o que no caso de

residências o fato é extremamente comum.

Figura 15 - Rede Zigbee Mesh

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32

O baixo consumo de potência possibilita maior autonomia, que

conciliado com a estrutura robusta possibilita alta confiabilidade na transmissão

de dados e maior segurança.

A Tabela 1 mostra um comparativo com outras tecnologias já bem

difundidas.

A tecnologia Zigbee se mostra mais interessante e eficaz para a

aplicação domiciliar em todos os quesitos, ressalvando a baixa complexidade e

a topologia de rede.

A empresa Albacore, uma das distribuidoras da tecnologia no Brasil em

seus cursos de “Start up Zigbee” cria um comparativo entre distância e

velocidade de transmissão de dados, tais quesitos são apresentados na Figura

16.

Tabela 1 -Comparativo entre principais tecnologias.

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Esta tecnologia se demonstra apropriada para a aplicação de domótica

devido as suas características e o conceito novo de rede Mesh.

4.6. Dispositivo de controle

Para o presente projeto foi escolhido o microcontrolador Atmega8,

microcontrolador que realizará a função de armazenamento das variáveis e será

responsável pela inteligência do hardware. Sua vasta gama de aplicações, bem

como sua arquitetura robusta e sua alta performance foram fatores decisivos na

escolha de tal componente.

Tendo sua pinagem exemplificada na Figura 17 pode-se salientar suas

especificações:

28 pinos sendo 23 I/O´s (Entradas/Saídas)

Figura 16 - Alcance x Velocidade

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Opera a uma tensão de 4,5 a 5,5V

Tem seu consumo padrão (4 Mhz, 3V, 25°C) sendo de 1,0 mA em

modo ativo e até 0,5 em “power-down”

Figura 17 - Pinagem do Atmega8

Para programar a memória flash do Atmega8 foi utilizado o compilador

Bascom – MCS Eletronics (www.mcselec.com). Este software é de simples uso

e de linguagem de programação própria de fácil compreensão, é comumente

usado para programar Atmel-Avr´s.

O AVR é um microcontrolador RISC de chip único com uma arquitetura

Harvard modificada de 8-bit (µC) desenvolvido pela Atmel em 1996. Foi um dos

primeiros da família de microcontroladores a utilizar uma memória flash com o

intuito de armazenar a programação, diferentemente de seus concorrentes da

época, que utilizavam memórias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM.

Para a gravação do programa no chip, foi utilizado o gravador Universal

Top Max II da empresa “ee tools” (www.eetools.com), que esta disponível para o

uso em pesquisas e estudo para alunos da Universidade Estadual Paulista –

Júlio de Mesquita Filho Campus de Sorocaba. O modelo é apresentado na

Figura 18.

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35

Figura 18 - Gravador Universal

4.7. Adequações realizadas.

A definição assertiva dos componentes e métodos utilizados neste projeto

foi, de início, conturbada.

O levantamento do “Estado da Arte” foi ícone fundamental ao início do

estudo e proporcionou a realização de uma pesquisa que definiu os sensores,

atuadores, microcontrolador e equipamentos que foram utilizados na construção

da plataforma de hardware.

Sendo assim deve-se fazer uma ressalva as barreiras encontradas

comuns em qualquer projeto, inclusive neste.

A escolha do software à ser usado para programação passou por

diversos testes antes mesmo de se optar pelo Bascom. Fora usados os

softwares PonyProg 200 (software livre) e o Avr studio da própria Atmel. Ambos

não atenderam às necessidades do projeto, cada qual por fatores diversos.

O PonyProg, apesar de ser de simples manuseio, é limitado quanto a

sua funcionalidade, portanto não se comunica com todos os gravadores e sua

interface não permite por exemplo uma simulação da programação. Tais

fatores foram decisivos para não optar por este modelo.

O Avr Studio, ao contrário do anterior é demasiado completo, todavia

tem suas versões pagas, ou seja, visando a necessidade diminuir os gastos

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Central de automação residencial - Hardware

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com o projeto, bem como a não necessidade atual de se contratar uma licença,

foi opcional a não utilização do mesmo.

O Bascom, software escolhido, apesar de ser pago, disponibiliza uma

versão demo, que para o projeto foi suficiente. Tal software é de funcionamento

simples e acessível permitindo simulações e a geração de arquivos como .hex,

.bin .bas entre outros. Além de apresentar funcionalidades diferenciadas que

auxiliam, de certa forma, a programação por exemplo, disponibiliza uma

ilustração do microcontrolador à ser programada com a definição de suas

portas, além de ser possível associar documentos como .pdf´s que podem ser

abertos na mesma janela de programação e auxiliar durante o processo. Segue

a tela Bascom, representada na Figura 19.

Figura 19 - tela do Programa Bascom

A escolha do gravador também foi decisiva para o andamento do projeto,

mediante a disponibilidade de uso do gravador da Universidade, em primeira

instância foi feita uma pesquisa na rede de Internet sobre possíveis gravadores

“caseiros” que poderiam ser usados no projeto, inclusive também há projetos de

gravadores similares no manual de usuário do Bascom (Anexo).

A execução de gravadores comuns na rede não atendeu as

necessidades, apesar do desenvolvimento correto via hardware, os softwares

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Central de automação residencial - Hardware

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utilizados para programação nem sempre detectavam o gravador desenvolvido,

o que tornou necessário a utilização de um gravador universal como o citado

anteriormente. O modelo de um dos gravadores desenvolvidos é exposto na

Figura 20.

