UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA SAULO RECCO PIVA WILLIAM MORETTO DE ARAUJO HOUSE SYSTEM SISTEMA PARA CONTROLE E AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL

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1 UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA SAULO RECCO PIVA WILLIAM MORETTO DE ARAUJO HOUSE SYSTEM SISTEMA PARA CONTROLE E AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL Araranguá 2013

2 SAULO RECCO PIVA WILLIAM MORETTO DE ARAUJO HOUSE SYSTEM SISTEMA PARA CONTROLE E AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Ciência da Computação, da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel. Orientador: Prof. Fernando de Moraes Niehues Araranguá 2013

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4 Eu Saulo, dedico este trabalho aos meus pais Aldo Piva e Leonilda Recco Piva; minha namorada Angélica Antonelli, pela dedicação, compreensão e incentivo ao longo de minha trajetória, meu sincero obrigado e admiração para sempre.

5 AGRADECIMENTOS Eu Saulo, agradeço primeiramente a Deus, a quem serei eternamente grato, por estar sempre presente e me guiar em todos os momentos, pela força e saúde concedida durante mais esta etapa de minha vida; Aos meus pais Aldo Piva e Leonilda Recco Piva, pela minha formação moral, para ser uma pessoa humilde e persistente, pela dedicação e preocupação na realização de meus objetivos; A minha namorada Angélica Antonelli, uma pessoa muito especial na minha vida, agradeço sua paciência e compreensão nos momentos difíceis, sempre ao meu lado torcendo para meu sucesso, muito obrigado pelo amor, carinho e companhia incondicionais. Eu William, agradeço aos meus pais Olímpio Corrêa de Araújo e Ivanete Moretto de Araújo, que mais do que me proporcionar uma boa infância e a vida acadêmica, formaram os fundamentos do meu caráter e personalidade e também por serem a minha referência de tantas maneiras e estarem sempre presentes na minha vida; A minha namorada Emilly de Bastos Fagundes, que representa minha segurança em todos os aspectos, minha companheira incondicional, o abraço espontâneo e tão necessário, especialmente na conclusão dos últimos dois semestres na faculdade de forma simultânea; Aos Meus Irmãos Regis Eduardo Moretto de Araújo e Ismael Moretto de Araújo, pela companhia constante e tão querida, sacrifício ilimitado em todos os sentidos, orações, palavras, abraços; Aos amigos de perto e de longe, pelo amor e preocupação demonstrados através de ligações, visitas, orações e s. Obrigado, vocês que aliviaram minhas horas difíceis, me alimentando de certezas, força e alegria; E agradeço principalmente a Ele, Deus que dirijo minha maior gratidão, que deu propósito à minha vida. Vem dele tudo o que sou, o que tenho e o que espero. Agradecemos ao nosso professor e orientador Fernando de Moraes Niehues, que não mediu esforços para a realização deste trabalho, se dispondo sempre que necessário. Ficam nossos sinceros agradecimentos pela dedicação, competência, pelas sábias sugestões, ensinamentos e amizade adquiridos durante o curso e orientação, pois seus ensinamentos estarão sempre presentes e foram

6 fundamentais para a conclusão de mais esta etapa; Por fim, agradecemos a todos os colegas de classe, professores, coordenadores, amigos, a todos que de uma forma ou de outra, contribuíram em nosso conhecimento e conclusão deste Trabalho.

7 RESUMO A principal ênfase dos sistemas informáticos e de nós, seres humanos, está exposta a constantes mudanças. O que é regra ou rotina hoje em dia, pode não ser amanhã. Ao que tudo indica, os hábitos, horários e atividades mudam com o passar do tempo, pois estes tendem a acompanhar a evolução tecnológica, a qual são dependentes. Portanto, há necessidade de uma adaptação a estas mudanças, a Automação Residencial, tema do nosso projeto, é uma destas, pois tende a evoluir para a Domótica Inteligente. Nesta, os dados obtidos dos componentes eletrônicos e controladores, devem ser avaliados adaptando-se ao ambiente, para interagir com os habitantes e aprender com seus comportamentos. O papel da Automação Residencial intitula-se no aumento da eficiência e qualidade de vida no âmbito residencial, e liga-se intimamente ao uso eficaz de energia, fator importante na economia e preservação do meio ambiente. Este projeto engloba o surgimento e diversidade tecnológica envolventes dentro dos Sistemas Domóticos, Automação Residencial e Microcontroladores, e por meio deste estudo, objetivamos desenvolver uma metodologia capaz de alinhar-se com as tecnologias estudadas e necessárias para sua implementação. Desta maneira, o projeto consiste no desenvolvimento de uma aplicação Web e de um Protótipo composto por Microcontroladores, cuja meta é controlar dispositivos eletrônicos conectados à rede elétrica da respectiva residência, bem como automatizar funções rotineiras. Além disso, o sistema guarda as informações necessárias para informar os gastos energéticos gerados para cada equipamento, tornando possível a comparação destes em forma de gráfico. Podemos enfatizar que, a definição e desenvolvimento deste projeto envolvem estudos abrangentes, e sistemas para estes fins devem desempenhar cada vez mais funções e ampliação ao acesso dos controles vinculados a confiabilidade deste sistema. Palavras chave: Domótica. Automação Residencial. Tecnologia. Microcontroladores. Sistema Web.

8 ABSTRACT The main emphasis of computer systems and we humans, are exposed to constant changes. What is the rule or routine today may not be tomorrow. Apparently, habits, schedules and activities change over time, as these tend to follow technological developments, which are dependent.therefore, there is need to adapt to these changes, Home Automation, theme of our project, is one of these, it tends to evolve into a Home Automation Smart. In this, the data obtained from electronic components and controllers should be evaluated by adapting to the environment, to interact with the locals and learn their behaviors. The role of Home Automation is entitled to increase the efficiency and quality of life within residential and binds closely to the effective use of energy, an important factor in the economy and preserve the environment.this project encompasses the emergence and technological diversity within the surrounding home automation systems, Home Automation and Microcontrollers, and through this study, we aimed to develop a methodology capable of aligning themselves with the technologies studied and necessary for its implementation.thus, the project consists of developing a Web application and a prototype composed of Microcontrollers, whose goal is to control electronic devices connected to the grid of their residence, and automate routine functions. Additionally, the system stores the information needed to ensure the energy expenses generated for each device, making it possible to compare them in graph form.we emphasize that the definition and development of this project involve comprehensive studies, and systems for these purposes must play increasingly expanding roles and access controls related to the reliability of this system. Keywords: Domotic. Home Automation. Technology. Microcontrollers. Web System.

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 A integração e automação dos sistemas domóticos de uma residência.. 29 Figura 2 Os sistemas domóticos existentes em uma residência Figura 3 A divisão dos processos da domótica de forma hierárquica Figura 4 A Evolução da Automação Residencial Figura 5 Sensor de Luz Figura 6 Relé aberto Figura 7 Faturamento Anual com Sistemas de Segurança Eletrônica Figura 8 Diagramas de blocos simples de um microcontrolador Figura 9 Partes básicas de um microcomputador Figura 10 Microprocessador e Microcontrolador Figura 11 Microcontroladores com encapsulamento DIP Figura 12 Microcontroladores com encapsulamento QFP/SMD Figura 13 Arduino Uno Figura 14 Arduino Leonardo Figura 15 Arduino Esplora Figura 16 Arduino Mega Figura 17 Arduino Micro Figura 18 IDE Arduino Figura 19 Camadas do Modelo OSI Figura 20 Modelo OSI e Modelo TCP-IP Figura 21 Modelo Cliente-Servidor Figura 22 Fluxo do Sistema Figura 23 Diagrama De Casos De Uso Figura 24 Diagrama de Classes Figura 25 Modelo ER do Banco de Dados Figura 26 Diagrama de Sequência: Manter Administrador Figura 27 Diagrama de Sequência: Manter Usuário Figura 28 Diagrama de Sequência: Gerar Gráficos Figura 29 Diagrama de Sequência: Controlar Residência Figura 30 Diagrama de Sequência: Manter Rotinas Figura 31 Diagrama de Sequência: Manter Controladores Figura 32 Matriz de Rastreabilidade Figura 33 Modelo de Circuito Elétrico do Protótipo

