Sistema de automação residencial MyHome para dispositivos móveis

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UNIPAR - UNIVERSIDADE PARANAENSE
SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
DOUGLAS BENTO SCRIPTORE
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL
PARANAVAÍ
2012

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UNIPAR – UNIVERSIDADE PARANAENSE
CURSO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
MYHOME – SISTEMA DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL PARA DISPOSITIVOS MÓVEIS.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à banca examinadora do curso de Sistemas de Informação - UNIPAR, como exigência parcial para a obtenção do grau de Bacharel em sistemas de informação, sob orientação do Professor M.S.cWyllianFressatti.
PARANAVAÍ
2012

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FOLHA DE APROVAÇÃO
MYHOME – SISTEMA DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL
Trabalho de conclusão aprovado como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação da Universidade Paranaense – Unipar, pela seguinte banca examinadora:
_____________________________________
Prof. M.Sc. WyllianFressatti (Orientador)
Mestre em Sistemas de Computação
_____________________________________ Profa. M.Sc. William Barbosa Magalhães Especialista em Ciência da Computação
_____________________________________ Prof. Júlio César Pereira Especialista em Tecnologia em Desenvolvimento Web
PARANAVAÍ
2012
AGRADECIMENTOS

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Agradeço primeiramente a Deus por te me dado a disposição para realizar este trabalho.
A minha Família por ter tido paciência em momentos de stress e incertezas.
Aos meus amigos, Luis, Marco, Tatiane. Por estarem o tempo todo ao meu lado na tomada de decisões dando apoio e compartilhando conhecimento.
A todos os professores do curso de sistemas de informação, que sempre se mostrarão aptos para estar me ajudando com duvidas.
Em especial a meu orientador, amigo, parceiro que sem ele tenho certeza que este trabalho não chegaria ao nível que chegou.

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“Tudo o que um sonho precisa para ser realizado é de alguém que acredite que ele possa ser realizado.”
Roberto Shinyashiki

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RESUMO
Desde o principio a tecnologia vem girando em torno de uma palavra essencial em nossos cotidianos, o conforto. Com a automação foi alcançado a excelência na linha de produção industrial, no gerenciamento de escritórios de trabalho, e na manutenção de prédios. Agora é a vez de nossas residências, para alcançar o conforto, deve-se pensar principalmente em duas palavras fundamentais: segurança e economia. Este projeto abordará os princípios da automação, as vantagens e desvantagens, os tipos de comunicação do cliente com o servidor e a implementação de um protótipo de automação residencial de baixo custo, utilizando um hardware denominado de Arduino versão uno, open source, utilizando uma linguagem aproximada do C++ para o Arduino e Java Server Faces(JSF) para aplicação WEB. Desta maneira conclui-se que um projeto deste porte pode ser de baixo custo e com uma qualidade considerável.
PALAVRAS CHAVE: Automação Residencial, Domótica, Arduino, Socket.

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ABSTRACT
From the beginning the technology comes spinning around a key word in our daily lives, comfort. With automation was achieved excellence in industrial production line, managing an office job, and maintenance of a building. Now it is the turn of our homes to achieve comfort, one should think primarily in two fundamental words: security and economy. This project was concerned with principles of automation, the advantages and disadvantages, types of client communication with the server and the implementation of a prototype low-cost home automation using a hardware version called arduino uno, open source, using language approximated of C + + for arduino and Java Server Faces (JSF) for web application. Thus it is concluded that a design of this size can be low cost and with a considerable quality.
KEYWORDS: Home Automation, Home Automation, Arduino, Socket.

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Automação Flexível (Santos, 2000) .............................................................. 18
Figura 2 - Automação Rigida (Santos, 2000) ................................................................. 18
Figura 3 - Conceito de Casa Inteligente (Schneider, 2012) ............................................ 20
Figura 4 - Fechadura biométrica (Atec, 2009) ............................................................... 26
Figura 5 - Interação tablet com televisão (Info Abril, 2011). ......................................... 27
Figura 6 - Ambiente arejado (GDS Automação Residencial, 2012) .............................. 28
Figura 7 - Conceito de Predio Inteligente (Spintel, 2008) .............................................. 29
Figura 8 - Estrura Básica de um CLP (Henrique P, 2008). ............................................ 31
Figura 9 - Ciclo de Processamento dos CLPS ................................................................ 31
Figura 10 - Shield conectada ao Arduino (Arduino, 2012) ............................................ 34
Figura 11 - Ambiente de desenvolviment (Arduino,2012)............................................. 35
Figura 12 - Variação de frequência no sinal analógico(Teleco,2009). ........................... 38
Figura 13 - Grafico variação digital. .............................................................................. 38
Figura 14 - Arquitetura WebSocket (WebSocket, 2012) ............................................... 42
Figura 15 - Servo Motor 9g (Huinfinito,2012) ............................................................... 43
Figura 16 - Método Java que realiza a comunicação Cliente – Servidor ....................... 44
Figura 18 - Método resposavel por enviar dados para o servidor .................................. 44
Figura 19 - Sesonr Ultrassónico, ArduinoLivre(2012) ................................................... 45
Figura 20 - Buzzer (PSX,2012) ...................................................................................... 46
Figura 21 - Trecho de código de configuração do Sensor de Barreira ........................... 46
Figura 22 - Esquemático do RGB(Glyphnotes,2009) .................................................... 47
Figura 23 - Led RGB(GraviTech 2011). ........................................................................ 48
Figura 24 - Trecho de código dos LED's RGB ............................................................... 49
Figura 25 - Sensor de Luz - Light Sensor - (Dattein,2010) ............................................ 50
Figura 26 - Código de configuração do sensor de Luz ................................................... 50
Figura 27 - Sensor de Temperatura e Humindade (Junior,2010) ................................... 51
Figura 28 - Trecho de código Sensor de temperatura e humidade ................................ 52
Figura 29 - Sensor Infravermelho (DealExtreme,2012) ................................................. 53
Figura 30 - Implementação do protótipo. ....................................................................... 54
Figura 31 – Central controladora. ................................................................................... 54
Figura 32 - Leds RBG acionados pela aplicação. ........................................................... 55

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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Definição dos itens do Conceito de Casa Inteligente (Schneider, 2012) ...... 20
Tabela 2 - Vantagens e desvantagens (Nunes R, 2008) ................................................. 40

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CLP – Controlador Lógico Programável.
CLOUD COMPUTER – A computação nas nuvens refere-se à utilização de processamento, memória e capacidade de armazenamento de computadores que não necessariamente esteja no mesmo espaço físico.
IHC – Interface Humano Computador.
PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia.
REFROFITTING – Termo utilizado para designar o processo de modernização de algum equipamento.