Figura 20 - Modelo de gravador "caseiro"

As demais escolhas efetuadas ao longo do projeto foram embasadas em

pesquisas e adequação as necessidades, não apenas processuais bem como

orçamentárias.

5. Desenvolvimento.

5.1 .Visão geral do sistema.

A proposta de desenvolver um protótipo e aplicá-lo em uma planta real

propiciou uma melhor visualização da complexidade do projeto.

O sistema proposto é composto baseado na Figura 21, onde a IHM

(Interface Homem Maquina) se comunica por Wi-fi com outra máquina que

processa a informação e efetua a comunicação Zibee com a placa de Hardware

para que os sensores e atuadores efetuem seus respectivos papéis.

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O protótipo foi pensado seguindo a aplicação na planta real apresentada

esquematicamente pela Figura 22, sendo possível assim visualizar a

aplicabilidade da proposta. Os atuadores e sensores são apresentados na

legenda. Para que fosse possível a realização deste modelo foram necessárias

três (3) placas de Hardware, não justificadas pela distância, porém baseadas na

simulação da rede Mesh e possível aplicação futura para uma planta mais

complexa.

Tratando-se da parte de Hardware os circuitos que seriam necessários

para a exequibilidade do proposto foram estipulados e serão explicados a seguir,

sendo eles o circuito de alimentação, o de acionamento da persiana, controle de

intensidade luminosa, circuito de ligação do microcontrolador Atmega8 com o

Zigbee e circuitos atuadores diretos. Para os demais circuitos, presença,

temperatura e LDR será apresentado o modelo de ligação porém deve-se citar

que por motivos de facilidade lógica a ligação dos mesmos foi diretamente feita

ao chip zigbee ao invés de passar pelo microcontrolador.

Vale salientar que todo o software necessário para a comunicação e IHM

foi desenvolvido em Pilon (2011) e Esteves (2011).

Figura 21 - Modelo de comunicação

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5.2. Circuito de Alimentação

O circuito de alimentação é de fundamental importância para a

composição da placa de circuito impresso tendo em vista que na mesma devem

circular tensões de 127V CA para alimentação da placa e também de alguns

acionamentos, 12V CC para o acionamento do motor da persiana e 5V CC que

serve de alimentação para toda a parte eletrônica e do microcontrolador exceto

a alimentação do Zigbee que necessita de 3,3V CC.

Tendo as tensões necessárias para alimentar todos os circuitos da placa,

foi utilizado o esquema da Figura 23 (www.ivarijis.vilabol.uol.com.br) como

modelo para representação do circuito montado.

Figura 22 - Esquemático das aplicações na planta real

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Figura 23 - Esquema do circuito de alimentação

A alimentação da placa foi determinada com base no padrão brasileiro

estabelecido pela Aneel (Agência Nacional de Energia Elétrica)

(www.aneel.gov.br), ou seja 127V CA e 60Hz.

O transformador é responsável por abaixar a tensão e fazer o isolamento

do circuito. Por segurança foi adicionado um fusível antes da entrada de tensão

no transformador para garantir que, em casos de sobrecarga, a placa não fosse

danificada.

A ponte de diodos é responsável pela retificação da onda, gerando uma

tensão média de 18V aproximadamente.

Na Figura 23 foi utilizado um regulador de tensão cujo papel é manter

estável (regulação linear) a tensão requerida. Segue modelo Figuras 24 e 25.

Figura 24 - Funcionamento do Regulador de Tensão

Figura 25 - Modelo genérico do regulador de tensão

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A regulação em 12V constante posteriormente alimenta mais dois

circuitos semelhantes para a redução a 5V e enfim 3,3. Respectivamente foram

usados os seguintes reguladores LM7812, LM7805 e LM 1117.

È necessário pontuar que para o regulador LM1117 que possui

configuração diferenciada no circuito, seguindo o modelo da Figura 26 retirado

da página da Rogercom (www.rogercom.com.br).

Figura 26 - Configuração LM1117 (Rogercom)

Na Figura 27 é apresentado um diagrama de blocos para exemplificar o

sistema proposto de uma fonte de alimentação com tensão regulada na saída.

Figura 27 - Diagrama de blocos para a fonte de alimentação

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5.3. Circuito para atuação na persiana

O acionamento da persiana é feito pela atuação de um motor de corrente

contínua (Motor CC) de 12V conectado como mostrado na Figura 28 que faz

parte do datasheet (Anexos) do componente L298 que é apresentado na Figura

29.

Figura 28 - Ligação do Motor no L298

A ligação apresentada é feita para que possamos usar o motor CC de

forma que o mesmo aplique torque para os dois sentidos de rotação (horário e

anti-horário). O circuito muitas vezes utilizado para efetuar este tipo de atuação

é a ponte H, que para este projeto é representada pelo CI L298.

A habilitação do componente integrado possibilita que se possa atuar no

motor apenas mudando o sinal das saídas do componente e conforme a

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combinação tem-se a função desejada. Tais funções são apresentadas na

Tabela2.

Figura 29 - Modelo do componente L298

A análise da Tabela 2 (datashhet) permite compreender como parar e

mover o motor para o sentido requerido. A combinação e programação para

execução destas atividades pelo microcontrolador são apresentadas mais

adiante quando é explicado o método de programação.