10 Figura 34 Modelo Final de Circuito Elétrico do Protótipo Figura 35 Simulação em 3D da Implementação do Circuito Elétrico no Protótipo119 Figura 36 Simulação em 3D do Protótipo Concluído Figura 37 Processo de Perfuração do Protótipo Figura 38 Processo de Perfuração do Protótipo Figura 39 Fixação dos componentes eletrônicos no protótipo Figura 40 Processo de Soldagem dos Componentes Figura 41 Implementação do Protótipo Concluída Figura 42 Protótipo com a Placa Arduino Mega 2560 fixada Figura 43 Estrutura de Pacotes Figura 44 Tela de Login Figura 45 Tela de Controle da Residência Figura 46 Tela de Rotinas Figura 47 Tela de Cadastros Figura 48 Tela de Cadastros de Usuários Figura 49 Tela de Gráficos Disponíveis Figura 50 Tela de Gráficos com Gastos Mensais por Equipamento Figura 51 Tela de Contato Figura 52 Modelagem da Maquete em 3D Figura 53 Maquete para Validação do Sistema Figura 54 Fixação do Protótipo/Dispositivos na Maquete Figura 55 Implementação do Cenário/Laboratório de Testes Figura 56 Implementação do Cenário/Laboratório de Testes Figura 57 Parte Externa do Cenário/Laboratório de Testes Figura 58 Parte Interna do Cenário/Laboratório de Testes Figura 59 Ligando/Desligando Dispositivos da Maquete Figura 60 Controlando o Sistema através de um Smartphone

11 LISTA DE QUADROS Quadro 1 Caso de uso: Manter Administrador Quadro 2 Caso de uso: Manter Usuário Quadro 3 Caso de uso: Gerar Gráficos Quadro 4 Caso de uso: Controlar Residência Quadro 5 Caso de uso: Manter Rotinas Quadro 6 Caso de uso: Manter Controladores

12 LISTA DE SIGLAS ABESE - Associação Brasileira de Engenharia e Sistemas Eletrônicos; AM - Amplitude Modulation; API - Application Programming Interface; AURESIDE - Associação Brasileira de Automação Residencial; CFTV - Circuito Fechado de Televisão; CI - Circuito Interno; CPU - Central Processing Unit; CSS - Cascading Style Sheets; DI - Dispositivo Inteligente; DIP - Dual In line Package; DNS - Domain Name System; DRAM - Dynamic Random-Acess Memory; EA - Enterprise Architect; ECHO - Electronic Computing Home Operator; EEPROM - Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory; EPROM - Erasable Programmable Read-Only Memory; GPS - Global Positioning System; HTML - HyperText Markup Language; HTTP - HyperText Transfer Protocol; HVAC - Heating Ventilation and Air Conditioning; IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística; IBM - International Business Machines; IDE - Integrated Development Environment; IP - Internet Protocol; IR - Infra-Red; ISAM - Indexed Sequential Acess Method; ISO - Organização de Padronização Internacional; JSF - Java Server Faces; LCD - Liquid-Crystal Display; LDR - Light Dependent Resistors; LED - Light-Emitting Diode; MVC - Model View Controller;

13 ONU - Organização das Nações Unidas; OSI - Open Systems Interconnection; PC - Personal Computer; PCI - Placa de Circuito Impresso; PCS - Power Current Sensors; PHP - Personal Home Page; PROM - Programmable Read-Only Memory; QFP - Quad Flat Package; RAM - Random Acess Memory; RF - Radio Frequence; ROM - Read Only Memory; SPI - Serial Peripheral Interface; SQL - Structured Query Language; SRAM - Static Random Acess Memory; TCP - Transmission Control Protocol; UML - Unified Modeling Language; URL - Uniform Resource Locator; USB - Universal Serial Bus; VSS - Video Sync Sensor; XML - Extensive Markup Language.

14 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos ABRANGÊNCIA METODOLOGIA ESTRUTURA DO TRABALHO Domótica Automação Residencial Micro-Controladores Redes Domésticas Desenvolvimento do Sistema Modelo Conceitual DOMÓTICA A HISTÓRIA DA DOMÓTICA OS PRINCÍPIOS DA CONSOLIDAÇÃO DA DOMÓTICA ENTENDENDO A DOMÓTICA Fundamentação e Abrangência Interação Com o Usuário SISTEMAS DOMÓTICOS Implementação Controle Dados Multimídia Implantação do Sistema Domótico A DOMÓTICA NO BRASIL A Domótica auxiliando portadores de deficiência A Mudança de Requisitos da Habitação DOMÓTICA OU AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL? AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL DEFINIÇÃO Conceitos Básicos... 42

15 3.2 OS PRIMÓRDIOS DA AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL Evolução da Automação ORÇAMENTO E PLANEJAMENTO O INTEGRADOR DE SISTEMAS AUTOMAÇÃO PREDIAL EDIFÍCIOS INTELIGENTES CONTROLE RESIDENCIAL Equipamentos e Dispositivos Sensores e Detectores Atuadores Controle via Sistemas Web Energia Elétrica Redução do Consumo de Energia A Utilização Racional de Energia SISTEMAS DE SEGURANÇA A AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL E A INTERNET MICROCONTROLADORES BREVE HISTÓRICO DEFINIÇÃO Funcionamento MICROCONTROLADORES E MICROPROCESSADORES TIPOS DE MICROCONTROLADORES Plataforma Arduino A Placa Arduino IDE Arduino Linguagem de Referência Estruturas Valores Funções Bibliotecas Comunicação (Redes e protocolos) Sensoriamento Geração de Frequência e de Áudio Temporização Utilidades... 73

16 4.4.5 Computação Física REDES DOMÉSTICAS PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO TCP-IP (Transmission Control Protocol Internet Protocol) MODELO CLIENTE-SERVIDOR Cliente Servidor X DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA FERRAMENTAS UTILIZADAS Equipamentos/Dispositivos Utilizados Softwares/Tecnologias Utilizadas Eclipse MySQL Apache Tomcat Hibernate Eagle Padrão de Projeto MVC Enterprise Architect e Linguagem UML JSF HTML Java C CSS MODELO CONCEITUAL APRESENTAÇÃO ARQUITETURA DO SISTEMA REQUISITOS FUNCIONAIS Ativar ou Desativar dispositivos Manter controladores Manter comandos Associar comandos e ações Manter equipamentos REQUISITOS NÃO FUNCIONAIS Ambiente... 95

17 7.4.2 Compatibilidade Idiomas Linguagem de programação adotada Acessibilidade Interface Amigável Privacidade CASOS DE USO Manter Administrador Manter Usuário Gerar Gráficos Controlar Residência Manter Rotinas Manter Controladores DIAGRAMA DE CLASSES MODELO ER DO BANCO DE DADOS DIAGRAMAS DE SEQUêNCIA Manter Adminstrador Manter Usuário Gerar Gráficos Controlar Residencia Manter Rotinas Manter Controladores MATRIZ DE RASTREABILIDADE PROTÓTIPO Estrutura e Componentes Implementação APLICAÇÃO WEB Estrutura e Desenvolvimento Comunicação com o Protótipo Apresentação CENÁRIO E LABORATÓRIO DE TESTES CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS DIFICULDADES ENCONTRADAS SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