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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO. 13
1.1 Contexto 14
1.2 Objetivo 14
1.3 Metodologia de Desenvolvimento 14
1.4 Enunciados do Problema e Hipóteses 15
2 AUTOMAÇÃO 16
2.1 Automação Industrial 17
2.2 Automação Residencial 18
2.2.1 Domótica 23
2.2.2 Vantagens e desvantagens. 24
2.3 Automação Predial. 29
3. CONTROLADOR LÓGICOPROGRAMAVEL 31
3.1. Arduino 32
3.2. Shield 33
3.3. Programação 34
3.3.1. Setup() 35
3.3.2. Loop() 36
3.4. Entrada e Saída 36
3.5 Pinos Digitais/Analógicos. 37
4. COMUNICAÇÃO 39
4.1. Socket 39
4.2. WebSocket 40
5. IMPLEMENTAÇÃO 43
5.1. Sensor de barreira. 45
5.2. Led RGB 47
4.3. Sensor de Luz. 49
4.4. Sensor de Temperatura e Humidade. 51
4.5. Sensor Infravermelho. 52
6. PROTÓTIPO 54

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7. CONCLUSÃO 56
8. REFERÊNCIAS. 57

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1 INTRODUÇÃO.
Desde seu surgimento, a automação tem se mostrado uma forte aliada na tomada de decisões de empresas, comércios e residências. Nesse contexto pode-se afirmar que automação como um todo busca o mesmo objetivo: conforto, economia e segurança. O conforto pode ser alcançado através de um gerenciamento preciso das informações. A economia fica a par de gerenciar os gastos. A segurança pode ser alcançada pelo monitoramento de todos os circuitos envolvidos em um sistema.
A variedade de elementos que podem ser inseridas em um a residência é enorme, existe hoje no mercado sensores que detectam, desde, a presença de pessoas até radiação.
Para se atingir a excelência em um projeto deste porte é necessário o desenvolvimento de alguns componentes, oque demanda tempo, estudo e gastos excessivos. Visando o desenvolvimento de um protótipo de baixo custo, foram escolhidos componentes prontos como o arduino (Capitulo 3.1), que é um controlador lógico open source, que recebe informações, processa e retorna uma saída.
Porem como todos os hardwares o arduino possuiu limitações que são supridas com a aquisição de uma Ethernet Shield (Capitulo 3.2), dando a possibilidade de colocar o controlador na internet, para ser acesso por uma aplicação web.
A programação desta placa é feita através de uma IDE exclusiva, desta forma tornando o processo de escrita de funcionalidades na placa simples e rápida. Para que a comunicação entre o arduino e aplicação web seja feita, foi adotado o estudo de dos modos de comunicação, o Socket e WebSocket (Capitulo 4).
Para constatar que as hipóteses apresentadas podem alcançar a automação foram realizados estudos de componentes (Capitulo 5) e construído um protótipo para expor os resultados ( Capitulo 6).

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1.1 Contexto
A tecnologia vem dominando vários setores da economia mundial, e agora é a vez das nossas residências, imagine uma casa, onde seus eletrodomésticos fossem controlados a distância por um dispositivo móvel conectado a internet, e que através deste você acompanhe em tempo real o pleno funcionamento de sua residência. Podendo, por exemplo, ser notificado pelo sistema via sms, email ou ligação, que o sensor de gás apresentou um vazamento e por consequência a rede elétrica foi desativada. Parece cenário de ficção cientifica mais na verdade não, o chamado automação residencial veio para ficar.
1.2 Objetivo
Atualmente com o avanço da utilização de tablets e smartphones torna-se possível o controle de eletroeletrônicos a distância em uma residência automatizada. O presente trabalho propõe o desenvolvimento de um protótipo residencial com funcionalidades automatizadas controladas por um computador ligado a internet, ou ainda via smartphone através de um browser. Este trabalho se utilizará de uma maquete pronta e se concentrara no desenvolvimento das funcionalidades do software.
1.3 Metodologia de Desenvolvimento
O Primeiro passo será fazer uma revisão bibliográfica avaliando variedades, vantagens e desvantagens de cada técnica . Após levantados estes requisitos será necessário a construção de protótipo para poder provar as teorias e só assim anotar os resultados encontrados.

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1.4 Enunciados do Problema e Hipóteses
No cenário atual não são encontrados softwares prontos para tablets e smartphones que ofereçam recursos como: Controle de lâmpadas acesas; visualização de setores monitorados por câmeras, entre outros, que podem ser oferecidos para uma residência automatizada. Acredita-se que o desenvolvimento de aplicativos com interface simples e ricas em recursos para o controle de dispositivos eletroeletrônicos a distância possa contribuir para a melhoria na qualidade de vida do ser humano.

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2 AUTOMAÇÃO
Historicamente o conceito de Automação surgiu por volta de 3500 a 3200 a.C., com a invenção da roda, tendo por finalidade de melhorar, facilitar e agilizar o desempenho em atividades cotidianas. O objetivo deste termo é sempre o mesmo substituir o trabalho braçal por outros meios “mais inteligentes”, liberando o tempo perdido para outras atividades, de intelecto, das artes e lazer (Silveira & Santos, 1998).
Porem a definição desta palavra sofreu alterações conforme passaram os anos, os Softwares e Hardwares se tornaram mais sofisticados, mais confiáveis, com maior capacidade de processamento, com uma IHC1 de maior acessibilidade e tornaram-se mais acessíveis.
O Termo Automação do inglês Automation, surgiu oficialmente por meados da década de 60, criado pelo Marketing industrial, tendo por finalidade ressaltar a existência dos computadores na linha de produção dos produtos (Moraes & Castrucci, 2001).
Os primeiros projetos de pequeno e médio porte voltado para residências, comércios e prédios, começarão a surgir por meados da década de 80 impulsionados por empresas pioneiras como Leviton e X-10 Corp., alcançando quatro milhões de edifícios e casas automatizadas já no ano de 1996 (Morais A.,2004). Com o surgimento da internet uma nova cultura surgiu, obrigando os sistemas elétricos evoluir para um patamar mais elevado, onde a informação digitalizada esteja ao alcance de seu proprietário, a qualquer momento sem se preocupar com restrições físicas.
Portanto hoje em dia entende que a automação é a capacidade de executar comandos, obter parâmetros e controlar funções automáticas, sem a intervenção humana, tendo como sinônimo a palavra integração (Mauricio, 2004)[2].
Segundo a Universidade de Brasília, não podemos ver a automação apenas como um sistema que realiza funções e instruções sem intervenções humanas, mais sim uma aliado para o combate ao desperdício de energia. Não é por menos que existem
1 IHC –Interface Humano Computador, em outras palavras, o estudo das pessoas e computadores.

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políticas de incentivo a redução de consumo de energia elétrica, destacando o PROCEL2 cuja finalidade é promover a racionalização da produção de energia elétrica(CC Urzêda, 2006).
Na mecatrônica a automação é divida em três segmentos sendo, automação industrial, automação predial e automação residencial, porem este estudo cientifico terá como ênfase a automação residencial.
2.1 Automação Industrial
Na Indústria a automação teve inicio na revolução industrial no século XVIII, quando os primeiros artefatos mecânicos começaram a ser criados,. Entretanto nesta época não existiam os CLP3, os artefatos eram munidos apenas de Válvulas e mecanismos analógicos simples, oque era considerado tecnologia de ponta (Emerik A, 2008).
Nas ultimas décadas ocorreram avanços significativos no setor industrial, tendo por necessidade dividir a automação industrial em três classes: a rígida, a flexível e a programável. (Rosário,2005).
Ainda segundo Rosário pode ser entendido como automação rígida, uma linha de produção com volume muito elevado, podendo ser considerada também como fixa, voltada apenas para a produção de um único tipo de produto. Automação flexível é a união da mecânica com o tratamento da informação (Informática e Eletrônica), sendo voltada para produção de médio porte, em que a automação possibilita a produção simultânea, de vários produtos com um mesmo sistema de produção. Diferente da flexível a automação programável é voltada para pequenas produções, dependendo que o equipamento seja programado para a fabricação de um novo lote.
As figuras 2 e 3 ilustram como é o esquemático da automação flexível e rígida
2 PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia
3 CLP – ControladorLógico de Processamento.