Tabela 2- Combinações das saídas do L298 para atuação no Motor CC (anexos)

5.4 Circuito Atmega8 – Zigbee

A Figura 30 representa a pinagem do chip Zigbee. A alimentação com 3,3

V CC foi conectada aos pinos 1 e 14 e o Terra (GND) ao pino 10.

O Zigbee é responsável por encaminhar ao microcontrolador os sinais

para o controle do motor da persiana e também do controle de dimer

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(intensidade luminosa). Para tal, as portas do zigbee foram configuradas como

saídas de sinal.

As portas 16 e 17 sendo as responsáveis pelo sinal referente ao motor e

as portas 11,12 e 7 são responsáveis pela combinação do circuito dimerizador.

O LDR, o sensor indutivo e o de Temperatura, como citado anteriormente

foram ligados diretamente ao Zigbee, portando em portas de entrada de sinal,

são estas 18,19 e 20 respectivamente.

Figura 30 – Modelo desenvolvido para representar o Chip Zigbee

Na visão do microcontrolador (Figura 17), a Porta B, de 0 a 5, recebe

todos os dados enviados pelo Zigbee para que possam ser manipulados.

Todas as configurações e ligações citadas ao longo do projeto estão no

Apêndice que consta o circuito elétrico esquematizado.

5.5. Circuito Dimer

O circuito dimer consiste no controle da intensidade luminosa através da

porção de potência entregue a carga, neste caso uma lâmpada halogênica. A

Figura 31 mostra a configuração do circuito dimer.

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O relê mostrado no esquema foi colocado para garantir o não desperdício

de energia no modo “Standby”, ou seja o consumo de energia elétrica no modo

de espera.

O optoacoplador 4N35 é responsável por detectar a passagem da onda

de alimentação CA por zero, emitindo um sinal a cada transição.

A parte inferior do circuito, onde encontra-se o Triac BT138 e o

optoacoplador MOC3021 é responsável pelo controle do ângulo disparo do Gate

do triac, assim limitando a onda conforme o necessário.

Para exemplificar o ângulo de disparo do Gate do Triac, a Figura 32

retirada do site Elétron Livre (www.blog.eletronlivre.com.br) representa três (3)

situações distintas do tempo de disparo e o comportamento resultante da onda

de entrada.

Percebe-se que a quantidade de energia entregue a carga muda

conforme controla-se o ângulo de disparo, tal resultado proporciona o controle

da intensidade luminosa na lâmpada.

Figura 31 - Circuito Dimer

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Figura 32 - Situações para o disparo do Garte

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Através do controle do ângulo de disparo do triac, seria possível manter a

lâmpada teoricamente apagada, porém estaríamos consumindo energia

desnecessária devido ao Standby, para isso como citado anteriormente o relê

microcontrolado proporciona uma melhor economia de energia e, portanto um

controle mais adequado.

A Figura 33 mostra a onda de alimentação no detalhe, onde T representa

o período da onda e foi calculado para auxiliar na divisão da onda conforme os

tempos de disparo necessários para o controle proposto.

(EQ.1)

(EQ.2)

(EQ.3)

Como o circuito dimer será microcontrolado, ou seja o

microcontrolador receberá uma combinação de três bits do zigbee para definir

qual estado ou intensidade luminosa, o usuário deseja que a lâmpada esteja.

Figura 33 - Onda CA de alimentação

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Três bits geram oito (8) combinações, porém como uma delas será a lâmpada

desligada que apenas seria tirar a tensão que alimenta a bobina do relê abrindo-

o, para as demais situações pode-se dividir meia onda (8,35 ms) em sete (7)

partes iguais.

Cada porção resultante da divisão proporcionará um momento de disparo

do Gate e assim o acionamento da lâmpada. Então após efetuado os cálculos

tem-se a Tabela 3 contendo cada ângulo que o Gate deve ser disparado para a

obtenção do estado desejado pelo usuário.

Tabela 3 - Ângulos de disparo do Gate.

D0 D1 D2 Ângulo de disparo [ms] Estado da

Lâmpada

0 0 0 - Apagada

0 0 1 1/140 15%

0 1 0 1/168 30%

0 1 1 1/210 45%

1 0 0 1/280 60%

1 0 1 1/420 75%

1 1 0 1/840 90%

1 1 1 0 100%

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5.6 Circuitos LDR, Indutivo e Temperatura.

Para o circuito de LDR (Light Dependent Resistor ou em português

Resistor Dependente de Luz) que é um componente eletrônico que quando

incidimos luz sobre ele o mesmo diminui sua resistência, foi montado conforme a

Figura 34.

Este circuito funciona como um sensor de luz, ou seja, quando há luz

sobre o LDR ele vai acionar o transistor que acionará o LED. Quando o existe

alguma luminosidade o LDR diminui sua resistência fazendo assim a tensão

sobre a base do transistor subir acima de sua tensão de saturação, o que leva a

saturação do transistor (acionando o LED). Quando não há mais incidência de

luz o LDR aumenta sua resistência, fazendo assim a tensão sobre a base do

transistor cair abaixo da tensão de saturação (desativando o LED).

Figura 34 - Circuito LDR

O circuito é composto por um divisor de tensão, assim pode-se calcular o

valor da tensão no Led seguindo a Equação 4.