18 REFERÊNCIAS

19 18 1 INTRODUÇÃO O avanço da tecnologia e a constante mudança de atividades, horários e hábitos da sociedade têm levado a uma grande busca por conforto e entretenimento, fazendo com que a cada dia necessitemos de ambientes residenciais que tenham mais e melhores soluções automatizadas, exigindo que as mesmas interajam nas condições do ambiente, adaptando-as com o comportamento de seus habitantes. De acordo com Neto (1994, p.11) a evolução do setor de obras civis de todos os portes na direção de sistemas de automação, segurança e cabeamento pode ser considerada irreversível, uma vez que está inteiramente baseada na evolução tecnológica, otimização operacional e benefício financeiro. Em outras contingências, uma residência inteligente contém um sistema para gerenciar todo o tráfego de informação, bem como um sistema de controle dos equipamentos (BOLZANI, 2004, p.69). Esta possibilidade de gerenciamento faz uma ligação de forma íntima ao uso eficaz da energia, sendo importante para a economia da mesma e à preservação ao meio ambiente. Em um sentido mais amplo, as redes domésticas possibilitam o controle remoto de equipamentos, a automação de processos e a distribuição de conteúdo digital. A automação e o controle da residência formam um conjunto de espaços virtuais definidos pelo propósito que se pretende desempenhar e não pelo espaço físico estabelecido. Ela pode se sobrepor em uma hierarquia de ações e prioridades, definidas primeiramente pela segurança dos ocupantes e estabelecida pelos padrões e normas vigentes. A criação desse espaço virtual está diretamente ligada ao modelo utilizado do sistema de percepção que provê a informação de posição de pessoas como também visa predizer as ações do usuário. Uma residência inteligente agrega vários ambientes inteligentes. Os ambientes inteligentes contêm uma diversidade de sensores, atuadores e dispositivos que, quando conectados de forma pertinente, possibilitam o desenvolvimento de inúmeros serviços, sistemas e métodos de gestão da residência (BOLZANI, 2004, p.23). Tais dispositivos trocam informações entre si e com outros grupos inseridos nos vários ambientes. Nem toda a forma de comunicação, no entanto, precisa ter um aval de um gerenciador central, o que tornaria o sistema lento e hierarquicamente dependente. Portanto, a troca de informações entre eles é permitida, mas desde que seja de curta

20 19 duração, rápido acesso e não traga nenhum risco ao usuário ou ao sistema. Com base e ideia construídas a partir desta necessidade, propomos desenvolver nosso projeto para o Controle e Automação Residencial. O controle e a automação residencial visam centralizar informações obtidas de dispositivos microcontrolados para simular um ambiente residencial comum, com o intuito de aumentar eficiências e qualidades neste âmbito, que por ventura podem se estender também a ambientes corporativos. 1.1 JUSTIFICATIVA A automação residencial é uma realidade consolidada hoje no Brasil, somando-se a necessidade de facilitar as atividades que realizamos no dia-a-dia, onde em grande parte de nosso tempo não estamos presentes em nosso respectivo domicílio. A vida já é muito complicada para novas senhas, chaves e botões. Os equipamentos devem unificar os controles e processos tornando tudo mais simples (BOLZANI, 2004, p.51). Portanto, é esta a função que a automação visa resumir, mostrando que, se um sistema para essa função não oferecer simplicidade e entretenimento o mesmo será deixado de lado. Como qualquer novidade, a Automação Residencial inicialmente é percebida pelo usuário como um símbolo de status e modernidade. No momento seguinte, o conforto e a conveniência por ela proporcionados passam a ser decisivos. É neste sentido que se deseja estimular o desenvolvimento destas ideias e propagá-las no meio acadêmico. É o desejo do usuário que deve prevalecer, e não o do próprio sistema. A casa automática pode ajudar nas tarefas diárias que tomam muito tempo ou evitar preocupações (BOLZANI, 2004, p.51). Esta seria uma solução viável ao esquecer algum equipamento ligado que pudesse causar danos e estragos, alguma porta ou janela aberta quando se previu chuva e melhorar sua segurança. Temos que levar em consideração a diversidade de situações onde grandes e sofisticados programas de automação não agem de forma esperada e desejada para seus ocupantes. Esta situação motiva a idealizar uma solução viável para o controle das funcionalidades do ambiente, através de uma solução web transparente e natural, que interage com seu usuário, onde o mesmo tem a opção de moldar seu perfil e

21 20 alterar o modo com que as rotinas de presença são executadas. O acesso à essas informações dar-se-á em qualquer lugar em que o usuário está conectado, para proporcionar conforto e economia de tempo, pois o mesmo terá uma interface simples, objetiva e de baixo custo, mantendo conforto e segurança e economizando ao máximo os recursos energéticos e dinheiro. Nos últimos quatro anos, o segmento da Automação Residencial faturou mais de 4 bilhões e cresceu 300%, segundo a AURESIDE (2012), e o mercado reserva um grande potencial de expansão. Também dados retirados da ABESE (2011) afirmam o crescimento do mercado de sistemas de segurança eletrônica, subiram de US$ 1,026 bilhão em 2006, para US$1,68 bilhão em 2010 e está em constante crescimento. Outra justificativa para a elaboração deste projeto foi nosso interesse em desenvolvê-lo com um protótipo, o que envolve a implementação do software e também do hardware, tornando-o mais dinâmico. Este projeto nos concede várias ideias para trabalhos futuros, dando continuidade no estudo e na pesquisa desta área. 1.2 OBJETIVOS Objetivo Geral Desenvolver ferramenta web e um protótipo composto por microcontroladores, que permitam ao usuário controlar e gerenciar a rede elétrica de uma residência e seus equipamentos eletrônicos Objetivos Específicos Realizar o estudo bibliográfico sobre o tema automação residencial; Estudar ferramentas/tecnologias e dispositivos necessários; Planejar o desenvolvimento do protótipo e dos softwares; Construir o protótipo e programar os dispositivos; Desenvolver a ferramenta web e integrá-la ao protótipo; Criar os cenários de laboratório ou de testes; Analisar os resultados obtidos;

22 ABRANGÊNCIA O sistema abrange os seguintes aspectos: Sua principal função atua no setor elétrico da residência, controlando suas tomadas e interruptores. O usuário irá monitorar a mesma do lugar onde ele esteja conectado à ferramenta web, para gerenciar e obter informações detalhadas de sua casa interagindo neste ambiente web, com dados vindos dos setores onde a rede elétrica está ligada a essas funcionalidades. O sistema possibilita controlar diversos equipamentos de sua casa ou o ambiente onde haja necessidade de monitorar, tendo funções como ligar ou desligar uma lâmpada e qualquer elemento que esteja conectado à rede elétrica monitorada, como também simular rotinas de presença do morador, onde o mesmo poderá alterá-la e programá-la de acordo com sua necessidade. Quando o usuário solicita uma funcionalidade do sistema como ligar uma lâmpada, este faz uma requisição através do browser enviando como parâmetro o dispositivo a ser acionado. Desta forma, o Arduino recebe a requisição de uma aplicação intermediária, verifica, e se for válida o mesmo aciona a porta solicitada, ligando ou desligando o relé no protótipo onde está conectado o equipamento, e então devolve uma mensagem via serial com o status da porta acionada. A aplicação intermediária processa a mensagem de retorno, atualiza o status do equipamento na base de dados e comunica o servidor web que responde a requisição ao usuário. Uma conexão socket será utilizada entre os códigos Java do servidor web que recebe as requisições dos clientes, e da aplicação intermediária que se comunica com o Arduino, atualizando o status dos equipamentos na tela dos clientes de forma automática com a tecnologia Ajax. Esta solução proposta consiste em uma solução simples mas ao mesmo tempo eficaz e de baixo custo, economizando recursos energéticos e dinheiro, visando um nível adequado de conforto e segurança para seus usuários. O sistema não abrange aspectos como: controlar motores grandes, gestão de segurança da residência, automação de acesso à mesma e não dispõe de detecção e combate a possíveis incêndios.

