MyHome - Sistema de Automação Residencial para Dispositivos Móveis.

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UNIPAR - UNIVERSIDADE PARANAENSE

SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

DOUGLAS BENTO SCRIPTORE

AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL

PARANAVAÍ

2012

2

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

3

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

4

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.

5

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

Roberto Shinyashiki

6

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

9

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

12

7. CONCLUSÃO 56
8. REFERÊNCIAS. 57

13

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).

14

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.

15

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.

16

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 IHC 1 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.

17

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 CLP 3 , 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.

18

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

19

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
COMPUTER 5 ) 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.

4
Refrofitting – 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.

20

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

21

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 Para abri e fechar persianas, acionar
Paralelo com Parada Central telões, toldos elétricos e pequenos
motores.
10 – Pulsador com Identificação de A Alimentação de uma tomada pode ser

22

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: Mini central de disjuntores isolados.
Quadros Mini e Micropragma
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 Permite regular a velocidade do ventilador
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.

23

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).

24

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.

25

 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).

26

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)

27

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.

28

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).

29

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)

30

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.

31

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

32

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-source 6 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).

6
Open-Source: Software ou hardware que tem sua licença livre, possuindo seu código aberto para
melhorias e adaptações.

33

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.

7
Shield – Placas de circuito impresso normalmente fixadas no topo do aparelho, em nossa língua as
Shields passam a ter o nome de escudo.

34

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++.

35

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.

36

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.

37

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).

38

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.

39

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

40

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 Ordem de entrega de pacotes não
do servidor 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

41

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

42

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)

43

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

44

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

45

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.

46

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.

47

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.

48

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.

49

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.

50

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

51

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.

52

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.

53

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.

54

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.

55

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

56

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.

57

8. REFERÊNCIAS.

Silveira, Paulo R. da, Santos, Winderson E. - Automação e Controle Discreto –
EditoraÉrica, São Paulo, 1998

Henrrique, Paulo P. – Funcionamento de um Controlador Lógico Programável
(CLP), 1998 acessado em 30 de maio de 2012 url:
<http://www.pharmaster.com.br/artigos/docs/20080703_7439_Funcionamento%20de%
20um%20CLP.pdf>

Moraes, C. C. & CASTRUCCI, P. L. (2001) Engenharia de automação industrial. Rio
de Janeiro, LTC.

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