Deve-se salientar que para efeito de cálculo e disposição na placa o Rv1

(resistor variável) foi substituído por R4.

(EQ.4)

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50

O valor de resistência do LDR foi obtido experimentalmente para duas

situações uma com luz ambiente (dia) e outra com intensidade luminosa

reduzida (noite), seus valor são apresentados pelas Equações 5 e 6.

(EQ.5)

(EQ.6)

Baseando-se no datasheet (Anexos) do BC548 e tendo os valores de

resistência e tensão de entrada apresentados calcula-se a tensão de saída.

(EQ.7)

(EQ.8)

(EQ.9)

(EQ.10)

(EQ.11)

(EQ.12)

Assim percebe-se que durante o dia o Led permanece acesso e o sinal no

bit de entrada do zigbee é 1, durante a noite o Led não acende e o bit de entrada

recebe 0.

Para o sensor indutivo foi conectado diretamente a uma porta definida

como entrada do Zigbee e alimentado por 3,3 V também, assim seu

funcionamento é simples emitindo 0 (zero) quando não a contato entre as partes

do sensor (Figura 10) e 1 (um) quando existe o contato para o bit de entrada.

Como instalaremos em portas e janelas, quando as mesmas estiverem

fechadas o zigbee recebe 1 (um), se forem violadas, ou seja, abertas o zigbee

recebe 0 (zero).

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Para o circuito de temperatura foi usado o LM35, e conectado diretamente

ao Zigbee conforme o proposto no datasheet do mesmo (Anexos) e

representado na Figura 35.

Figura 35 - Circuito de Temperatura

5.7 Circuitos atuadores diretos (Relês)

Neste projeto coube ao escopo incluir dois circuitos que foram definidos

como atuadores diretos, pois apenas é acionado um relê que ao fechar o contato

ativa por exemplo um ventilador ou uma lâmpada.

O relê utilizado foi o AX1RC -5V, apresentado na Figura 36, ele tem sua

bobina ativada a 5V e tem capacidade do contato com 125 V CA ou 24 V CC.

Figura 36 - Relê AX1RC -5V

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52

O esquema elétrico extraído do datasheet (Anexos) é representado na

Figura 37.

Figura 37 - Diagrama elétrico do relê

O circuito para o qual foi utilizado o relê é apresentado na Figura 38.

Aciona-se a bobina através de uma porta do Atmega8 configurada como saída

que ao acioná-la fecha o circuito e torna possível a alimentação da carga.

Vale salientar que visando o objetivo de tornar esta estrutura On/Off

genérica, pode-se conectar aparelhos diversos que funcionam (neste caso) com

127 V. O acionamento da carga vem por um sinal Zigbee que é processado no

microcontrolador e por sua vez atua diretamente na bobina do relê.

Figura 38 - Circuito esquemático do funcionamento do relê.

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5.8 Circuito detector de pulso do botão.

O acendimento das luzes do quarto não apenas poderia ser controlado

pela IHM, todavia o usuário pode, por exemplo, acionar um ou mais interruptores

do cômodo, tal atitude deve mudar o status no programa e assim quando o

usuário desejar usara IHM esta efetue seu papel.

Para que fosse possível identificar o estado do botão, ou seja se a luz foi

acionada mecanicamente, foi necessário o desenvolvimento de um circuito

detector de pulsos pois o mecanismo que temos em botões convencionais é

mecânico e não seria plausível atuar no mesmo. Assim, foi desenvolvido o

circuito da Figura 42.

Para que fosse possível guardar o estado da entrada utilizou-se um Flip-

Flop tipo D, apresentado na Figura 39.

A cada pulso positivo de clock o circuito integrado mostra na saída o valor

que tem na entrada, e enquanto não houver outra subida no pulso de clock o

sinal é mantido.

A detecção de borda de subida e a transferência da informação da

entrada para a saída juntamente com o armazenamento do dado, caracteriza o

circuito dentro da funcionalidade necessária.

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Todos os interruptores mecânicos apresentam a existência de dois

contatos metálicos que serão apertados quando em manobra de apertar o botão

ocorre, este contato gera oscilações indesejadas antes e depois do contato

(Figura 40), ou seja, uma quantidade finita de pulsos decorrentes do efetivo de

fechamento ou abertura da chave. Para circuitos elétricos tais como lâmpadas e

campainhas, este comportamento não é perceptível, mas certamente não são

desejados em circuitos digitais.

Este fenômeno descrito é caracterizado como efeito debouncing e para

corrigi-lo é necessário a geração de um atraso na porta, para que o circuito

digital não perceba a oscilação. Tal atraso pode ser realizado via software ou

hardware.

Figura 39 - a) FF tipo D e tabela verdade - b) ondas

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Devido ao posicionamento do circuito (dentro da caixa que se encontra o

botão de acionamento da luz) foi proposto um atraso via hardware através da

utilização de uma porta NAND como a apresentada na Figura 41.

A porta Nand propicia um atraso na informação de detecção do pulso, o

que resulta em uma maior precisão no sinal. Deve-se salientar que o efeito

debouncig é indesejável na aplicação para que não haja por exemplo, com um

“click” do botão uma oscilação entre ascendimento e desligamento da lâmpada,

ou até mesmo uma disfunção no programa.

O circuito resultante é apresentado na Figura 42, foi simulado no Software

ISIS do Proteus.