23 METODOLOGIA Para o desenvolvimento deste projeto, o alinhamento da metodologia consiste em conduzir de forma detalhada e organizada as pesquisas referentes à Domótica, Automação Residencial e Microcontroladores, seus fatores fundamentais para manter o aprendizado dos instrumentos, tecnologias e tratamento dos dados, dentro do tempo estimado através do cronograma do projeto. A partir desta pesquisa, será desenvolvido o método de desenvolvimento do protótipo microcontrolado com o Arduíno e da Aplicação Web, bem como a divisão do trabalho entre a equipe. Após o planejamento e modelagem destes, será construído o protótipo, programando seus dispositivos eletrônicos. Desta forma, a aplicação Web será desenvolvida e integrada com o protótipo, estabelecendo a forma de comunicação entre ambos. Para a validação do projeto será criada uma maquete, como cenário de laboratório de testes, para analisar informações e estipular os resultados obtidos, definindo custos de investimento e economia proporcionados. 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO A estrutura de nosso trabalho será dividida em seis capítulos, os quais estão organizados na forma e sequência que melhor se adequam para o estudo, desenvolvimento e entendimento de suas etapas. A seguir vamos descrever e especificar os objetivos de cada capítulo Domótica Neste capítulo vamos apresentar um dos temas mais importantes para o desenvolvimento deste projeto, a domótica. Vamos descrever o significado desta, a origem e história da domótica e os motivos que a levaram a sua consolidação e evolução. Vamos apresentar sua fundamentação, abrangência e os principais sistemas domóticos, a forma com que estes são implementados, auxiliam e mudam a vida de quem os adota. Ao final ainda diferenciamos domótica da automação residencial, que será nosso próximo capítulo.

24 Automação Residencial Nesta etapa vamos falar sobre o tema do nosso projeto, a Automação Residencial. Vamos defini-la e argumentar seus conceitos básicos, desde os seus primórdios. Destacamos a evolução da automação até os dias atuais e mencionar os principais atributos e equipamentos para a sua implementação, controle e manutenção. Vamos descrever como a automação influência e determina a economia e controle de energia elétrica, na melhor forma de utilizá-la Micro-Controladores Esta etapa é fundamental em nosso projeto, pois os microcontroladores são o motor de nosso sistema. Neste capítulo vamos falar um pouco sobre a origem destes dispositivos, a estrutura e materiais que os formam bem como estes funcionam. Vamos mostrar alguns tipos de microcontroladores, e falar da principal plataforma de nosso projeto, o Arduino, detalhar desde a sua arquitetura até os softwares, bibliotecas e linguagens de referência Redes Domésticas As redes domésticas são um meio de interligar múltiplos equipamentos, portanto é essencial descrevê-la em nosso projeto. Nesta etapa vamos descrever os principais protocolos de comunicação e suas camadas, e também falar sobre o modelo cliente-servidor, o modelo adotado em nosso projeto Desenvolvimento do Sistema Neste capítulo vamos descrever todas as ferramentas e tecnologias utilizadas em nosso projeto, de forma a compreender um pouco de cada uma, suas utilidades, que empresa desenvolve-a e a mantém e porque a utilizamos em nosso projeto Modelo Conceitual

25 24 Por fim, chegamos na última e mais complexa etapa do nosso projeto. Dentro deste capítulo, vamos apresentar as características e funcionalidades de nosso sistema. Apresentaremos a estrutura do protótipo e do sistema, a comunicação entre ambos, os requisitos funcionais e não-funcionais, vamos elaborar e descrever os diagramas de caso de uso, sequência, classe, banco de dados e matriz de rastreabilidade. Por fim, vamos mostrar as telas do sistema e seus recursos, bem como o cenário de testes, para mostrar os resultados obtidos do projeto.

26 25 2 DOMÓTICA Segundo Muratori e Dal Bó (2006, p.1) domótica é a automatização e o controle aplicados à residência. Esta automatização e controle se realizam mediante o uso de equipamentos que dispõem de capacidade para se comunicar interativamente entre eles e com capacidade de seguir as instruções de um programa previamente estabelecido pelo usuário da residência com possibilidades de alterações conforme seus interesses. Em consequência disto, a domótica permite maior qualidade de vida, reduz o trabalho doméstico, aumenta o bem-estar e a segurança, racionaliza o consumo de energia e, além disso, sua evolução permite oferecer continuamente novas aplicações. 2.1 A HISTÓRIA DA DOMÓTICA De acordo com Ferreira (2010, p.17) os primeiros passos para a origem tecnológica e a intervenção do que podemos definir como domótica, iniciou-se no ano de 1887, quando William Penn Powers, um construtor nascido em 1842, irritado com o barulho dos amortecedores do sistema de aquecimento, teve a ideia revolucionária de criar um dispositivo que controlaria a temperatura do ambiente através de regulador constituído por uma membrana cheia de líquido, que responderia às mudanças de temperaturas, controlando assim o fornecimento de energia elétrica para os aquecedores. Entendemos que este foi o primeiro indício de automação, o que iria originar os vários setores e inúmeras tecnologias hoje disponíveis oriundas desta criação, pois Powers foi constantemente melhorando e aperfeiçoando sua descoberta, e dentro de algum tempo já estava comercializando seu dispositivo. Em 1891, o negócio de Powers havia se expandido consideravelmente, o que o levou a mudar-se para a cidade de Chicago, e lá fundou a "Power Regulator Company" a qual tornaria a empresa mundialmente conhecida "Siemens Building Technology". Com o nascimento da Indústria de reguladores, o mundo teve um vislumbre das futuras evoluções na área de automação predial e residencial. Nas primeiras décadas do século XX foram projetados prédios como o Empire State Building com o intuito de aplicar os melhores e mais tecnológicos dispositivos da época (FERREIRA, 2010).

27 26 Após 50 anos de este fato ter ocorrido, é que um grupo de engenheiros produziu o primeiro dispositivo prático para controlar mais de um edifício, e deramlhe o nome de "System 320". Ferreira (2010, p.18) afirma que o dispositivo System 320 já usava um display em LCD, pelo qual todos visualizavam e recebiam informações em tempo real. Também alega que em 1966 foi criado o primeiro dispositivo dedicado à automação doméstica, o chamado Electronic Computing Home Operator ou ECHO IV. De acordo com Ferreira (2010, p.7) o ECHO IV era um dispositivo multifuncional que implementava o controle de temperatura interna de cada quarto, fazia gestão da lista de compras, gestão do inventário de cada família, o controle de ciclo de energia e tempo e possibilitava o registro de anotações em um display. Com o passar do tempo, a área tecnológica foi crescendo e ganhando espaço, atribuídos por estudos e pesquisas desta. Em 1970, um grupo de engenheiros escoceses criou a empresa nomeada "Pico Electronics", onde nasceria futuramente famoso protocolo X10, um dos padrões mais utilizados na domótica atual (FERREIRA, 2010, p.7). De acordo com Silva e Cândido (2011, p.16) depois destes acontecimentos, a Electronic Industries Association descreveu um conjunto de normas para fixar uma rede de desenvolvimento de comunicação de produtos domésticos, seu objetivo era desenvolver um protocolo universal de baixo custo. Silva e Cândido (2011, p.15) afirmam que várias empresas interessadas em desenvolver novos produtos para domótica e automação residencial surgiram no mercado após estas padronizações. Umas delas foi a Echelon Corporation, empresa norte-americana, que criou o LonWorks, um protocolo de controle residencial e predial, que hoje é o campeão de vendas e atualmente recebeu uma concessão para instalar leitores de energia inteligentes em toda Suécia e Holanda. Os dispositivos foram evoluindo gradativamente com o passar dos anos, descobertas surgiram não só na ciência tecnológica, mas em todas as áreas do conhecimento. "Atualmente a evolução e aplicação da domótica ainda se encontram em um estágio embrionário, graças ao alto custo e a pouca disseminação dos benefícios que ela pode trazer". (FERREIRA, 2010, p.18). Podemos afirmar que a domótica não foi algo especificamente planejado, e que não teve um surgimento especificamente determinado. Seu conceito pode