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Figura 1 - Automação Flexível (Santos, 2000)
Figura 2 - Automação Rigida (Santos, 2000)
A diferença entre a rígida da flexível, fica por conta do braço robótico, em que na primeira este realiza mais de uma função na linha de produção, já o segundo, executa uma funcionalidade isolada.
.
2.2 Automação Residencial
Nas ultimas décadas a automação vem ganhando um novo ambiente de atuação saindo dos escritórios, fabricas, empresas e invadindo nossas residências buscando quase que sempre a melhoria no conforto, segurança e economia de recursos. Entretanto existe um misticismo envolto da palavra tecnologia, onde muitos usuários ainda creem

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que dispositivos assim, tornaram o seu cotidiano mais frustrantes (Intille, 2002). A vida já é muito complicada para novas senhas, botões, processos e chaves. Os equipamentos devem unificar os controles de uma forma que se tornem tudo uniforme. (Morais A.,2004)
Segundo o departamento de informática da UEM, o papel da automação vai além do aumento da eficiência e qualidade de vida. Está diretamente ligada ao uso eficaz dos recursos naturais. A integração das tecnologias envolvidas busca por um todo dar uma resposta a essa crescente exigência da economia de recursos.
Ainda Morais descreve que cada tecnologia recebe um novo vocabulário, e quando o assunto é casa inteligente não é diferent, ganhando nomes como: domótica, refrofitting4, automação residencial etc. Tendo uma pequena variação de conceitoe ntre cada um desses termos, considerando que todos estão ligados diretamente a uma única palavra: conforto.
Segundo a Associação Brasileira de Automação Residencial (Aureside) responsável por congregar fabricantes e profissionais do setor, afirma que nos últimos três anos o mercado de automação residencial brasileira. vem crescendo a uma média de trinta e cinco por cento ao ano, em número de projetos.O Brasil ao contrario de outros países da Europa e da América do Norte, por exemplo, que estão em crise, está em um ambiente econômico favorável, tendo outro fator muito importante, a maioria dos imóveis vendidos hoje em território nacional são designados a jovens antenados no setor de tecnologia.
Não é de hoje que ouvimos falar em serviços nas nuvens, (CLOUD COMPUTER5) este é um termo que nos faz imaginar como será o tratamento da informação em um futuro não muito distante. Pensando ainda em cloud podemos entender que todas nossas informações estarão ao nosso alcance, independentemente de onde estaremos. Com o avanço dos dispositivos móveis que nos ligam ao mundo, este conceito não fica distante do termo citado neste capitulo. Através de um dispositivo é possível acessar serviços de controle da sua residência, como: fechar portas, fechar janelas, ativar circuito interno de segurança, ligar ou desligar sistema de irrigação etc.
4Refrofitting – termo utilizado na engenharia para designar o processo de modernização de algum equipamento, no caso deste artigo, uma residência.
5 CLOUD COMPUTER – A computação nas nuvens refere-se à utilização de processamento, memoria e capacidade de armazenamento de computadores que não necessariamente esteja no mesmo espaço físico.

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Caso estes tenham sido configurados de acordo com sua necessidade, já que a ideia é que o sistema de irrigação, por exemplo, seja ativado periodicamente de acordo com suas especificações, podendo é claro ser ativado através de um ponto de controle.
A Figura 4 ilustra a planta do conceito de uma casa inteligente, logo abaixo a Tabela 1 específica e detalha cada item relacionado à figura.
Figura 3 - Conceito de Casa Inteligente (Schneider, 2012)
Na tabela abaixo podemos ressaltar o detector de gás natural. que é responsável por emitir uma alerta sonora e visual, cortando o fornecimento de gás e enviando um email ou sms para o habitante o informando sobre o ocorrido.
Tabela 1 - Definição dos itens do Conceito de Casa Inteligente (Schneider, 2012)
ITEM
CONCEITO
01 – Central de automação Residencial
Integra equipamentos e sistemas dentro de uma casa. Por exemplo: iluminação, alarme, controle de acesso, climatização

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etc.
02 – Detector de Gás Natural
Emite uma alerta sonora e visual, alem de cortar o fornecimento de gás e enviar um email ou sms avisando sobre o vazamento.
03 – Detector de Fumaça
Avisa o IHC para piscar as luzes pela casa ou ligar para algum telefone pré- programado sobre o acumulo de fumaça no ambiente.
04 – Detector de Inundação
Instalado em ambientes úmidos como lavanderias, por exemplo, o detector é acionado quando a água atinge seus eletrodos, detectando um vazamento. Se for programado o sistema pode interromper o fornecimento de água e avisar ao morador por e-mail,sms ou telefone
05 – Módulo de Potência para Motores
É indicado para comandar equipamentos do tipo condicionador de ar, trituradores domésticos de alimentos etc.
06 – Minuteria
Mantém o sistema de iluminação ativado por um período de tempo.
07 – Pulsador Bipolar Paralelo
Os interruptores bipolares são utilizados no acionamento de pontos de luz ligados entre os condutores de fase e fase
08 – Pulsador
Os pulsadores substituem o interruptor onde há automação. Além de ligar ou desligar a iluminação, pode concentrar diversas funções como acionar uma cena, ativar um alarme ou ligar equipamentos.
09 – Interruptor e Pulsador Bipolar Paralelo com Parada Central
Para abri e fechar persianas, acionar telões, toldos elétricos e pequenos motores.
10 – Pulsador com Identificação de
A Alimentação de uma tomada pode ser

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Tomada de Comandada.
interrompida a qualquer momento pela central de automação através do acionamento do pulsador.
11 – Placa-Suporte para Áreas Úmidas
Permite acionar o interruptor sem necessidade de abrir a tampa de filme plástico resitente aos raios UV, oferecendo segurança ao usuário em áreas úmidas como piscinas, lavanderias e saunas.
12 – Minicâmera
Minicâmera responsável por detectar imagens e enviar a um sistema interno de TV
13 – Central de Distribuição Elétrica: Quadros Mini e Micropragma
Mini central de disjuntores isolados.
14 – Controle Remoto
Controle remoto que permite controlar funções básicas como ligar ventilador, TV etc.
15 – Campainha
Campainha sonora
16 – Dimmer(Variador de luminosidade)
Varia a intensidade de iluminação.
17 – Interruptor Automático por Presença
Ao detectar presença liga a iluminação das áreas de passagem rápida
18 – Detector de Monóxido de Carbono
Alerta o cumulo de gás prejudicial a saúde.
19 – Interruptor por Cartão
Gerência a iluminação através de um cartão plástico.
20 – Variadores Eletrônicos para Ventilador
Permite regular a velocidade do ventilador economizando a energia.
21 – Instalações Aparentes
As canaletas, mata juntas e peças de sobrepor oferecem economia e segurança ao projeto.
22 – Porteiros, vidro porteiro e Fechadura.
Interfone que utiliza áudio e vídeo.

