TÍTULO: JANELA AUTOMATIZADA QUE OPERA A PARTIR DE DADOS METEOROLÓGICOS OBTIDOSPOR SENSORESTÍTULO:

CATEGORIA: CONCLUÍDOCATEGORIA:

ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURAÁREA:

SUBÁREA: ENGENHARIASSUBÁREA:

INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIAINSTITUIÇÃO:

AUTOR(ES): TADEU DOMINGUES DA SILVA ANTUNESAUTOR(ES):

ORIENTADOR(ES): JOSÉ CARLOS MORILLAORIENTADOR(ES):

Resumo

O objetivo do projeto é estudar um sistema de movimentação automático de uma

janela em função de condições meteorológicas. Abertura e fechamento da janela é

realizada por um sistema de cremalheira acionado por um motor de passo cujo

funcionamento é governado por sensores que fornecem as condições meteorológicas

do local. Dentro do sistema eletrônico são incorporados sensores de umidade e

temperatura, presença, fotossintético e de chuva. Estes sensores enviam informações

para um software que aciona ou não o motor elétrico do sistema. O fechamento da

janela é executado quando os sensores presentes indicam possibilidade de chuva. A

janela é aberta quando o sensor de chuva indica tempo seco.

Palavras chaves: Chuva; Janela; Software; Automação; Sensores; Tempo.

Introdução

Automação residencial é um passo além da mecanização, utilizando da

tecnologia para facilitar algumas tarefas habituais, tornando-as automáticas e

provendo segurança através de sensores, temporizadores e até da utilização de

controles remotos. (AUTOMATICHOUSE, 2015).

Por todo o mundo é visível o crescimento da tecnologia de automação

residencial, porém segundo os dados coletados pela Associação Brasileira de

Automação Residencial – AURESIDE, o Brasil seria hoje um dos maiores

consumidores de automação residencial do mundo. Este índice está diretamente

ligado à “indústria do medo”, indústria que mais gera riqueza no pais, devido ao fato

que a automação proporciona uma maior segurança para o consumidor. (REQUENA,

2004).

Com o avanço da tecnologia foi desenvolvido o conceito de casa automatizada.

Este tipo de casa pode “comunicar-se” com o proprietário. Este conceito é

denominado Domótica, que é uma fusão da palavra “Domus” que significa casa e

“Robótica” que está ligada ao ato de automatizar. (SISLITE, 2013).

Em matéria de automação, existem as entradas e saídas de informações.

Os sensores são componentes eletrônicos que convertem medidas do mundo

real em sinal elétrico. (BANZI & SHILOH, 2015). Ou seja, os sensores são dispositivos

sensíveis a algum tipo de energia do ambiente (luminosa, térmica, cinética) e que

relacionam informações sobre uma grandeza que precisa ser medida (temperatura,

pressão, velocidade, corrente, aceleração, posição, entre outros). (TAMY, 2011). Em

suma, os sensores são responsáveis por transformar os dados obtidos em energia

elétrica para que o microprocessador possa entender o sinal. (BANZI & SHILOH,

2015).

Os sensores são entradas físicas para um circuito, chamados de transdutores.

Este nome é dado, devido ao seu processo de converter a energia detectada em outra

forma de energia. Por exemplo, um sensor de luz faz a transdução de energia

luminosa para resistência (energia elétrica). (KARVINEN & KARVINEN, 2014).

Objetivo

Desenvolver um sistema de automatização de janela, para que a mesma possa

fechar em condições climáticas consideradas desfavoráveis. Com isto, criar uma

miniestação meteorológica automatizada para obter os valores necessários.

O objetivo é analisar e interpretar dados meteorológicos por meio de sensores

e determinar, de uma maneira segura, a movimentação de uma janela residencial,

visando a comodidade, o conforto e a segurança das pessoas.

Metodologia

Em primeira instancia foi definido as características do motor a ser utilizado

para um tamanho padrão de janela. A partir de uma pesquisa de campo, foi

determinado que o material mais comum para janelas de madeira é a madeira do tipo

Cedro.