28 27 remontar aos anos 1880, onde foi constatado a primeira criação que utilizava os recursos de automação, que não exigia nenhuma intervenção humana em suas operações, mas esta ideia teve recursos e foi posta em prática em 1946, e aplicada na domótica em 1970 no projeto de interligação de sistemas residenciais. Entendemos que a história da domótica começou há um século, onde a ideia de automação originou-se, ramificando e tendo aplicabilidade em diversas áreas de pesquisa. 2.2 OS PRINCÍPIOS DA CONSOLIDAÇÃO DA DOMÓTICA Segundo Bolzani (2004, p.1) durante muito tempo, países em desenvolvimento deixaram o planejamento urbano e social em segundo plano, o que acarretou no crescimento caótico das cidades, nos levando a pagar um alto preço por um mínimo de qualidade de vida e bem estar social, em razão desse crescimento não equalizado. Com essas afirmações, concluímos que esta necessidade de conseguir um desenvolvimento urbano-social em todos os aspectos, promoveu a busca por novas formas e modelos de desenvolvimento que transpusesse o alto custo e desorganização decorrente, o que mais tarde seria denominado o termo "domótica". A domótica teve sua consolidação em meados do século vinte, quando fatores que contribuíram para sua formação como os eletrodomésticos começaram a surgir nos Estados Unidos. Para promover e anunciar seus produtos, os fabricantes diziam que os mesmos iriam realizar inúmeras tarefas domésticas e rotineiras, que as pessoas habitantes da casa teriam mais facilidade para realizarem seus serviços domésticos, o que iria tornar a execução destes menos cansativos e gerar economia de tempo. [...] um dos fatores que contribuíram para alavancar a venda de eletrodomésticos na época foi a utilização de novos núcleos ferromagnéticos, o que possibilitou a diminuição do tamanho dos motores elétricos e uma subsequente queda no preço. Antes disso, o funcionamento de todos os eletrodomésticos estava condicionado à conexão com um volumoso motor, através de correias e engrenagens. Era um absurdo pensar que cada eletrodoméstico poderia ter seu próprio motor independente. (BOLZANI, 2007). Comparando essas informações da época de origem com a de hoje, não percebemos muitas mudanças para a divulgação dos equipamentos domésticos,

29 28 pois ainda continua a ideia de que os produtos fornecem conforto e praticidade na execução das tarefas essenciais em uma residência. No entanto, com o passar do tempo e com a evolução tecnológica, o problema com o tamanho dos motores do passado tornou-se agora à conexão e gestão das atividades que os aparelhos domésticos nos proporcionam. "Hoje a dúvida surge sobre os benefícios de se conectar cada eletrodoméstico em rede permitindo seu monitoramento e comando remoto". (BOLZANI, 2007, p.1). 2.3 ENTENDENDO A DOMÓTICA Fundamentação e Abrangência De acordo com Ferreira (2010, p.16) o termo domótica é um neologismo da junção do radical latim domus que significa residência, e do termo robótica. O significado da junção destes está relacionado à instalação de tecnologia em residências, principalmente através de dispositivos eletrônicos, com o objetivo de melhorar a qualidade de vida, aumentar a segurança e viabilizar o uso racional dos recursos para seus habitantes. Através deste conceito da domótica, podemos entendê-la e classificá-la como uma ciência que se dedica à aplicação e integração de meios informáticos e tecnológicos de processamento eletrônico ao meio doméstico. Para trabalharem em conjunto, a integração destes elementos abrange as áreas de sistemas informáticos, mecânicos, arquitetônicos, eletrônicos e de telecomunicações, todos aplicados a melhorias da segurança, comunicações, gestão energética e conforto, pois são ambos que irão rentabilizar sua funcionalidade e distinguir suas características. Em outras palavras, Ferreira (2010, p.5) também afirma que a domótica é um novo domínio de aplicação tecnológica, tendo como objetivo básico melhorar a qualidade de vida, reduzindo o trabalho doméstico, aumentando o bem estar e a segurança de seus habitantes e visando também uma utilização racional e planejada dos diversos recursos. Deste modo, entendemos que a domótica tem como princípio simplificar a vida diária das pessoas, para tornar a vida mais confortável e segura, pois permite que tarefas mais rotineiras e exaustivas sejam executadas automaticamente.

30 29 [...] por vezes, costuma-se confundir automação residencial, automação predial e domótica. Apesar da semelhança a diferença entre elas situa-se no foco e sistematização, ou seja, a automação residencial é aplicada a uma só residência e automação predial aplicada a espaços comuns como condomínios e prédios. A automação residencial e predial constitui-se por um ou mais dispositivos atuando singularmente sem qualquer comunicação entre os mesmos, já a domótica descreve a integração entre todos os dispositivos fazendo com que eles atuem em conjunto para uma determinada função especificada no projeto. (FERREIRA, 2010). Como percebemos, a domótica não só apoia e influencia o desenvolvimento tecnológico da autonomia residencial, pois é uma grande ferramenta que possibilita a melhoria da acessibilidade e prerrogativas antes não alcançadas. O principal fator que define uma instalação residencial automatizada é a integração entre os sistemas aliada à capacidade de executar funções e comandos mediante instruções programáveis. A integração deve abranger todos os sistemas tecnológicos da residência. (MURATORI; DAL BÓ, 2006, p.70). A ilustração a seguir fundamenta a integração da domótica com os sistemas tecnológicos de uma residência. Figura 1 A integração e automação dos sistemas domóticos de uma residência. Fonte: Aureside, 2012.

31 30 Deste modo, os profissionais e responsáveis envolvidos na construção deste ambiente inteligente, juntamente com os usuários e fornecedores tomarão como referencial a existência desta solução. Esta figura mostra como as camadas de uma rede doméstica trabalham conjuntas, onde no centro o integrador é o responsável pela harmonia e interoperabilidade do sistema Interação Com o Usuário Hoje em dia a domótica engloba mais recursos e aplicações além dos conceitos iniciais, pois novas tecnologias foram e vem sendo desenvolvidas ou aprimoradas depois de sua concepção inicial, tais como a eficiência energética através de controle de energias alternativas, a iluminação natural, a própria robótica e mobilidade geográfica oriunda da popularização dos aparelhos com internet móvel. De acordo com Mendes e Marcengo (2011, p.1) a domótica vai mais além que automatizar algo, essa diferença reside na interação do usuário com o sistema. Na domótica, é essencial que a interface seja de fácil utilização, intuitiva e universal, a fim de garantir que todos os membros da residência possam operar de modo simples os elementos automatizados. Este foco não faz parte da automação em si, pois a operação e atuação do sistema ficam restritas aos técnicos treinados especificamente para gerenciar este sistema. 2.4 SISTEMAS DOMÓTICOS Para gerenciar de maneira eficiente os diversos dispositivos e atuadores de uma residência, muitos dados devem ser avaliados e armazenados, onde várias tarefas complexas são executadas. Segundo Mariotoni e Junior (2001, p.1) têm-se uma definição mais técnica para o termo "Sistemas Domóticos", dizendo que, uma rede domótica seria representada por um conjunto de serviços de uma residência, assistidos por um serviço interligado que realiza várias funções de gerenciamento e atuação, podendo estar conectadas entre si por meio de uma rede de comunicação interna ou externa, centralizando o controle do sistema. [...]Os primeiros sistemas domóticos eram pouco flexíveis, caros, não seguiam padronizações, basicamente utilizavam sensores (dispositivos que