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2.2.1 Domótica
A Domótica é a evolução da Automação residencial, onde os dados obtidos pelos sensores da casa devem ser avaliados, tratados e adaptados a regra de automação do ambiente em relação ao comportamento dos habitantes (Tonidandel, F, 2004).
O Termo “Domótica” resulta da junção da palavra “Domus”(casa) com “Ótica“(robótica). É o ultimo termo responsável por alimentar o sistema com informações que simplificam a vida dos habitantes da residência, satisfazendo necessidades de conforto, segurança e economia (Candito , 2007).
Não podemos mais considerar automação apenas como um sistema que detecta eventos, como a presença de habitantes em um determinado cômodo e suas ações no mesmo, ou sensores que conseguem capturar as mudanças climáticas do ambiente, a domótica aplicados reações previamente configuradas sobre estes eventos tornando o sistema inteligente desta maneira interagindo com os habitantes (MoraisA.,2004).
Ambiente inteligente que pretende aperfeiçoar certas funções pode ser comparado com um comparado com um celebro humano que possui sentidos.
Sendo assim as características que devem ser encontradas em ambientes deste gênero são:
 Capacidade de autocorreção.
 Capacidade para integração de sistemas.
 Atuar em condições variadas.
 Possuir uma memória para toma de decisões.
 Facilmente Programável.
 Ter Noção temporal.
Para realizar estas características são adotados elementos funcionais como: Sensores, Transdutores, Detectores e Redes Domóticas (DIN UEM, 2010).

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O Máster em Domótica da universidade Politécnica de Madri ressalta que com essa tecnologia, nunca foi tão fácil se construir uma residência inteligente, sustentável, confortável e ao mesmo tempo com muitos recursos de acessibilidade.
Visando a acessibilidade, podemos entender que com a utilização de um controle de reconhecimento de fala, funções básicas como acender ou apagar uma lâmpada se tornaria extremamente confortável para um deficiente físico, assim como abrir ou fechar uma porta.
2.2.2 Vantagens e desvantagens.
À Automação Residencial de fato é uma ciência ainda não consolidada, por se tratar de uma ciência, podemos levar em consideração que possui suas vantagens e desvantagens.
Canato A, 2007, ressalta em seu artigo, três das inúmeras vantagens de se utilizar a automação residencial das quais serão citadas:
 Segurança – permite a detecção de intrusos no perímetro interno da casa, utilizando como forma de prevenção os sistemas de luzes espalhados , ligando automaticamente para um numero pré programado. Podemos destacar a possibilidade de ativar o alarme de forma automática, programada para certo horário, através de comando de voz ou até mesmo por um dispositivo móvel a distancia. Sistemas de detecção de fumaça, umidade e gás podem ser considerados como um sistema de segurança, já que ambos preveem o controle de alguns possíveis desastres internos, como por exemplo, a possibilidade de evitar a explosão do sistema de gás quando um foco de incêndio é detectado na residência e a central corta o fornecimento de gás da residência, podendo ligar, mandar sms ou enviar e-mail para algum numero pré programado relatando o acontecido.

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 Conforto – permite o controle de iluminação do ambiente, controle de aquecimento, controle de funções rotineiras da residência como: ligar/ desligar sistema de irrigação, ligar/desligar filtro da piscina, informar agenda de tarefas do dia para os moradores, tendência meteorológica para o dia, estado do transito em caso de cidades metropolitanas e isso tudo de forma simples, rápida, eficiente e interativa.
 Gestão de energia – ganho efetivo na economia de energia, graças a um sistema de aquecimento ou de climatização, pois são selecionado os locais que serão aquecidos de acordo com a localização dos moradores, controlando os dispositivos elétricos, tendo em vista os horários de taxação elétrica fornecidos pela empresa de eletricidade, fazendo assim um estudo e identificando o melhor momento para o maior consumo de energia da residência.
Por se tratar de um sistema ligado a rede, pode-se considerar como uma desvantagem a possibilidade do sistema ser infectado por algum vírus, fazendo assim com que os circuitos eletrônicos entrem em pane, é claro que isso pode ser considerado como uma falha no projeto, pois os projetistas devem saber dos riscos e tentar contornar, porem nem todo sistema é perfeito e nem todos os problemas são solucionados.
Outra considerável desvantagem do ponto de vista dos projetistas é que todos os sistemas de automação são integradores, ou seja, a central controladora é responsável por integrar todos os eletrodomésticos, sistema de iluminação, aquecimento etc, Tornando um grande desafio já que a maiorias dos produtos não possuem ainda, uma interface de integração/comunicação com outros dispositivos. Os produtos modernos embora muitas vezes de alta tecnologia, possuem uma interface usual para os usuários finais, porem quando um serie de produtos trabalham sem comunicação entre si, na maioria das vezes pode acontecer uma grande confusão operacional (UFSC,2009).

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2.2.3 Custo de uma automação residencial.
Hoje existe no mercado, uma ampla variedade de tecnologias disponíveis para atender as necessidades especificas de um projeto deste porte. O perfil do consumidor, a localização do imóvel, o quanto, em que e quando se pretende investir são fatores decisivos para que o projetista, junto com seu cliente, escolha as tecnologias envolvidas na automação de seu imóvel (Agostini, R. 2007).
Os estudos apontam que uma grande mudança ocorrerá no perfil dos consumidores, prevendo que estes já busquem residências pré configuradas com algum sistema de automação (Agostne, R. 2007). A automação doméstica busca atender a três necessidades básicas, segurança, conforto e economia (Candito, 2007).
Um sistema de segurança pode envolver vários dispositivos, no qual podemos destacar o uso da biometria para abertura de portas da residência, essa é uma tecnologia pratica e que vem se tornando uma realidade nos últimos anos por conta de seu barateamento, com a biometria não existe a necessidade de você ter que carregar um cartão ou uma chave para poder abrir a porta de seu imóvel, evitando a perda do mesmo. Sendo assim com o uso da biometria o sistema pode armazenar em seu banco de dados quando o morador entrou na residência, ou então se alguém não autorizado tentou entrar na casa. Outro elemento indispensável na segurança de um imóvel é o uso de um circuito interno fechado de monitoração, servindo como os “olhos” do sistema automático.
A Figura 4 ilustra um exemplo de fechadura biométrica.
Figura 4 - Fechadura biométrica (Atec, 2009)

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O conforto pode ser alcançado com a utilização de um dispositivo móvel, conectado a rede da casa, com uma interface gráfica que mostra em tempo real o que acontece na residência, alem de funcionalidades como ligar uma lâmpada, programar a irrigação do jardim, ligar a TV e até mesmo aumentar e diminuir o som do home theater.
A figura 5 demonstra como a interação de um tablet com a televisão se torna fácil, pratico e agradável.
Figura 5 - Interação tablet com televisão (Info Abril, 2011).
A economia pode ser alcançada pelo uso adequado dos recursos utilizados na residência, um exemplo é o controle automático de iluminação, que as 7h00m as persianas se abrem para que os raios solares entrem na residência desligando o sistema de iluminação. Ambientes como garagens podem possuir elementos que identifiquem a presença de algum morador e assim ligar a iluminação quando esse sair do local as luzes se apagam.