Em seguida deu-se início à parte de automação eletrônica do projeto, e com

isso, a elaboração do fluxograma (figura 1) de funcionamento do programa a ser

desenvolvido. Como micro controlador do sistema, foi utilizado a placa Arduino Uno e

o programa foi escrito na linguagem de programação do próprio, baseada na

linguagem de programação Processing..

Os sensores, ou entradas, como são chamados em matéria de automação,

foram: sensor analógico de chuva, sensor analógico de luminosidade, sensor

analógico de infravermelho e sensor analógico de temperatura e umidade.

Figura 1 – Fluxograma da idéia de funcionamento do sistema eletrônico. Nesta figura pode-

se observar as condições de trabalho da janela.

Desenvolvimento

Para facilitar a visualização, foi utilizado um LED no lugar do motor de passo,

sendo que quando o LED emitia luminosidade, representava o fechamento da janela.

O sistema foi colocado a prova por diversos dias e em diversas condições,

mostrando-se eficaz no que foi prometido. Quando os sensores captavam sinais

considerados críticos, plausíveis de chuva, o programa automaticamente fazia com

que o LED acendesse.

A figura 2 mostra o esquema eletrônico da miniestação meteorológica que foi

desenvolvida.

Figura 2 – Esquema eletrônico da miniestação meteorológica. A: sensor de chuva. B: sensor de luz.

C: Sensores infravermelhos. D: Sensor de temperatura e umidade. E: placa Arduino Uno. F: LED.

Após determinar os parâmetros de inicialização, o programa é executado e isto

significa que a partir deste momento, o programa, realiza as operações por tempo

indeterminado. A figura 3 mostra os comandos existentes no código de programação.

Figura 3 – Menu do programa. Pedaço do código de programação. É nesta fase do programa que é

definido o que vai ser executado até o programa ser desligado, repetidas vezes.

Segundo a lógica de funcionamento do programa, que pode ser observada na

figura 1, a primeira coisa que deve ser analisado pelos sensores, é se existe a

ocorrência de chuva, ou seja, o sensor de chuva deve ser o primeiro a ser analisado

e interpretado. Isto é realizado com o comando “sensor_chuva();”. Este comando

determina que a primeira coisa a se fazer é entrar no bloco de código do sensor de

chuva e analisar se os parâmetros apresentados por ela é condizente com a presença

de chuva.

Como o sensor de chuva é um analógico, ele apresenta valores numéricos, de

0 a 1024, como resultados. Quando não existe a presença de água no sensor, ele

mantém uma média de valores acima de 800. Já na presença de chuva, esses valores

começam a diminuir e ficam menores que 800.

Sendo assim, foi desenvolvido uma condicional, ou seja, se no momento em

que o programa está fazendo a leitura do bloco de código do sensor de chuva, ele

encontra um valor menor que 800, ele deveria acender a luz do LED. Porém, este

projeto visa, além da funcionalidade, a segurança, e então antes de realizar qualquer

ação, o programa analisa o sensor de infravermelho.

Este sensor trabalha da mesma forma que o sensor de chuva, porém não é

sensível à água, e sim à presença de objetos. Isto ocorre devido à interrupção do sinal

que é enviado do emissor de infravermelho para o receptor. Novamente, são enviados

valores numéricos a partir do sensor. Quando não existe interferência entre os

sensores, os valores apresentados pelos sensores são bem baixos, abaixo de 800, já

quando o corre a interferência do sinal (presença de algo), este valor aumenta.

Com isto em mente, foi adicionado esta informação à condicional do sensor de

chuva. O comando “ if (chuva < 800 && IRValue < 800) ” representa tudo o que foi dito

anteriormente. O programa faz a leitura da seguinte forma. Se a leitura do sensor de

chuva for menor do que 800 e a leitura do sensor de infravermelho for menor que 800,

o LED acende (“digitalWrite (4, HIGH)”).