32 31 transformam parâmetros físicos como temperatura, umidade, entre outros, em sinais elétricos apropriados para que os sistemas domóticos possam analisá-los) e atuadores (são dispositivos eletro-mecânicos que têm suas características alteradas conforme os impulsos elétricos recebidos) ligados a um controlador. (SGARBI, 2007). Dentro deste pretexto, entendemos que desenvolver os diversos controles de automação de uma residência não é uma tarefa fácil. Por este motivo, "A gestão da residência é dividida em vários subsistemas responsáveis cada um por operações bem específicas, os quais são gerenciados por um controlador central" (SGARBI, 2007, p.43). Dando seguimento a este patamar, Bolzani (2004, p.69) afirma que os condomínios inteligentes tendem também a serem monitorados e controlados por um sistema centralizado. Contudo, os subsistemas deverão ter as suas próprias estações de controle onde possam ser verificados os desempenhos referentes a cada um. Esses subsistemas serão doravante denominados sistemas domóticos. A figura 2 enfatiza a divisão dos sistemas domóticos em uma residência. Figura 2 Os sistemas domóticos existentes em uma residência. Fonte: Guerra, 2006.

33 32 Para Bolzani (2004, p.69) todas as funções de automação em uma residência são divididas em 13 sistemas domóticos, estas que são: Sistema de fluído e detritos; Sistema de energia elétrica; Sistema de ventilação, aquecimento e ar-condicionado; Sistema de controle de iluminação; Sistema de redes de computadores; Sistema de detecção e combate de incêndios; Sistema de segurança patrimonial; Sistema de controle e automação de acessos; Sistema de controle e detecção mecânica; Sistema de telefonia; Sistema de áudio e vídeo; Sistema de monitoramento e visualização; Sistema de auditoria e otimização de processos. Como a domótica trata estes sistemas de modo centralizado, iremos explicá-los detalhadamente no capítulo de automação residencial, pois estes tiveram origem da própria automação e foram incluídos de forma centralizada ganhando aspecto de gerência e alternância a qualquer tipo de usuário dentro da domótica. Para Paiva (2007, p.19) um sistema domótico será composto de uma rede de comunicação que permite a interconexão de uma série de equipamentos com o objetivo de obter informações sobre o ambiente residencial, e efetuando determinadas ações nesse, a fim de gerenciá-lo. Garantir a sincronia neste ambiente residencial em função de sua gerência é o papel dos elementos de campo, como detectores e sensores, afirma Paiva (2007, p.9). Estes elementos transmitem as informações captadas para as unidades centrais, que se encarregarão de processar os dados recebidos e como consequência efetuar o acionamento de determinados equipamentos ou gerar alertas de aviso. Paiva (2007) afirma que a unidade central de processamento irá atuar sobre o sistema e seus circuitos correspondentes com o objetivo de corrigir as falhas encontradas. Os tipos de comandos de acesso aos serviços de uma rede domótica

34 33 caracterizam-se por fornecer aos usuários diferentes formas de controle e gerenciamento da rede. Essas formas de controle dividem-se de acordo com o tipo de equipamento a ser acionado ou programado, e com o serviço a ser acessado pelo usuário, dividindo-se em: Controle interno; Controle externo; Programação; Acesso remoto. Estas formas de controle estendem-se para a utilização de redes de comunicação externa para acesso à residência, ou a partir da própria residência a utilização destes serviços externos. Vamos especificar mais detalhadamente estes campos no tópico sobre redes residenciais, e evidenciar um pouco mais de sua abrangência nas etapas de implementação e implantação Implementação A domótica é um campo da ciência extremamente novo se comparado aos demais campos de pesquisa, pois ainda não existe um conjunto de protocolos, equipamentos e dispositivos padronizados, ou seja, uma estrutura específica para a prática e pesquisa da mesma. De acordo com Bolzani (2007, p.2) o fato de não existir padronização, os desenvolvedores devem iniciar seu projeto escolhendo tecnologias que permitem maior flexibilidade no desenvolvimento de suas soluções, e na integração destes equipamentos e dispositivos. Uma boa prática para a composição e implementação da domótica seria dividir o processo em três grandes fatores: controle, dados e multimídia. Bolzani ainda afirma que a implementação de um ambiente inteligente pressupõe o planejamento de temas que até hoje não se observam em construções residenciais, como: A organização dos sistemas de informática. Os sistemas de gerenciamento da residência. A configuração das redes interna e externa de comunicações.

35 34 A integração dos novos serviços de valor agregado. Adaptação da rede aos vários moradores. A conexão aos serviços públicos de telecomunicações. Máxima flexibilidade nas mudanças. Organização do espaço interno e externo, com a introdução de novos equipamentos e novos dispositivos Controle O controle de um projeto é o gerenciamento dos atuadores, sensores e dispositivos de controle que trabalham em conjunto para a centralização do sistema. Segundo Bolzani (2007, p.3) essas tecnologias adotam nós de controle com inteligência e memória embutidas, o que garante desta maneira, uma abordagem mais descentralizada do que a utilizada nos ambientes residenciais e prediais, o que provém maior autonomia a cada ponto. Bolzani ainda afirma que os cálculos e tomadas de decisões são diretamente realizados por microprocessadores, que estão instalados próximos aos atuadores e sensores "desafogando" o gerenciador principal. De acordo com Silva e Cândido (2011, p.16) Devido ao crescimento de soluções para automação residencial, fez-se necessário diferenciar as formas de controle. Hoje os fabricantes dividem sistemas em centralizados e descentralizados. Esta forma de separação vem para contribuir na elucidação, pois soluções distribuídas com processamento descentralizado poderiam ter um controle centralizado em uma central de automação. As características postas pelo gerenciamento e controle de um sistema domótico são muito benéficas, pois as utilizando de forma adequada reduz-se o tráfego na rede, evitando o funcionamento do conjunto, panes e paralisação do sistema Dados O setor de dados representa a forma de comunicação entre os dispositivos que compõem a estrutura da solução domótica, de modo a este trabalhar em conjunto, analisar e armazenar as informações obtidas.

36 35 Para Bolzani (2007, p.3) O setor de dados apresenta as redes Ethernet e derivadas como padrão de fato, também afirma que as redes sem fio têm ganhando um grande campo e referência ultimamente, pois há muito mais facilidade para a aplicação desta, tanto pela praticidade de instalação quanto pelo custo total Multimídia Como os demais fatores mencionados anteriormente, o setor de multimídia também compreende os dispositivos necessários para sua ação em conjunto, estes agora dentro da área da multimídia, abrangendo áudio e vídeo. Bolzani (2007, p.3) consta que este é o setor responsável pelo gerenciamento de conteúdo, filtragem de canais, gravação digital sob demanda e também pelo transporte da informação em redes de alta velocidade com qualidade de serviço assegurada. Além de tornar estes recursos mais acessíveis, o gerenciamento da multimídia também dispensa o uso de muitos controles remotos. A figura 3 representa a divisão destes processos, podemos analisá-la a seguir: Figura 3 A divisão dos processos da domótica de forma hierárquica.