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A Figura 6 demonstra uma residência de ambiente arejado com aproveitamento total de iluminação externa, contanto com um sistema de persianas automatizado.
Figura 6 - Ambiente arejado (GDS Automação Residencial, 2012)
De fato a automação como um todo vem ganhando mais adeptos a cada dia, por conta do barateamento da tecnologia, da coerência entre empresas do ramos, e o fato de que as pessoas estão conhecendo os benefícios da automação.
Renata Algostini diretora da Aureside, afirma que já são encontrado projetos em apartamentos com 90m² e 100m² o que comprova que a automação esta se tornando mais acessível, já que o mesmo custa em média de três a cinco por cento no valor do imóvel , em outras palavras um imóvel que custaria R$ 100.000,00 só a parte da automação ficaria em média de R$ 3.000,00 a R$ 5.000,00, valor este recuperado a longo prazo se forem considerados a economia dos recursos . Ainda Renata ressalta que hoje em dia não é necessário adquirir um projeto completo de automação o consumidor pode automatizar um cômodo de seu imóvel por vez, e adaptando o projeto ao seu gosto.
A Classe média no Brasil vem crescendo gradativamente nos últimos anos. Entre 2005 e 2011, 40,3 milhões de pessoas passaram para a classe C (Revista Época, 2012), mudando o poder aquisitivo de compra dos brasileiros que por conseqüência se tornaram mais exigentes, um estimulo muito grande ao mercado de construção civil, consequentemente ao mercado de automação, já que ambos estão ligados e a procura por casas inteligentes tem uma pretensão de crescimento de vinte e cinto a trinta por cento só no ano de 2012 (Agostini, R. 2007).

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2.3 Automação Predial.
Como a automação residencial a predial segue os mesmo princípios da industrial. Difundida por uma arquitetura automática menos robusta como encontrada nas indústrias que possuem grandes circuitos elétricos e lógicos, na predial a realidade é completamente outra (Morais A.,2004). Os edifícios inteligentes são projetados para causar o menor impacto possível no meio ambiente, economizando e aproveitando ao máximo os recursos disponíveis.
Não vai demorar muito para que a automação predial torne-se algo obrigatório nos projetos novos e antigos, grandes discussões são realizadas dentro deste termo, pois prédios antigos podem não ter a estrutura adequada para suportar um projeto de automação, tanto em aspectos físicos, como tecnológicos. Os Projetistas devem prever o espaço físico e as tecnologias envolvidas para o novo empreendimento, desta forma os edifícios inteligentes devem ser capazes de se adaptar a futuras tecnologias sem que haja a necessidade de alteração em sua estrutura.
A quantidade de elementos que podem ser envolvidas em um projeto predial é enorme. A lógica envolvida pode ser simples ou complexa tornando essa tarefa um grande desafio. Na figura 5, pode-se observar a distribuição dos possíveis elementos utilizados em um prédio.
Figura 7 - Conceito de Predio Inteligente (Spintel, 2008)

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Como se observa o edifício ilustrado possui um sistema de detecção de incêndio, fumaça, controle da rede elétrica, iluminação, controle de acesso, câmeras de monitoramento etc. Ressaltando que todos esses elementos são observados/controlados em tempo real por um técnico portador de um dispositivo móvel. Citando um exemplo eficaz do sucesso de funcionamento de todos esses elementos sendo controlados por um sistema automático, imagine um foco de incêndio dentro deste edifício, o sistema de detecção de fumaça e/ou incêndio iria emitir uma alerta do ocorrido, ligando para um numero pré programado e/ou informando o técnico sobre o ocorrido, o mesmo pode auxiliar os bombeiros caso seja necessário, informando onde se localiza o foco de incêndio e a maneira mais segura de se alcançar o mesmo, alem da possibilidade do sistema auxiliar na tomada de decisões cortando a alimentação de energia e isolando o setor abalado.
Algumas tecnologias podem facilitar a tomada de decisões como as tecnologias wireless hoje indispensável em projetos de automação, essas tecnologias podem estar presentes em vários elementos inclusive nos citado acima, podendo formar uma rede integrada sem a necessidade de ter que modificar a estrutura física do empreendimento.

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3. CONTROLADOR LÓGICOPROGRAMAVEL
No inicio da industrialização o máximo de mão de obra era utilizada, cada trabalhador era responsável por realizar uma única tarefa sequencial, se especializando nesta tarefa. Assim surgiu o conceito básico de produção serializada que consequentemente deu origem aos CLP. O CLP surgiu dentro da General Motors, em 1968, devido a uma grande necessidadede controlar painéis de comando a cada mudança na linha de montagem (Henrique P, 2008).
Com o passar dos anos os equipamentos passaram a contar com sensores, a medida que a eletrônica avançou os circuitos ganharam a capacidade de realiza funções aritméticas e lógicas, desta forma obtendo sinais de entrada, processando e gerando sinais de saída. Automatizar uma empresa tornou mais simples, integrando todos os sistemas, assim surgiu os CLPs (Henrique P, 2008).
A figura 8 ilustra a estrutura básica de um CLP
Figura 8 - Estrura Básica de um CLP (Henrique P, 2008).
A Figura 9 ilustra o ciclo de vida de processamento de um CLP.
Figura 9 - Ciclo de Processamento dos CLPS

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De acordo com Paulo Henrique Pinto consultor na área de automação industrial da Pharmaster do Brasil.
Toda esta evolução nos levou a sistemas compactos, com alta capacidade de controle, que permitem acionar diversas saídas em função de vários sinais de entrada combinados logicamente. Outra etapa importante desta evolução é que toda a lógica de acionamento pode ser desenvolvida através de software, que determina ao controlador a sequência de acionamento a ser desenvolvida (Herrique P, 2008, p.2).
As vantagens na utilização de CLP são imensas como: possuir uma considerável redução de custo de implantação, menor consumo de energia, maior flexibilidade, maior confiabilidade, maior rapidez na elaboração dos projetos, programáveis etc.
3.1. Arduino
O Arduino é uma ferramenta capaz de facilitar o contato dos menos leigos em eletrônica com o mundo físico dos hardware’s. É uma plataforma open-source6 que conta com um ambiente de desenvolvimento integrado simples, que possibilita a escrita de linhas de comando na placa. Com este componente o proprietário pode dar assas a sua imaginação criando sistemas interativos, podendo contar com uma ampla variedade de interruptores, sensores, controlando luzes, equipamentos etc. (Arduino, 2012)
Para este projeto, foi adquirido um CLP, Arduino versão Uno, que possui um micro controlador baseado na tecnologia ATmega328, possuindo 14 pinos digitais I/O (Entrada e saída de Dados) e 6 pino analógicos I/O, seu processamento é por conta de um Cristal oscilador de 16MHZ e conta com uma conexão USB, um cabeçalho ICSP, e um botão reset, possui uma memória flash de 32kb, SRAM de 2kg e uma EEPROM de 1kb, trabalha com uma tensão de 5V e suporta uma tensão de 7-12V (Arduino, 2012).
6Open-Source: Software ou hardware que tem sua licença livre, possuindo seu código aberto para melhorias e adaptações.

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A Figura 1 ilustra a placa utilizada no projeto.
4 Figura- Arduino Uno
3.2. Shield
A plataforma de prototipagem, arduino, possui limitações, para solucionar esse problema foi desenvolvidaas Shields7 estendendo sua possibilidade de utilização.
Para este projeto foi adquirido uma Ethernet Shield, dando a possibilidade de acessar o controlador através da rede em poucos minutos. Basta ligar este componente a placa e seguir algumas instruções disponíveis na IDE do arduino.
7Shield – Placas de circuito impresso normalmente fixadas no topo do aparelho, em nossa língua as Shields passam a ter o nome de escudo.

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A Figura 10 demonstra como é simples conectar uma shield ao arduino, em questão de segundos podemos ter acesso a placa.
Figura 10 - Shield conectada ao Arduino (Arduino, 2012)
Hoje existem mais de 210 Shields submetidas a avaliação para empresa que desenvolve o arduino no qual apenas 175 Shields estão habilitadas para a compra(Oxer, J, 2012).
3.3. Programação
O Arduino conta com um ambiente de programação próprio chamado Arduino, a linguagem que o mesmo oferece é muito parecida com C++.

