1) O documento descreve um projeto de automação residencial controlado por smartphone que utiliza placas Arduino e módulos XBee para controlar dispositivos em uma maquete de casa. 2) Os estudantes desenvolveram um aplicativo Android para controlar a iluminação, ventilador e ar-condicionado da maquete via comunicação sem fio entre o smartphone e as placas microcontroladoras. 3) O projeto apresenta uma abordagem para tornar a automação residencial mais acessível através do desenvolvimento de tecnologias low-cost.

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AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL COM CONTROLE POR SMARTPHONE ANDROID
Adilson Jair Cardoso1, Felipe Bez Fontana2, Gabriel Andrade Gaspar3, Giovanni Dos
Santos Berti4
1Instituto Federal de Santa Catarina/Professor DE/Campus Criciúma/adilson.jair@ifsc.edu.br
2Instituto Federal de Santa Catarina/Estudante/Campus Criciúma/felipebezfontana@hotmail.com
3Instituto Federal de Santa Catarina/Estudante/Campus Criciúma/gabrielgaspar.dev@outlook.com
4Instituto Federal de Santa Catarina/Estudante/Campus Criciúma/giovannidossb@gmail.com
Resumo: A automação residencial é a integração de equipamentos eletroeletrônicos em um sistema único,
inteligente e interativo, trazendo comodidade, economia e segurança às pessoas. O projeto buscou estudar
e aplicar os conceitos de automação, através de uma comunicação sem fio entre smartphone e uma placa
microcontroladora. Foi utilizado o software App Inventor para o desenvolvimento de uma aplicação Android
própria para automação e placas microcontroladoras Arduino para o controle dos atuadores. Para isso,
houve pesquisas nas áreas de eletrônica e programação, para a construção de um sistema automatizado.
Por fim, através da confecção de uma maquete foi possível simular a automação de uma residência, na
qual haveria o controle de iluminação, temperatura e a leitura de sensores. Finalizando o trabalho com um
sistema funcional, alcançando assim todas as expectativas propostas ao início do projeto.
Palavras-Chave: Eletrônica, Android, Automação.
1 INTRODUÇÃO
A automação nas residências e prédios já é realidade há algum tempo.
Entretanto, o controle dos diversos equipamentos como iluminação, ar-condicionado,
cortinas, entre outros, era realizado por um dispositivo específico. Sendo assim, a
automação de hoje, conhecida também como domótica, vem com o objetivo de unificar
esses controladores para a criação de um sistema único, oferecendo mais comodidade e,
principalmente, segurança aos moradores. Sendo a sustentabilidade outro fator
importante, já que traz o consumo inteligente da energia elétrica. Com o avanço dos
processadores, dos padrões de comunicação sem fio e dos dispositivos móveis, é
possível a utilização do smartphone como um controlador unificado nas automações.
Para que o smartphone funcione como um controlador unificado é necessário
que exista uma conexão com dispositivos presentes na residência. Para que isso ocorra é
preciso utilizar uma rede de comunicação sem fio. Atualmente existem diversos tipos de
padrões de comunicação, sendo que cada um apresenta pontos positivos e negativos.
Hoje, o mais utilizado é o Ethernet. Padrão que está presente na maior parte
dos locais que frequentamos habitualmente. É através dela que conseguimos nos
conectar na maior rede de computadores do mundo. Com o padrão de comunicação
internet, conseguimos transferências de dados em alta velocidade para qualquer parte do
mundo, com ou sem necessidade de cabos. Outra questão importante é a segurança que