37 36 Fonte: Bolzani, Implantação do Sistema Domótico De acordo com Mariotoni e Junior (2001, p.2) um sistema domótico deve priorizar alguns aspectos de implantação e manutenção, estes que serão apontadores de qualidade, integração e operabilidade, fazendo com que o sistema funcione de forma realmente integrada e inteligente, são eles: Seleção do tipo de usuário; Possibilidade de realizar pré-instalações do sistema na fase de construção da residência; Facilidade de ampliação e incorporação de novas funções; Simplicidade de uso; Nível de normalização e implantação do sistema; Variedade de elementos de controle e funcionalidade disponíveis; Critérios técnicos; Tipo de arquitetura de rede e topologia de distribuição; Velocidade de transmissão; Protocolo de comunicação. 2.5 A DOMÓTICA NO BRASIL De acordo com a Associação Brasileira de Automação Residencial (2012), o mercado de domótica cresceu 35% nos últimos três anos e os preços estão 50% mais baratos. Além disso, a Associação afirma que o número de empresas e profissionais associados dobrou, e que entre este período um novo profissional surgiu: O Integrador de Sistemas, o qual é responsável por elaborar e implantar o projeto na residência. Estes dados nos mostram que as mudanças no perfil demográfico e nos hábitos da população brasileira que vêm ocorrendo nas últimas décadas. Para Dias e Pizzolato (2004, p.11), as mudanças e requisitos oriundos da nova habitação destacam-se no aumento da expectativa de vida, a redução do número de filhos, o crescimento do número de famílias não convencionais, o aumento da mão-de-obra feminina no mercado de trabalho, assim como o

38 37 crescimento da violência nas cidades, principalmente nos grandes centros, fato este agravado pelo fenômeno mundial da urbanização, concorrem significativamente para a promoção do isolamento das pessoas em suas residências. Por esta razão, concluímos que o efeito que essa mudança proporciona, age diretamente nas novas necessidades das moradias das famílias, devendo ser considerado na concepção dos novos projetos habitacionais, pois novos requisitos têm surgido nas habitações também devido ao aumento da faixa etária da população A Domótica auxiliando portadores de deficiência A moderna tecnologia também pode melhorar e muito a vida daqueles que não dependem apenas de si, mas de alguém que precise constantemente estar monitorando-o e dando-lhe assistência, no caso de pessoas com deficiência e pessoas com idade avançada, estas que as vezes são acometidas por enfermidades, típicas da idade avançada, que limitam suas atividades. [...] a automação residencial apresenta valiosos recursos tecnológicos que podem ser incorporados às instalações domésticas e com isso promoverem, além de conforto e segurança, a redução de barreiras que dificultam as atividades das pessoas dessa faixa cada vez mais numerosa da população. A inclusão desses elementos promove maior independência e contribui para que o idoso possa continuar residindo em seu domicílio. (DIAS; PIZZOLATO, 2004). A Domótica, por meio de suas variadas aplicações, oferece elementos para dar suporte a essa opção. Na visão de Camarano (2002, p.7), "Viver só pode ser um estágio temporário do ciclo de vida e pode estar refletindo preferências". Para Bolzani (2004, p.303) faz muita falta para um portador de deficiência ser capaz de ligar ou desligar luzes e equipamentos a partir de cadeira de rodas ou da cama, e estes sistemas residenciais podem ajudar e dar muitas alternativas com custos menores se comparados a outros tipos de sistemas ou aparelhos. De acordo com Debert (1999, p.42) a importância do suporte da tecnologia para que os idosos superem as dificuldades da vida independente, destacam que: [...] pesquisas recentes têm mostrado que a universalização da Seguridade Social, as melhorias nas condições de saúde e outros avanços tecnológicos, tais como nos meios de comunicação, elevadores, automóveis, entre outros, podem estar sugerindo que viver só, para os idosos, representa mais formas

39 38 inovadoras e bem-sucedidas de envelhecimento do que de abandono, descaso ou solidão. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2005) o número de famílias unipessoais cresceu 32,5% entre os dois últimos Censos, passando de 2,4 milhões (6,5%) do total de famílias, em 1991, para 4,1 milhões (8,6%), em No continente europeu, onde se registra uma alta expectativa de vida da população, vários projetos, visando ao atendimento de pessoas idosas ou portadoras de necessidades especiais, foram desenvolvidos, o que propulsionou o desenvolvimento da Domótica A Mudança de Requisitos da Habitação Podemos analisar e destacar alguns indicativos que propulsionaram o desenvolvimento da domótica: Aumento das vendas pela internet; Serviços de tele-entregas; Circuitos internos de TV; Canais por assinatura; Serviços remotos de vigilância. Estes são fatores que, com a mudança nas características econômicas e sociais, demonstram que a população adquiriu nos últimos anos novos hábitos de consumo. Para Dias e Pizzolato (2004, p.12), essas características obtidas pelos hábitos dos consumistas leva o mercado imobiliário a considerar a existência atual de uma classe de consumidores mais exigentes, que tem procurado produtos e serviços com qualidade e diferenciação, e ainda, que as pessoas têm buscado agregar a suas moradias, elementos que lhes proporcionam o aumento do conforto e segurança. A Associação Brasileira de Automação Residencial - AURESIDE (2005, p. 56), referindo-se à domótica nas construções, assegura que construir com algum diferencial é atualmente uma ferramenta de marketing para o setor. Os mais jovens buscam novidade, e os mais velhos segurança, ambos encontrados nos sistemas de automação predial. Dias e Pizzolato também constatam que a ONU, através do Information

40 39 Economy Report 2005, classificou o Brasil como o 13º país do mundo em número de assinantes de banda larga, apresentando um crescimento de 88,2% entre 2003 e 2004, com constante crescimento até os dias atuais. Essa modalidade de acesso proporciona o aumento da capacidade e velocidade das transmissões, tanto por meios físicos cabeados como pelos sem fios, facilitando a transferência de dados, de áudio, de imagens e a conectividade entre a telefonia e a internet. Entendemos que este foi um grande fator que contribuiu para disseminação das "casas conectadas" um importante predicado da Domótica, pois permite ao usuário, em qualquer local do mundo, supervisionar, gerenciar e comandar remotamente a sua residência. Para Lipovestsky (2005, p.62), o mercado entrou em outra fase da modernidade, ganhando um novo aspecto, deixando para trás a ostentação, para preocupar-se mais com a qualidade de vida, o que o autor denomina de "luxo emocional", em que cada pessoa procura investir naquilo que lhe oferece prazer. "Vivemos numa sociedade de consumo alimentada pela autonomia do indivíduo. Ela valoriza o bem estar, as necessidades individuais". Inicialmente os projetos para concepção das residências inteligentes têm demonstrado atender poder aquisitivo, ou ainda, têm permitido agregar valor aos empreendimentos, mas, com o transcurso do tempo, deve-se considerar as semelhanças evolutivas dos elementos que passaram a fazer parte da rotina doméstica da classe média, como os computadores pessoais, a Internet, os fornos microondas, freezers, telefones celular, TV por assinatura, etc. (DIAS; PIZZOLATO, 2004). Os elementos que compõem a automação residencial reduzirão seu custo e oferecerão aos arquitetos, integradores e aos diversos agentes idealizadores e executores das habitações melhor condição de tornar as habitações mais adaptadas aos anseios das famílias dessa nova sociedade. Werneck (1999, p.132) afirma que depois de o público conhecer uma residência automatizada, não haverá como retroceder, toda a cadeia de concepção da moradia evoluirá, e principalmente, o ocupante do imóvel. Assim, deverão ser necessários vários profissionais que, interagindo, permitirão o real desenvolvimento das técnicas da domótica. Fatores como os constantes aumentos nas tarifas de energia elétrica, água, telefone; as facilidades oferecidas pela tecnologia; o interesse das concessionárias de serviços de comunicação em facilitar a instalação de centrais