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A figura 11 ilustra o IDE8 do Arduino.
Figura 11 - Ambiente de desenvolviment (Arduino,2012)
Podemos notar que o exemplo demostrando na figura 10, realiza a função como seu próprio nome diz Blink(Piscar) algo que esteja na porta 13, sua estrutura de funcionamento é composta por dois métodos principais setup() e loop().
3.3.1. Setup()
A função setup() em outras palavras configurar, é chamada quando o hardware arduino é iniciado, esta função é utilizada para inicializar variáveis, modos de
8 IDE – (IntegratedDevelopmentEnvionment) , um ambiente integrado de desenvolvimento de software.

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pinos etc. A configuração será executada apenas uma vez ou depois de reiniciar a placa ou alterar o código.
Um exemplo de setup() do arduino fica por conta da função pinMode() que define a funcionalidade do pino, esta função armazena dois parâmetros para funcionar, um define qual pino será utilizado e o outro se é de entrada ou saída (INPUT ou OUTPUT)(Arduino, 2012).
3.3.2. Loop()
Depois de criar a função setup(), que define os valores iniciais, o loop() faz exatamente o que seu nome sugere, percorre ele mesmo consecutivamente identificando novos eventos enviados do sistema.
Um dos métodos utilizados no loop() são o digitalWrite() e delay(). O primeiro aguarda dois paramentos um que define qual pino será utilizado e outro a tensão, LOW ou HIGH, desta forma a digitalWrite() ativa ou desativa o pino especifico. O segundo determina um tempo em milésimos de segundos para que o elemento seguinte seja lido pelo arduino (Arduino,2012).
3.4. Entrada e Saída
Cada um dos 14 pinos digitais do Arduino Uno podem ser utilizadas como entrada e saída, isto por conta dos métodos pinMode(), digitalWrite() e digitalRead(), no qual dois já foram citados. Todos operam em 5 volts e podem no máximo 40 mA (miliamperes) e receber 200mA
Os 6 pinos analógicos do arduino também são utilizados como entrada e saída, isto por conta dos métodos pinMode(), analogWrite(), e analogRead(). Como nos pinos digitais elas operam em 5volts e podem fornecer 40 mA e receber 200mA.

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Existem pinos no arduino com características especiais como:
 Serial: pinos 0(RX) e 1(TX) no qual o rx recebe e tx transmite dados seriais.
 Interrupção Externa: pinos 2 e 3, utilizados para disparar uma interrupção de baixo custo de processamento, ou seja, independente do que esteja sendo executado estes pinos param o processo de qualquer forma.
 LED: o arduino possui um led no pino 13 para que possamos realizar alguns testes de funcionalidades no hardware.
É a partir dos pinos 0 e 1 que o arduino envia informações serial para o sistema, através de uma porta definida no método Serial.print(9600) onde o valor numero é a porta serial, porem isto limita um pouco a placa que necessita de uma shield de ethernet para realizar um comunicação socket com um sistema na web.
3.5 Pinos Digitais/Analógicos.
Um dos grandes diferenciais do arduino é a possibilidade de trabalhar com dados tanto em formato digital como analógico, insto graças a suas portas de captação e emissão de sinal (Arduino,2012). é que
A grande diferença entre estes sinais se da por conta que na captação do sinal analógico ocorre uma variação no tempo onde uma onda varia em uma frequência infinita. Porem este sinal pode oferecer muitas interferências e as vezes pode ser captado uma frequência diferente da desejada, o que é denominado de ruido (Inatel,2012).

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A Figura 12 ilustra como é a variação da frequência no tempo e a mesma com ruído.
Figura 12 - Variação de frequência no sinal analógico(Teleco,2009).
Como pode ser notado na figura acima o sinal analógico pode variar e sua variação pode conter ruído, oque compromete sua transmissão.
Porem o sinal digital é mais robusto, graças a lógica aplicada, portanto sinal digital tem apenas 2 constantes binárias, o 0 (falso) ou 1 (verdadeiro), desta forma o sinal recebido não sofre uma variação, podendo ser captado ou não.
A Figura 13 ilustra um gráfico deste sinal digital.
Figura 13 - Grafico variação digital.
Como pode ser visto existe um nível de decisão atendido no sinal digital onde este varia em 0 ou 1.

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4. COMUNICAÇÃO
Com o avanço das paginas web um novo problema foi notado, a falta de comunicação entre o cliente com o servidor, servidor cliente. Até então as paginas web eram vistas apenas como unidirecional, onde o usuário realiza um evento e obtém à resposta após atualizar a página. Considerando um ambiente onde se necessita de uma interação cliente servidor, com atualizações de informação de forma dinâmica, esses tipo de sistemas web se torna ineficaz, para solucionar está deficiência.
Sistemas web eram vistos como ineficaz em softwares que necessitavam de interação em tempo real, pois era desejável uma resposta do servidor e que com isso altera-se o evento de visualização do usuário. Para solucionar esta deficiência foram desenvolvidos dois modelos o Socket e WebSocket.
4.1. Socket
Na década de 80 uma parceria entre a ARPA(AdvancedResearchProjectsAgency) e à Univerdade da California, foi desenvolvido um projeto com a finalidade de oferecer uma implementação Unix do pacote de protocolos TCP/IP (TransmissionControl Protocolo de controle de transmissão), conhecido hoje como interface socket, este método tornou-se o mais utilizado em todo o mundo para acesso de uma rede (Hopson, 1997).
O Socket trabalha em dois modos, o orientando a conexão e orientado a datagrama. A primeira utiliza o protocolo de transporte TCP/IP deste modo temos dois pontos a serem considerado o do servidor e o do cliente, o lado cliente envia uma solicitação para o lado servidor e espera um retorno, assim como em ligações telefônicas. O modo orientado a conexão como utiliza o protocolo TCP/IP necessita realizar uma conexão ao destino para fazer o transporte de pacotes de dados, assim tudo

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que é enviado é recebido sem perca de pacotes inclusive considerando sua ordem de envio seguindo a interface de fluxo, abertura-leitura-escrita-fechamento (Hopson, 1997).
O Modo orientado a datagrama também conhecido como modo sem conexão utiliza o protocolo UDP (UserDatagramaProtocol), desta forma é conhecido como unidade autônoma não precisando se conectar ao seu destino pois tem todas as informações necessárias para o envio do pacote não garantindo sua entrega, um exemplo efetivo deste tipo de envio é uma carta de correio, onde temos o destinatário e o remetente e da mesma forma que os correios o protocolo UDP promete fazer todos os esforços possíveis para a entrega de seu pacote.(Hopson, 1997).
A Tabela 2 demonstra as vantagens e desvantagem aplicada a cada modo de utilização do socket, podemos considerar que cada modo tem suas particularidades assim cada projeto tem a autonomia e as necessidades para utiliza-la.
Tabela 2 - Vantagens e desvantagens (Nunes R, 2008)
Modo orientado a conexão (TCP/IP)
Modo orientado a datagrama(UDP)
 Vantagens
 Vantagens
Sem perdas de pacote
Mais rápida
Garantia de entrega de ordens dos pacotes
Utilização da interface de Fluxo dedados
 Desvantagem
 Desvantagem
Mais lenta
Não garante a entrega de pacotes.
Comportamento do cliente é diferente do servidor
Ordem de entrega de pacotes não garantida.
Cada mensagem é um novo pacote
4.2. WebSocket
A web tem sido construída no paradigma solicitação/resposta de HTTP, em que o usuário acessa uma pagina web, em seguida, nada acontece ao menos se este clique na