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esta rede apresenta, tanto a imunidade a ruído quanto aos dados durante o tráfego.
Sendo assim, o padrão internet é o melhor que se apresenta, quando necessita-se de
velocidade, segurança e principalmente alcance para o controle de vários dispositivos.
Já o ZigBee, é um outro padrão de comunicação que restringe-se a um
ambiente de uso, que é o caso do industrial. Portanto, suas características são focadas a
oferecer resultados diferentes do que se obteria com o padrão internet, por exemplo.
Questões como, sua alta imunidade a ruídos, distância de operação entre 100 metros ou
mais, e principalmente sua capacidade de funcionamento em baixa potência. Esta última
característica é o que faz dele um ótimo padrão para indústrias, onde o controle à
distância de máquinas é fundamental.
O ZigBee é um padrão baseado no protocolo IEEE 802.15.4, foi desenvolvido e
é controlado pela ZigBee Alliance. Dentre os vários dispositivos de hardware baseados no
protocolo ZigBee, um modelo bastante conhecido é o XBee, atualmente fabricado pela
líder de mercado Digi International, que adquiriu a MaxStream, antiga fabricante deste
dispositivo. Os módulos XBee são compostos, basicamente, por um microcontrolador e
um transceptor. O microcontrolador contém o firmware com a implementação do protocolo
ZigBee e a especificação do comportamento do dispositivo (Coordenador, Roteador ou
Dispositivo Final).
A contratação do serviço de domótica é uma oportunidade para poucos,
mesmo nos dias atuais com a expansão tão rápido da tecnologia. Isso se deve ao alto
custo dos equipamentos utilizados e a baixa concorrência entre empresas que prestam
esse serviço. É fundamental que se busque alternativas para diminuir esse custo. Assim,
o incentivo à pesquisa na área de automação é de extrema importância, pois além de
desenvolver tecnologias mais acessíveis, proporciona oportunidade aos alunos de
seguirem esse ramo.
Nesse contexto, o projeto visa a elaboração de um protótipo, uma maquete, na
qual serão aplicados os conceitos estudados. Onde, através de um smartphone Android
será possível controlar os dispositivos instalados na maquete via uma rede de
comunicação sem fio.
2 METODOLOGIA
A domótica utiliza vários elementos, que normalmente são independentes, de
uma forma sistêmica. Unindo as vantagens dos meios eletrônicos aos informáticos, de
forma a obter uma utilização e gestão integrada dos diversos equipamentos da residência.

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Este controle, hoje, é feito através de comandos enviados de um smartphone, tablet ou
computador, junto com um aplicativo desenvolvimento para se conectar ao sistema da
casa. Esse sistema se refere à central que processa os comandos enviados dos
controladores e integra os atuadores, sejam lâmpadas, aparelhos de ar-condicionado,
cortinas, portões, ou outros.
Então, para a construção de um sistema automatizado, foram desenvolvidos
programas para uso no smartphone e para as placas microcontroladoras, que se
comunicam através das redes Internet e ZigBee (FALLUDI, 2011).
Para o melhor andamento do projeto, os trabalhos foram divididos da seguinte
forma. Um aluno ficou com a função de estudar e desenvolver o aplicativo para o
smartphone de sistema operacional Android. Outro aluno, estudou banco de dados e
linguagem PHP. Enquanto isso, o terceiro aluno ficou com o estudo da eletrônica e da
programação da placa microcontroladora Arduino.
Utilizando-se do Ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE) chamado App
Inventor, iniciou-se a aprendizagem em programação. Esta ferramenta online e gratuita
que foi criada pela Google, difere da programação comum por oferecer uma linguagem
mais intuitiva a partir da junção de blocos. Exemplo que pode ser visto na figura 1.
Figura 01 - Exemplo de aplicação desenvolvida no App Inventor a partir da junção dos blocos.
Primeiramente foram construídos aplicativos para o controle de equipamentos
com função de ligar e desligar. Em uma segunda etapa, foi desenvolvido o controle do tipo
linear, onde pôde-se ter o controle analógico, como o brilho de uma lâmpada, por
exemplo.

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A placa Arduino foi criada a partir de um projeto iniciado em 2005 na Itália
(EVANS,2011). Esse projeto tinha como objetivo inicial desenvolver uma plataforma de
prototipagem eletrônica de hardware livre, tornando a robótica mais acessível a todos.
Seu sucesso tornou-se tão grande que hoje ele é usado desde hobistas a engenheiros na
construção de projetos eletrônicos (MONK,2011).
Para a comunicação da placa com o smartphone, utilizou-se de uma versão do
Arduino integrada com o módulo Ethernet (Figura 2).
Figura 02 - Arduino Ethernet utilizado no projeto.
No protótipo desenvolvido foram utilizados módulos XBee ligados em Arduinos
UNO para o acionamento de dispositivos distantes através do padrão de comunicação
sem fio ZigBee. Com isso, foi necessário a criação de um simples protocolo que utiliza o
acionamento de portas digitais para sincronizar os dados entre o Arduino Ethernet (que
recebe as informações do banco de dados) e o Arduino coordenador da rede ZigBee (que
comanda os dispositivos distantes sem fio).
Figura 03 - Shield ZigBee utilizada no projeto.