Figura 40 - Efeito debouncing

Figura 41 - Porta NAND

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Neste ponto é importante ressaltar que cada circuito quando necessário

foi simulado antes da montagem de testes no Protoboard. Para outros circuitos o

teste foi mais em Protoboard foi mais pertinente.

5.9. Programação do Microcontrolador.

Todo o programa desenvolvido e comentado encontra-se no Apêndice,

sendo assim esta seção dedica-se a explicar partes necessárias para o

funcionamento do mesmo.

Figura 42 - Circuito de acionamento do botão

Figura 43 - Configurações

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A Figura 43 mostra a declaração do microcontrolador usado e

posteriormente configura as portas de entradas e saída do sistema.

A Figura 44 mostra a rotina criada para a leitura das portas de entrada e

aquisição de seus sinais.

A leitura é efetuada antes de qualquer ação do programa, além disso, as

funções que são declaradas posteriormente apenas são chamadas se houver

variação no estado anterior como forma de agilizar o processamento, por isso há

uma série de comparações à serem feitas.

Figura 44 - rotina de leitura e cérebro do programa

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Caso haja uma alteração em uma das variáveis de comparação o estado

deve ser atualizado, sendo assim, como resultado das comparações as funções

são chamadas e após suas ações serem efetuadas o programa retorna para o

ponto de início.

Um fragmento da função Dimer pode ser analisado na Figura 45.

Figura 45 - Fragmento da função Dimer

Pode-se destacar da função Dimer os seguintes pontos, cada combinação

das entradas digitais define um estado para a lâmpada dimerizada e por sua vez

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um tempo de disparo (ângulo de disparo) do Gate do Triac que proporciona a

intensidade desejada.

Figura 46 - Função detecta zero

A Figura 46 mostra a função criada para detectar a passagem por zero da

onda de 127V CA que alimenta o sistema, após a detecção do zero o programa

aguarda um tempo exato, indicando o tempo de disparo e então envia um para a

saída correspondente conectada ao Gate do Triac.

Figura 47 - Função de atuação no motor

A Figura 47 ilustra o funcionamento da função de escolha da ação do

motor, ou seja, baseado na leitura das portas digitais pode-se compreender qual

posição o usuário deseja que a persiana esteja. Uma outra função (Figura 48) foi

criada visando simplificar o programa.

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A função denominada Persiana é responsável por diagnosticar a posição

anterior da persiana e calcular quanto a mesma deve se mover, sabendo já a

resposta da função Motor que indica se é para cima ou para baixo que o motor

deve atuar.

Figura 48 - Função Persiana

A Figura 49 demonstra a função do ventilador que é responsável por

adquirir o sinal encaminhar para a saída. Ainda temos a função teste, um

exemplo que roda continuamente para mostrar se a memória foi gravada

corretamente e se o funcionamento da placa esta correto.

Por fim o programa esta em Loop infinito, ou seja, nunca é finalizado, sempre

esta atualizando entradas e atuando por meio das funções.

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Figura 49 - Funções finais

5.10 Testes de Hardware

A Figura 50 mostra o hardware desenvolvido para testes. Após a

definição dos circuitos a serem utilizados a fase de testes dos mesmo se iniciou,

gerando uma infinidade de montagens e uma sequência de testes tanto de

programação quanto de sistema físico.

A figura apresentada é apenas um dos modelos que foram montados e

desmontados diversas vezes tais testes realizados permitiram o refinamento do

esquema elétrico proposto (Apêndice) bem como e exequibilidade dos circuitos.

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Figura 50 - Hardware montado para teste

Nesta etapa de testes o sistema não tinha qualquer comunicação com o

sistema Zigbee (Esteves, 2011) ou com a IHM (Pilon,2011) sendo assim os

testes foram efetuados visando a simulação dos circuitos e quando necessárias

as entradas e saídas de sinal foram forçadas e/ou substituídas por botões.

Nesta fase coube a compilação do programa para o microcontrolador, de

forma simultânea, muitas vezes, pra que fosse possível a confiabilidade no

sistema proposto.

O programa, após compilado, foi gravado com sucesso com o uso do

Gravador Universal apresentado previamente e seu resultado é exposto na

Figura 51. O software utilizado para a gravação é o Max Loader fornecido pela

própria empresa do Gravador (www.eetools.com.br).

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6. Resultados

6.1 O Layout

Depois de decorrido o desenvolvimento, os testes preliminares e o

refinamento do esquema elétrico (Apêndice), o esquema proposto permitiu a

contratação de uma empresa terceirizada, especialista no desenvolvimento de

placas de circuito impresso (PCI), para a confecção do layout e posteriormente

da placa à ser utilizada como protótipo na instalação.

Figura 51 - Gravação do Microcontrolador

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A escolha de uma empresa para a realização deste serviço, além é claro

da experiência no método utilizado, visou agilizar o projeto e finalizar o protótipo

que seria usado na integração. Deve-se salientar que o desenvolvimento do

layout, bem como a confecção de uma placa de circuito impresso estavam fora

do escopo do projeto e servem para agregar funcionalidade ao proposto.

O desenvolvimento do layout é apresentado nas Figuras 52 a 55 cada

qual apresentando a vista superior, a furação e a vista inferior da placa.