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próxima pagina (Ubl M, Kitamura E. 2010), pensando em sistemas web como o de automação isso se tornaria desagradável e geraria uma certa confusão pois, imagine dois usuários utilizando o mesmo sistema de automação de forma continua, e ambos ativarem o sistema de segurança, o mesmo seria ativado e desativado.
Em 2005 o AJAX gerou uma grande revolução nas paginas web tornando-as mais dinâmicas, porem elas ainda não eram bidirecional, ou seja, o usuário era obrigado a atualizar a pagina para exibir novas informações do servidor.
Algumas tecnologias foram desenvolvidas para solucionar esse problema o chamado “Push” ou “Comet”, desta forma o servidor poderia enviar dados ao usuário criando uma conexão bidirecional, onde ambos realizariam eventos na pagina e o usuário teria total noção da sua interação com o servidor. Uma conexão HTTP entre cliente e servidor utilizando o push é chama de sondagem longa, desta forma a conexão fica aberta com o servidor até o usuário obter uma resposta, assim sempre quando à alguma alteração na pagina, o usuário a visualiza sem precisar atualiza-la (Ubl M, Kitamura E. 2010). Um exemplo de sondagem longa é a utilização de chat e serviços de e-mail como Hotmal, Gmail etc, que atualizam a pagina de forma dinâmica quando um novo e-mail é recebido.
Utilizando o push/comet com ajax ocorre a chamada sobrecarga de HTTP, gerando um problema em aplicativos que necessitam de baixa latência. Imagine um sistema que necessite de informações em tempo real, a utilização destas soluções citadas acima se tornaria inviável, pois comprometeria a qualidade da informação (Ubl M, Kitamura E. 2010).
Para isto a partir do HTML 5 foi introduzido o WebSocket API que realiza conexões sockets(soquete) entre o navegador web e um servidor utilizando um protocolo especifico chamado de WebSocket(ws://) gerando a conexão bidirecional(ambas partes enviam dados a qualquer momento) full-duplexque opera por um único canal através da internet. Diferente do push/comet o WebScoket fornece uma enorme redução no tráfego da rede e latência comparando com sondagem longa(WebSocket, 2012).
Esta API conta com dois consideráveis recursos o primeiro é a possibilidade de suportar múltiplas comunicações com apenas uma única conexão, desta forma

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diminuindo a carga nos servidores. A segunda é a capacidade de atravessar firewalls e servidores proxy, o que antes era considerada uma área problemática em aplicações web(WebSocket, 2012).
Para atravessar o proxy o WebSocket identifica sua presença e automaticamente configura um túnel para passar através dele. O túnel é estabelecido através de uma declaração HTTP CONNECT para o servidor proxy, que solicita a abertura de uma conexão TCP/IP para um determinado host e porta, desta forma a comunicação pode fluir livremente. Da mesma forma que o HTTPS o protocolo WebSocket WS também possui um implementação segura SSL formando o protocolo WSS. No entanto é importante ressaltar que por se tratar de uma tecnologia nova muitos navegadores não possuem o suporte a este serviço, menos o navegador Chrome que já o suporta nativamente(WebSocket, 2012).
A figura 14 demostra uma arquitetura básica baseada em WebSocket em que os navegadores usam uma conexão para comunicação full-duplex, direto com servidores remotos.
Figura 14 - Arquitetura WebSocket (WebSocket, 2012)

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5. IMPLEMENTAÇÃO
Com o objetivo de expor os conceitos e provar que uma automação alternativa de baixo custo é possível, foram necessários realizar teste, utilizar Shields de sensores, e adaptar a programação para que o Arduino junto com seus componentes fosse aproveitado em 100%.
O Objetivo inicial do projeto era utilizar apenas um controlador, entretanto ao decorrer da implementação do protótipo foi constatado que o Arduino na sua versão Uno, possui algumas limitações com a utilização de quatro Servos motores, representado na Figura 15. Para solucionar este empasse na implementação foram adotadas dois Arduinos Uno, um que controlaria toda parte externa do protótipo, e outro a parte interna.
Figura 15 - Servo Motor 9g (Huinfinito,2012)
O Servo motor 9g, foi utilizado para abertura dos portões e janelas do protótipo, este possui uma limitação de força de 1,5kg.
Tendo dois Arduinos para a automação foi necessário realizar uma alteração no código Java, agora este passará a se comunicar com dois servidores(Arduino), e os servidores com apenas um cliente(Java). Com a utilização da Ethernet Shield como intermediaria da comunicação web, foi notado que esta shield suporta apenas quatro conexões simultâneas, algo que poderia complicar o desenvolvimento, entretanto como

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as solicitações para o servidor estipulados no código são de no máximo um segundo, foi possível criar um lógica no código Java que a cada requisição do usuário a conexão é aberta, consequentemente a rotina lógica é executada, retornando o resultado esperado, então é fechada a conexão, tudo isso em um tempo aproximado de um segundo.
A Figura 16 expõe os métodos de abertura e fechamento de conexão do cliente para o servidor.
Figura 16 - Método Java que realiza a comunicação Cliente – Servidor
Estes dois métodos são chamados em outro método que é responsável por receber os dados da interação do Usuário com a Interface da aplicação, representado na Figura X.
Figura 17 - Método resposavel por enviar dados para o servidor

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O Trecho de código ilustrado na figura 18 expõe o método responsável por gerenciar os Leds da piscina - Quando o usuário clicar no botão vermelho da aplicação a conexão será iniciada, a rotina é executada, e após, a conexão é fechada pelo método fecharConexão().
Resolvido os problemas e estabelecido a conexão ideal para prosseguir a implementação do protótipo, foram adquiridos algumas Shields de sensores dando para a maquete a possibilidade de interagir com o ambiente.
5.1. Sensor de barreira.
Pensando na segurança, foi adquirido um Sensor de Barreira, este sensor trabalha com o envio de ondas ultrassónicas, quando esta onda bate em alguma superfície e retorna, sabendo-se da velocidade do som, um valor de distância é calculado. A Figura 19 demostra este sensor.
Figura 18 - Sesonr Ultrassónico, ArduinoLivre(2012)
Este sensor trabalha com quatro pinos: VCC, TRIG, ECHO e GND. O VCC é a alimentação do sensor, essa alimentação tem que ser de 5volts para este modelo, o TRIG é o envio do Pulso Ultrassônico, ECHO é responsável por receber a informação enviada pelo TRIG e o GND é o aterramento do sensor.

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Para o protótipo o sensor foi configurado para identificar a largura do muro frontal da residência que é de 70cm, quando algo passar neste meio, é disparada uma rotina que ativa dois pinos no arduino que estão ligados a dois Buzzers9, funcionando como uma espécie de alarme.
A Figura 20, demonstra como é a estrutura de um Buzzer.
Figura 19 - Buzzer (PSX,2012)
Esse oscilador é alimentado com um intervalo de 0,25seg, dando a ideia de um alarme.
A Figura 21, mostra um trecho de código no arduino que é responsável por disparar está rotina.
Figura 20 - Trecho de código de configuração do Sensor de Barreira
9 Buzzer – É um oscilador auditivo que emite um som na frequência de Kilohertz.