Na figura 4 é possível observar o funcionamento do sistema quando um dos

sensores está ativado. Neste caso, o sensor de chuva que está sendo ativado.

Figura 4 – O circuito do sensor de chuva foi fechado utilizando um cotonete molhado. Quando a água

entra em contato com o sensor, o valor de sua resistência varia, que, quando em conjunto com o

código de programação, faz o LED acender.

Já na figura 5, mostra quando foi colocado uma barreira entre os sensores de

infravermelho.

Figura 5 – Nesta etapa, foi colocado um obstáculo (dedo) entre os sensores infravermelhos,

com isso o valor que é lido pelo programa é maior que 800 (figura 17). Devido a condicional colocado

no programa “ if (chuva < 800 && IRValue < 800) ”, o LED se apaga, representando que o motor para

de funcionar quando existe a presença de algo no percurso.

Foi exemplificado o funcionamento físico do sistema nas figuras 4 e 5, porém,

para entender os valores que foram citados no texto, o programa possibilita que,

quando conectado a um computador, o programador veja os valores obtidos pelos

sensores em tempo real. Esta função é criada junto com o código de programação

com o comando “ Serial.begin (9600); ”.

As figuras 6 e 7 mostram os valores numéricos, calculados pelos sensores. A

partir destes valores que o programa estabelece o que deve ser feito.

Figura 6 – Esta figura mostra a janela IDE do programa. Os destaques em vermelho mostram os

valores obtidos pelo sensor de chuva. É possível observar que no destaque superior em vermelho, o valor obtido

é 587, o que representa que existe água em sua resistência. No destaque vermelho inferior, o valor é mais alto

que 800, significando que não existe a presença de água em seu circuito. O destaque em preto é o valor obtido

pelo sensor de infravermelho. Observa-se claramente que o valor é abaixo de 800, portanto, representa que não

existe nenhum obstáculo entre os sensores.

Figura 7 – Esta figura mostra no destaque em vermelho que o valor é menor que 800, portanto, existe

água no circuito. No destaque em preto, o valor de infravermelho é maior do que 800, indicando a presença de

obstáculo entre os sensores.

Foi seguido a mesma linha de raciocínio para os outros sensores, levando

sempre em consideração o que foi estabelecido pelo fluxograma (figura 1).

Conclusão

Para a verificação do funcionamento do sistema, foi inserido um LED, o qual,

acendeu em todos os momentos considerados críticos, representando o fechamento

de uma janela. O que nos leva a concluir que o projeto funcionará adequadamente.

Além disto, concluiu-se que por se tratar de um processo de automação

residencial, é plausível o uso de mais tecnologia, como controladores lógicos

programáveis mais modernos e maior interligação entre os proprietários e as

informações obtidas pelos sensores.

Em suma, quando se trata de automação residencial, percebe-se que existe

um interesse grande, tanto da parte de comodidade quanto da parte de segurança.

Fontes consultadas

AUTOMATICHOUSE. O que é automação residencial. Conteúdo disponível em <http://www.automatichouse.com.br/AutomaticHouse/WebSite/Automacao/Residencial.aspx> Acesso em: 28 mai. 2015. BANZI, M.; SHILOH, M. Primeiros passos com o Arduino. Novatec Editora Ltda. 2° edição, 2015. KARVINEN, K & KARVINEN, T. Primeiros passos com sensores. Novatec Editora Ltda. 2014. REQUENA, G. Habitação e novas mídias: equipamentos e seus usos no habitar contemporâneo. Conteúdo disponível em <http://www.gutorequena.com.br/ artigo_automação/artigo_automação.htm>. Acesso em 28 mai. 2015. SISLITE integração de sistema. O que é a Domótica? Conteúdo disponível em <http://www.sislite.pt/domus.htm> Acesso em: 08 abr. 2014. TAMY, D. Como funcionam os sensores. Conteúdo disponível em <http://www.garotascpbr.com.br/2011/10/como-funcionam-os-sensores>. Acesso em: 11 abr. 2014.