Figura 52 - Layout da vista superior da PCI

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Figura 53 - Layout da furação à ser aplicada na PCI

Figura 54 - Layout do posicionamento de Componentes na PCI

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66

6.2 A Placa de Circuito Impresso.

O layout proposto foi confeccionado e posteriormente utilizado para a

formulação da Placa de Circuito Impresso (PCI) apresentada nas Figuras 56 e

57.

A execução deste passo foi fundamental para a proposta contida no

escopo do projeto, a integração propriamente dita. A placa fabricada tem a

função de, através da comunicação Zigbee, interagir com o proposto por Pilon

(2011) e Esteves (2011).

Figura 55 - Layout da vista inferior da PCI

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O posicionamento e soldagem dos componentes foi aferida e pode gerar

a PCI final exemplificada pela Figura 58.

Figura 56 - Vista superior da PCI.

Figura 57 - Vista inferior da PCI.

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68

A Confecção da PCI propiciou uma visão realista do protótipo e seu

aplicabilidade se torna mensurável após a integração.

Foram confeccionadas 3 (três) placas visando a composição e integração

total do ambiente, cada qual desempenhando uma função de monitoramento

e/ou controle específico do cômodo para que fosse possível a utilização da

analogia de um cômodo a uma residência.

Se comparada às Figuras 5 e 6 a PCI desenvolvida se apresenta mais

robusta e versátil podendo ser aplicada a mais funcionalidades que as citadas.

Quando comparada ao módulo do 3NYX(Figura 8), por se tratar de um protótipo,

o módulo desenvolvido esta perto de um produto de grande porte, futuramente é

cabível o desenvolvimento e aperfeiçoamento de uma central mais próxima do

produto disponibilizado pela Jet Home Automation (www.3nyx.com).

Figura 58 - Placa de circuito impressa

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69

6.3 Placa para detecção de pulsos do botão.

Como citado anteriormente, para a aplicação proposta é necessária a

confecção de uma placa para correção do efeito deboucing e ainda aquisição do

sinal gerado através do acionamento do botão (pulso).

Para esta aplicação não se detectou necessidade de terceirizar o serviço

visto a logística e manipulação simples e isolada do circuito.

Assim, foi utilizado o método de corrosão de placas de cobre utilizando o

ácido Percloreto de Ferro (Anexo). Tal método é comumente usado para

confecção de placas simples e de protótipos para testes.

O resultado esta exposto nas Figuras 59 e 60 e a placa atingiu o proposto

funcionando adequadamente.

Figura 59 - Vista superior da placa do botão.

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70

A confecção destes módulos de hardware deve ser repetida para cada

interruptor presente no ambiente, ou então substituída por um método de

software.

6.4 Aplicações

A inclusão desta seção visa apenas a consolidação das informações

passadas durante o projeto conectando-as com suas aplicações propostas.

A PCI, juntamente com a placa do botão, mais os sensores e atuadores

formam o conjunto de Hardware necessário para a atuação e integração de uma

residência, assim as partes foram confeccionadas visando não apenas o

atendimento da aplicação específica, entretanto uma gama de ambientes

similares.

Com a placa fabricada temos a opção de:

Figura 60 - Vista inferior da placa do botão.

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Controlar um motor CC de 12V bidireccionalmente.

Acionar dois atuadores (eletrodomésticos etc.) que utilizam alimentação

127V CA.

Dimerizar uma lâmpada, ou conjunto de lâmpadas, conectados a placa.

Proporciona a obtenção do sinal de ausência ou presença de iluminação.

Proporciona a obtenção do sinal de temperatura gerado pelo sensor.

Proporciona o sinal de abertura de portas e janelas por meio do sensor

indutivo.

Fornece alimentação em três tensões CC, 12V, 5V e 3,3V.

A placa ainda possui o circuito de isolamento e proteção em caso de

descargas altas de tensão além de propiciar a comunicação entre módulos

Zigbee visando a integração e monitoramento da residência.

6.5 Testes Gerais com Integração de Sistemas.

A dificuldade na execução paralela e vinculada aos projetos citados em

Pilon (2011) e Esteves (2011), bem como as barreiras impostas durante o

caminhar do projeto como, por exemplo, fabricação da placa de circuito

impressa, não conformidade de gravadores do Atmega8 caseiros entre outros,

gerou um atraso em cronograma, assim não foi possível a conclusão dos testes

envolvendo todas as variáveis monitoradas e controladas.

Alguns testes já foram realizados e obtiveram sucesso em sua execução,

são estes o acionamento da persiana, o monitoramento da temperatura interna e

externa, os sensores indutivos monitorando a abertura e fechamento de portas e

janelas e por fim, o acionamento de um ventilador como proposta de atuar na

temperatura. Neste ponto vale salientar que demais objetos 127V CC podem ser

conectados e acionados com união do projeto como um todos continuado pelo

software de comunicação (www.blog.eletronlivre.com.br) e a IHM (Pilon, 2011).

A interação até o presente momento da entrega deste trabalho se

mostrou satisfatória, ou seja, a transmissão através das redes Wi-fi e Zigbee

propiciou a atuação remota através de uma IHM em todas as varáveis testadas.

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Central de automação residencial - Hardware

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6.6 Melhorias

Como qualquer protótipo ou projeto desenvolvido, a primeira versão

requer um refinamento e uma melhoria contínua em suas funcionalidades e

exequibilidades, sendo assim tal projeto não escapa à regra.