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O trecho de código supracitado é responsável por rodar ação do sensor de barreira. Vale ressaltar que os buzzer’s só serão ativados se o obstáculo de 70cm for interrompido, caso contrario o mesmo será desativado.
5.2. Led RGB
Além da segurança foi pensado no conforto, praticidade e personalização da residência, para isto, foram adotados os Led’s RGB que trabalha com as três cores primarias que combinadas formam as cores secundárias.
A Figura 22 e y mostram o esquemático do RGB, e o LED utilizado na maquete.
Figura 21 - Esquemático do RGB(Glyphnotes,2009)
A partir das cores R(Red – Vermelho), G (Green – Verde) e B (Blue - Azul) podem ser gerado as cores: magenta, amarelo, ciano e branco.

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A Figura 23 traz um exemplo do led RGB utilizado no protótipo.
Figura 22 - Led RGB(GraviTech 2011).
Para adquirir o efeito demostrando na Figura 23, o led RGB trabalha com 4 pinos de alimentação aproximada de 3.3volts, na figura supracitada o pino 1 é responsável pela cor vermelha, pino 2 o aterramento(GND), pino 3 cor verde e pino 4 azul.
Um ponto negativo da utilização do LED RGB é que este utiliza 4 porta digitais do arduino, considerando que a maquete tenha sete leds rgb multiplicando por 4 daria 28 portas oque se tornaria inviável a sua utilização na versão do Arduino utilizado nesta maquete, já que o mesmo possui apenas 14 portas digitais e 3 GND para isto foi utilizado pinos comuns para todos os leds.

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A Figura 24 demostra um trecho do código que representa alguns métodos utilizados para fazer as cores possíveis com estes leds.
Figura 23 - Trecho de código dos LED's RGB
Como pode ser visto existem três métodos/função que designam a ativação de um pino, desta forma são gerados as cores primárias, a partir do momento que dois pinos são ativados, é gerado uma cor segundaria, a nomenclatura aplicada nos métodos P_azul(), como exemplo foi adota para identificar que os métodos que iniciam por “P” são designados a piscina da maquete.
4.3. Sensor de Luz.
Uma casa inteligente não é apenas aquela que acende ou apaga lâmpadas através de um dispositivo móvel, mas sim aquela que tem dispositivos capazes de identificar variações no ambiente e com isso gerenciar as informações, resultando em economia. O Sensor de Luz no ambiente é muito utilizado para acender e apagar luzes sem a intervenção do morador gerando além da economia uma segurança na parte externa da residência.

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A Figura 25 demonstra o Shields de luminância utilizado na maquete.
Figura 24 - Sensor de Luz - Light Sensor - (Dattein,2010)
O grande diferencial em se utilizar essas Shields já prontas para o Arduino é sua fácil instalação/utilização, o exemplo acima utiliza três pinos, o primeiro é a alimentação vcc(5 volts), o segundo gnd(aterramento) e o terceiro out(saída de dados para o arduino), essa saída out utiliza uma porta analógica.
A Figura 26 traz um trecho de código responsável pela configuração deste dispositivo.
Figura 25 - Código de configuração do sensor de Luz

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Como demonstrado no trecho supracitado o sensor está ligado na porta analógica do arduino denominada de “A5” e quando o valor recebido por esta porta for menor que “0x200” o led da por 13 do Arduino é ativado caso contrario o mesmo permanece apagado, a partir desta simples lógica podemos programar a lógica no código da maquete.
4.4. Sensor de Temperatura e Humidade.
Assim como o sensor de luz, o sensor de temperatura cria a possibilidade de a casa perceber o ambiente, com isto é possível desenvolver uma lógica que gerencie a temperatura do cômodo ou então fechar as janelas caso o sensor de humidade identifique que a humidade relativa do ar está acima dos 90% e que a probabilidade de chuva é eminente.
A Figura 27 traz a forma física do sensor utilizado no protótipo.
Figura 26 - Sensor de Temperatura e Humindade (Junior,2010)
O Shield acima possui 3 pinos, um GND, VCC e SIG, o sig é responsável pelo sinal que será enviado para o arduino.

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A figura 28 demonstra um trecho de código utilizado no sensor.
Figura 27 - Trecho de código Sensor de temperatura e humidade
Como pode ser notado o comportamento do código é muito parecido com os demais, as variáveis umidade e temperatura recebendo um valor passado pelo sensor, esse valor é transportado pelo pino “SIG” do sensor.
4.5. Sensor Infravermelho.
Quando se desenvolve um projeto que fica o tempo todo dependendo de uma conexão wireless, surge um problema, redes wireless as vezes podem ser instáveis e o modem que faz o gerenciamento do mesmo pode sofrer alguns problemas, para solucionar esse risco de perder o controle local da residência, foi adotado a utilização de sensores infravermelhos com controle remoto, para poder controlar todas as funções da maquete.

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A Figura 29 ilustra o sensor utilizado na maquete e o controle remoto.
Figura 28 - Sensor Infravermelho (DealExtreme,2012)
O Infravermelho capta um sinal hexadecimal enviado pelo controle desta forma é possível desenvolver uma lógica com condições que verificam se o valor recebido é igual ao especificado na aplicação assim executando uma lógica, como acender uma lâmpada.

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6. PROTÓTIPO
Após o estudo preciso de quais dispositivos utilizar e como utilizar, foi dado inicio a implementação do protótipo, como visto na figura 30.
Figura 29 - Implementação do protótipo.
Concluído a construção da parte física do protótipo foi iniciado o desenvolvendo dos circuitos eletrônicos e programação do CLP. Para expor o Arduino e sua Shields foi construída uma central para acomodar estes dispositivos, demostrada na Figura 31.
Figura 30 – Central controladora.

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Após configura a central controladora foram ligados todos os dispositivos. A Figura 32 ilustra o acionamento da iluminação externa da maquete.
Figura 31 - Leds RBG acionados pela aplicação.
Assim que as configurações e testes foram realizados a estrutura lógica do software foi desenvolvida dando para o usuário um ambiente agradável para acionar seus dispositivos residenciais.
Figura 32 - Estrutura do Software

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7. CONCLUSÃO
De fato a tecnologia vem contribuindo muito para o desenvolvimento da humanidade, a cada dia projetos inovadores vem ganhando espaço e conquistando vários setores da economia. Entretanto projetos na área de automação residencial demandam tempo e gastos consideráveis.
Pode-se concluir que é possível desenvolver um projeto de automação com baixo custo e com ferramentas já existentes no mercado. O arduino se mostrou de fácil utilização, por conta de sua IDE de escrita no controlador ATMega328, porem o mesmo apresenta falhas no código que dificultaram o entendimento de alguns lógicas empregadas em outras linguagens. Os testes aplicados foram realizados com sucesso, a comunicações se mostrou confiável e de fácil configuração, entretanto as redes de computadores podem falhar, e a casa ficar sem controle, por isso foi implementado a utilização de sensores infravermelhos que captam sinal de controle remoto.
Novos testes serão realizados e implementados, analisando a qualidade do trafego de informação, e garantido que o mesmo seja 99% confiável. Pensando em acessibilidade serão realizadas adaptações com projetos anteriores expostos na Unipar- Campus Paranavaí, como a utilização de uma interface celebra maquina, que através de pulsos emitidos pelo celebro será possível também controlar a residência. A Automação Residencial debatida neste trabalho não é apenas para alcançar o baixo custo, mais sim dar uma nova alternativa para a acessibilidade.

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8. REFERÊNCIAS.
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