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Os módulos XBee podem operar de duas maneiras: no modo Transparente
(AT) e no modo API (Application Programming Interface). No modo de operação
transparente, o dispositivo atua simplesmente como um substituto da linha de
comunicação serial. O modo de operação API é uma alternativa ao modo de operação
transparente. A API, baseada em quadros (frames), estende o nível no qual a aplicação
pode interagir com os recursos de rede do módulo. Nesse modo de operação, todos os
dados enviados e recebidos pelo módulo XBee são organizados em pacotes que definem
as operações ou eventos dentro do módulo.
Basicamente, o modo de operação API oferece um alto grau de controle e
gerenciamento da rede. No entanto, exige uma manipulação mais complexa através da
formatação de mensagens em pacotes. Já o modo de operação Transparente restringe o
uso de algumas funcionalidades, porém, apresenta uma interface muito simples.
A topologia de uma rede define a forma com que os vários elementos estão
conectados e uma rede ZigBee pode se organizar em diversas topologias. As mais
comuns são: ponto a ponto, estrela, árvore, malha. Como podem ser visualizadas na
figura 4.
Figura 4 – Topologias ZigBee
Uma das dificuldades encontradas na utilização dos módulos XBee Pro Serie 2
foi a falta de material disponível para a sua utilização, pois os módulos Serie 1 possuem
um custo menor e são mais fáceis de configurar. Fato esse, que faz a Serie 2, de maior
potência, ser menos utilizada.
Para a instalação e gerenciamento do banco de dados de forma segura e
facilitada, foi utilizado o WampServer. Software publicado através da licença para
software livre GPL (Licença Pública Geral). Foi desenvolvido com o propósito de agilizar a

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instalação dos softwares PHP, MySQL e Apache, que fazem parte do funcionamento
básico de um banco de dados. Com o banco instalado e configurado, foi estudado a
linguagem PHP para a criação de Web Services, que servem como ponte de
comunicação de duas ou mais plataformas diferentes. Que é o caso do nosso projeto,
onde temos o smartphone, sendo o controlador, o banco de dados, onde as informações
dos dispositivos da casa estarão guardados, e por fim o Arduino como acionador.
Finalizado a parte inicial dos estudos, começou-se o desenvolvimento de uma
maquete utilizada como protótipo. Buscando mobilidade, foi desenvolvida uma maquete
móvel em forma de mala, que quando aberta transforma-se em uma representação de
uma casa automatizada.
Com a maquete finalizada, a parte eletroeletrônica pôde ser implementada,
para assim iniciar o processo de automatização, com a programação da placa
microcontroladora e do aplicativo Android.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com trabalho em equipe e mediante a vários testes, a maquete foi finalizada
conforme o planejado. Dentro dela temos os cômodos com LEDs para a simulação da
iluminação com controle liga/desliga. Na cozinha possui também a representação de um
ventilador, que através do aplicativo pode-se regular a velocidade de rotação. Na parte
externa da casa temos a iluminação, que pode ser controlada, ligada ou desligada
automaticamente, através do sensor de luminosidade.
Nos quartos foram utilizados os módulos XBee escravos, onde um dos quartos
é equipado com sensor de luminosidade e um LED controlável, simulando a iluminação.
Já o outro possui um sensor de temperatura e a representação de um ar-condicionado
através de um cooler (mini ventilador) e um resistor de alta potência.

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Figura 04 - Maquete Construída
Tudo isso sendo controlado através do aplicativo presente em um smartphone
Android que envia informações ao banco de dados, que então é lido pela placa Arduino
Ethernet.
Figura 05 - Aplicativo Android desenvolvido para smartphone
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho é gratificante, pois foi possível a iniciação científica dos
estudantes no desenvolvimento de tecnologias para a domótica, como a programação de
aplicativos, da placa microcontroladora Arduino, e gerenciamento de banco de dados.

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Além do estudo do ZigBee, que é um padrão de comunicação sem fio muito utilizado nas
indústrias de hoje.
Vale salientar que os bolsistas apresentam um ótimo desempenho e interesse,
já que também estão frequentando o curso de mecatrônica no Instituto Federal de Santa
Catarina, Campus Criciúma, o que levou o projeto a alcançar todas as suas expectativas.
Também cita-se que ao difundir esta tecnologia empresas podem vir a se formar para
atender a demanda crescente da automação residencial.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao IFSC pelo suporte dado através das bolsas aos alunos, as
quais foram importantes para a realização do projeto.
REFERÊNCIAS
TYLER, J. App Inventor for Android: Build Your Own Apps - No Experience
Required!. 1.ed. John Wiley & Sons, 2011.
WOLBER, D.; ABELSON, H.; SPERTUS, E.; LOONEY, L. App Inventor. 1.ed. O'Reilly
Media, 2011.
GISLASON, D. Zigbee Wireless Networking. 1.ed. Newnes, 2004.
FALUDI, R. Building Wireless Sensor Networks. 1.ed. O'Reilly Media, 2011.
EVANS, B. Beginning Arduino Programming. 1.ed. Apress, 2011.
MONK, S. Programming Arduino Getting Started with Sketches. 1.ed. McGraw-
Hill/TAB Electronics, 2011.