Melhorias devem ser feitas em diversos pontos do protótipo visando sua

inserção no mercado para sua comercialização, tais melhorias abrangem tanto

hardware como software.

Podemos citar nesta seção apenas alguns pontos identificados ao longo

da integração, são eles dentre outros:

Reposicionamento do LDR para que o mesmo não fique

centralizado na placa.

Inclusão de um botão On/Off na placa.

Correção de circuitos propostos.

Avaliar uma proposta para substituir a comunicação via Bit´s

(digital) entre Atmega8 e Zigbee por exemplo por protocolo serial.

O primeiro passo para a execução de um produto futuro no mercado,

visando uma aceitação excepcional é a aceitação das falhas e a busca

constante por melhorias, o projeto propicia esta visão.

7. Conclusões

Para a concepção do projeto foi utilizado o conceito S.M.A.R.T (Specific,

Measurable, Action-Oriented, Realistic and Time-Limited) (Marquez,2011) o que

possibilitou a ordenação das ideias e a consolidação das informações.

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Central de automação residencial - Hardware

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Os pressupostos e objetivos adotados no início do trabalho foram

trilhados e focaram o desenvolvimento da PCI e outros módulos de Hardware,

assim atingindo a proposta.

O hardware desenvolvido permite a integração com os demais projetos

(Pilon,2011; Esteves,2011), visando a automação residencial, portanto o sistema

é capaz de receber comandos gerados pelo usuário na IHM recebidos via

Zigbee e atuar nos comandos e monitoramentos da cômodo proposto. Tais

fatores me permitem vincular os feitos concluídos do trabalho em questão, bem

como agregar resultados dos projetos vinculados que constituem uma central de

automação residencial.

A proposta de execução de uma PCI flexível no sentido de utilização foi

alcançada mediante a possibilidade de utilização em um ambiente não

necessariamente igual ao proposto, passando apenas por atualizações.

No presente ato deste trabalho pode-se criar um efeito comparativo com

demais tecnologias apresentadas na área, assim se compararmos com o

exemplo em (Muratori,2010), o sistema proposto parece atender a uma

demanda real de um sistema de automação residencial disponível no mercado.

A definição de um dispositivo móvel para atuação no ambiente permite um maior

conforto e mais facilidades agregadas a usuários incluindo neste grupo uma

grande facilidade gerada para deficientes físicos, por exemplo, que não

necessitariam se deslocar até uma central fixa.

Uma abordagem mais intuitiva gerada pela aplicação de uma interface

simulando a planta ambiente facilita a utilização do usuário e permite uma maior

compressão do ambiente ao redor, assim nota-se mais um ponto de melhoria se,

em uma visão macro, adotarmos um novo objetivo que seria a inserção do

protótipo no mercado.

Relacionado da mesma maneira, o proposto pela Aureside (Assprciação

brasileira de Automação Residencial) permite uma integração com a internet,

mesmo que com variáveis limitadas, porém é um diferencial que pode ser

agregado a um futuro produto, o que sem dúvida traria uma vantagem

competitiva se visado este mercado potencial em crescimento, que atualmente,

no Brasil, engloba 1 (um) milhão de residências (UOL,2011).

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Neste ponto deve-se salientar que uma proposta ainda inalcançada,

apenas por limitações de módulos Zigbee e conceitos que fogem ao escopo do

trabalho, a rede Mesh citada como um diferencial não foi totalmente abrangida,

todavia, sendo a aplicação funcional a dois ambientes (quarto e banheiro),

aparentemente não há bloqueios que empesam uma utilização expandida a uma

residência completa.

Uma estrutura de comunicação mais robusta entre o Zigbee e o Atmeg8

poderia, por exemplo, agregar uma maior facilidade quando aplicado a uma

residência como um todo, visando uma maior complexidade do fluxo de

informações.

Por fim o projeto proposto tem grande probabilidade de ser inserido no

mercado, é claro que atendendo à melhorias (inclusive algumas mencionadas)

gerando assim uma integração entre o usuário e sua residência de modo a

facilitar ações e gerar conforto e satisfação vinculados a um baixo custo se

comparado com sistemas similares correntes atualmente.

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Central de automação residencial - Hardware

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8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ACTIVE HOME (acesso em 19 de abril de 2010). Disponível em : [http://www.activehometechnologies.com. ALBACORE (acesso em 28 de outubro de 2010). Disponível em: http://www.albacore.com.br/m/pg_index.html. ANEEL (acesso em 13 de julho de 2011). Disponível em: www.aneel.gov.br/]. ATMEL AVR (acesso em 13 de abril de 2011). Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Atmel_AVR. AURESIDE- Associação Brasileira de Automação Residencial. Artigos e Conceitos. [acesso em 11 de setembro de 2110). Disponível em: http://www.aureside.org.br/imprensa/default.asp?file=imprensa.asp].

Automação residencial aquece o mercado em 2011 (acesso em março de 2011)

Disponível em: http://planetech.uol.com.br/2011/03/14/automacao-residencial-

aquece-o-mercado-em-2011/.

BASCOM (acesso em 07 de maio de 2011). Disponível em: http://www.mcselec.com/. BOLZANI, C. A. M.. Residências Inteligentes: Domótica - Redes Domésticas - Automação Residencial. Editora Livraria da Física, São Paulo, 2004.

BOLZANI, A. M.; MONTAGNOLI, C.; NETTO, M. L. Domotics Over IEEE

802.15.4 - A Spread Spectrum Home Automation Application. IEEE Ninth

International Symposium on Spread Spectrum Techniques and Applications,

2006.

BRUMITT, B.; MEYERS, B.; KRUMM, J.; KERN, A.; SHAFER, S.. EasyLiving: Technologies for Intelligent Environments. Lecture Notes in Computer Science, vol. 1927/2000, p. 97-119, 2000. CARDIO (acesso em 23 de abril de 2010). Disponível em: http://www.cardio.pt. ELETRONLIVRE (acessado em 07 de maio de 2011). Disponível em: http://blog.eletronlivre.com.br/2011_02_01_archive.html. EE-TOOLS (acesso em 07 de maio de 2011). Disponível em: www.eetools.com. ESTEVES, D. H.. Central para Automação Residencial: Controle por dispositivo portátil com rede de sensores/atuadores sem fio. 2011. [Trabalho de graduação]

Page 76: Central de automação residencial - Hardware de aquisição ......de vida, aumentar o bem estar, reduzir os afazeres domésticos e por fim diminuir consideravelmente os gastos com

Central de automação residencial - Hardware

76

Graduação em Engenharia de Controle e Automação. Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2011. FERNANDES, A.. Inteligência Artificial: noções gerais. Editora Visual Books, Santa Catarina, 2005.

GILL, K.; YANG, S.H.; YAO, F.; LU, X. A ZigBee-Based Home Automation

System. IEEE Journal. Disponível em:

www.ieeexplore.ieee.org/iel5/30/5174380/05174403.pdf?arnumber=5174403,

2009.

MACEDO, D. ; SANDOVAL, G. Automação ao seu alcance. Revista Veja. Editora Abril. São Paulo, Edição 2176, ano 43 , nº31 p.148-150, agosto, 2010). MALAFAYA, H.; TOMÁS, L.; SOUSA, J.P.. Sensorização sem fios sobre zigbee e IEEE 802.15.4. [Trabalho de Conclusão de Curso]. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Porto, Portugal, 2005. MARQUEZ, L. J.. Conceito SMART Material do Curso Básico de Gestão de Processos (metodologia PMBOK), Fundação Vanzolini, 2011.

MORDOMUS (acesso em 22 de abril de 2010). Disponível em: http://www.mordomus.com. MURATORI, J. R.. Estamos preparados para a automação residencial? Revista Automação (acesso em 11 de setembro de 2010). Disponível em http://www.aureside.org.br. MONTEBELLER, S.J.. Estudo sobre o emprego de dispositivos sem fios- wireless na automação do ar condicionado e de outros sistemas prediais [Dissertação de Mestrado]. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006. MOTA, J.A.A.J.. Casas Inteligentes. Editora Centro Atlântico ltda. Lisboa, 2003. PILON, B. C.. Central para Automação Residencial: desenvolvimento de um software de monitoramento e controle. 2011. [Trabalho de graduação] Graduação em Engenharia da Controle e Automação.Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2011. QUARESMA, R.. Material do curso Gestão das Operações. Universidade de Évora – Portugal, 2009. ROGERCOM (acesso em 04 de maio de 2011); Disponível em: www.rogercom.com.

SHARPLES, S.; CALLAGHAN, V.; CLARKE, G.. A Multi-Agent Architecture

For Intelligent Building Sensing and Control.International Sensor Review

Journal.Essex University, Colchester, U.K,1999. SILVA, D.S.. Desenvolvimento e Implementação de um Sistema de Supervisão e Controle residencial. [Dissertação de Mestrado] Universidade

Page 77: Central de automação residencial - Hardware de aquisição ......de vida, aumentar o bem estar, reduzir os afazeres domésticos e por fim diminuir consideravelmente os gastos com

Central de automação residencial - Hardware

77

Federal do Rio Grande do Norte, Natal 2009. SOUZA. I.J. BLOG. (acesso em março de 2011). Disponível em: http://ivairijs.vilabol.uol.com.br/regulador1.html TAKIUCHI, M.; MELO, E.; TONIDANDEL, F.. Domótica inteligente: automação baseada em comportamento. [Trabalho de Conclusão de Curso]. Faculdade de Engenharia Industrial - FEI, São Bernardo do Campo, 2004. 3NYS (acesso em 12 de janeiro de 2010). Disponível em: http://www.3nyx.com.

VECCHI, H.F.; OGATA, R. J..Edifícios Inteligentes.(acesso em 4 de dezembo de 2010).Disponível em : http://www.din.uem.br/ia/intelige/domotica/int.htm#introducao. VIKA CONTROLS COM. DE INSTR. E SIST. LTDA. Protocolo Zigbee, São Paulo (acesso em 30 de outubro de 2010). Disponível e: www.vikacontrols.com.br.

ZIGBEE ALLIANCE (acesso em 28 de outro de 2010). Disponível em: http://www.zigbee.org/.

Page 78: Central de automação residencial - Hardware de aquisição ......de vida, aumentar o bem estar, reduzir os afazeres domésticos e por fim diminuir consideravelmente os gastos com

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APÊNDICES

[1] Programa.

[2] Esquema elétrico

[3] Layout da placa

ANEXOS

[1] Datasheets

[2] Tutorial Bascom

[3] Tutorial como corroer placas