41 40 distribuidoras nos condomínios; a necessidade de ampliar a segurança e o conforto nas áreas coletivas estão, segundo a AURESIDE, promovendo o avanço dos projetos familiares de automação residencial para os de condomínios automatizados. Na visão da AURESIDE (2012), algumas construtoras percebendo esta tendência, já elaboram projetos de instalações prediais com previsão de pontos, painéis de distribuição e tubulações, preparando assim a infraestrutura necessária para receber a instalação de futuros sistemas de automação. 2.6 DOMÓTICA OU AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL? De forma resumida, a domótica é a implantação de elementos da robótica dentro da residência a fim de realizar tarefas como controle de dispositivos ou consumo. Diferente dos outros tipos de automação, a Automação Residencial tem uma dificuldade para se adaptar ao usuário, pois ele está sempre interagindo com o sistema de diferentes formas, o que não permite um padrão lógico no funcionamento dos equipamentos. Na visão de Bolzani (2007, p.1) para suprir essa necessidade foi criada a domótica, que incorporou todos os conceitos de Automação Residencial e se tornou uma ciência multidisciplinar, agregando conceitos de outras ciências, como Arquitetura, Ciência da Computação, Sociologia, Psicologia, entre outras, a fim de estudar e compreender as necessidades dos usuários dentro de uma casa. Para Silva e Cândido (2011, p.16) é comum as pessoas confundirem Automação Residencial com domótica, visto que os dois possuem os mesmos preceitos. Alguns autores tratam a domótica e a Automação Residencial como a mesma coisa, outros já as tratam como ciências diferentes. Entendemos que de fato, tanto Automação Residencial quanto domótica tem como finalidade facilitar a interação do residente com os equipamentos dispostos dentro da sua residência, reduzindo ao máximo o contato. A nosso ver, a Automação Residencial é uma adaptação da dita Automação Industrial voltada às residências, onde cede suas características à ciência multidisciplinar denominada domótica, pois conceitualmente a automação não engloba setores de comunicação ou sonorização, já a domótica enfatiza o uso da automação e controle mediante ao uso de equipamentos com capacidade de se comunicar e seguir instruções de um programa estabelecido pelo usuário da

42 residência, com possibilidades de alterações conforme seu interesse. 41

43 42 3 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL 3.1 DEFINIÇÃO De acordo com Gundim (2007, p.32) existem diversas definições vigentes para a automação residencial, dependendo do local de aplicação e interpretação as quais são aceitas. O Autor afirma que podemos defini-la como um conjunto de equipamentos, sistemas ou subsistemas que mantêm certas habilidades de interação entre si, permitindo o estabelecimento de funções independentes. Relatamos que isto nos dá a possibilidade de controlar as funções proporcionadas por estes equipamentos que formam os sistemas de uso individual ou coletivo Conceitos Básicos O conceito e as características que a automação implica, dá origem a um vasto campo de pesquisa que ainda se encontra em fase de crescimento, este que vem cada vez mais integrando a regência destes recursos, onde a interação contínua de seus elementos faz com que surja um novo conceito do que se pode chamar de Automação Residencial, este que chamamos de Edifícios Inteligentes. Bolzani (2004, p.52) afirma que as residências atualmente possuem diversos cabeamentos e dispositivos autônomos que executam várias tarefas determinadas, entre elas são: Telefonia: Sistema telefônico, intercomunicações, porteiros eletrônicos. Informática: Rede doméstica, acesso compartilhado, serviços via Internet. Rede Elétrica: Controle de cargas, sistema de distribuição, monitoramento de falhas, sistema de geração de emergência, tarifações setorizadas. Segurança: Circuito fechado de TV, alarmes, monitoramento, detecção de fumaça e calor, simulador de presença, etc. Iluminação: Iluminação ambiente, decorativa, externa, etc. Controle predial: Elevadores, aspiração central. Hidráulica e gás.

44 43 Entretenimento: Som, vídeo, multimídia. Climatização: ar-condicionado, ventilação, controle de janelas e cortinas, etc. 3.2 OS PRIMÓRDIOS DA AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL Na visão de Sena (2005, p.17) a automação residencial migrou-se dos conceitos utilizados em automação industrial. Porém, em virtude da diferente realidade entre o uso dos dois tipos de arquiteturas, têm sido criadas tecnologias dedicadas para ambientes onde não se dispõe de espaço para grandes centrais controladoras e pesados sistemas de cabeamento. No entanto, nas residências não são necessárias lógicas complexas e dispositivos que controlam os processos de produção industrial, porém requer diversos tipos de interfaces, vários equipamentos, configurações diferentes de acordo com cada cliente. Sena (2005, p.15) afirma que a década de 70 é considerada um marco importante na história da automação, quando são lançados nos EUA os primeiros módulos inteligentes de automação, os chamados X-10. O protocolo X-10 é uma linguagem de comunicação que permite que produtos compatíveis se comuniquem entre si através da linha elétrica existente. Entendemos que para isso, não são necessários novos e custosos cabeamentos. E pela sua característica básica, o sistema X-10 é recomendado para aplicações autônomas, não integradas, diferente dos sistemas domóticos originados através desta teoria. Uma de suas limitações é de operar apenas funções simples como ligar e desligar luzes. É um sistema de fácil implantação, pois não precisa de intervenção. Em contrapartida, torna-se um sistema instável, visto que a rede elétrica pode ocasionar comportamentos falhos dos componentes seja por duplicidade de fase ou falta de energia. "Um empecilho para sua utilização em larga escala é sua baixa integração com os demais sistemas automatizados que utilizam cabeamentos dedicados como áudio, vídeo, e alarmes" (SENA, 2005, p.18) Evolução da Automação

45 44 Para Gundim (2007, p.16) a evolução da automação residencial se deu por conta da popularização dos computadores pessoais, pela sua crescente capacidade de processamento e de velocidade, também o seu barateamento, auxiliando seu emprego em aplicações de automação doméstica. Isto contribuiu o desenvolvimento de aplicações de software para acionar e monitorar equipamentos de uso residencial. Então a partir deste conceito, começaram a surgir as primeiras casas inteligentes, que empregavam computadores para controlar vários sistemas. A figura 4 nos mostra os passos da evolução e histórico do desenvolvimento científico tecnológico da automação residencial. Figura 4 A Evolução da Automação Residencial. Fonte: Elaboração dos Autores, Adaptado de Gundim, 2007, p ORÇAMENTO E PLANEJAMENTO A automação residencial varia de acordo com as necessidades de cada usuário, bem como os recursos que o mesmo vai investir para decidir as suas prioridades.

46 45 O nível da automação da residência é delineado pelos seguintes fatores: os sonhos e o bolso. A necessidade de se optar por um sistema flexível é importante para o aproveitamento de mais recursos futuramente, pois assim vai permitir que se adicione mais equipamentos, expandir as redes e atualizar as aplicações e softwares atribuídos. (BOLZANI 2004, p.57). Bolzani (2004) argumenta que para ajudar nessas tomadas de decisões, o integrador de sistemas residenciais pode ajudar a proceder em termos de tecnologia e equipamentos para a escolha, pois as soluções variam de uma casa para outra, esteja ela pronta ou em construção. Entendemos que para começar a implantar seja qual for o tipo de sistema, um começo de forma adequada seria o planejamento do mesmo, pois saber o que vai ser instalado em sua residência é o caminho correto para evitar arrependimento e gastos excessivos. Pois a preocupação não é só em instalar os equipamentos, e sim em manter os mesmos, e adaptá-los para mudanças e futuras instalações. 3.4 O INTEGRADOR DE SISTEMAS O integrador de sistemas é o profissional apto a monitorar as instalações automatizadas em uma residência, ele é quem vai determinar os sistemas e equipamentos adequados para o tipo de instalação bem como a gerência destes sistemas. De acordo com Bolzani (2004, p.58) existem quatro regras a serem seguidas para o sucesso dos candidatos a integrador de sistemas residenciais: Assimilar os requisitos e objetivos a atingir: conhecer as pessoas envolvidas na execução da obra, desde o usuário, engenheiro, arquiteto, mestre encarregado até fornecedores de materiais e demais profissionais envolvidos na execução do projeto. Compreender a tecnologia: conhecer todas as soluções disponíveis e estar atualizado. Pesar os prós e os contras: basear sua escolha em critérios préestabelecidos tais como limitações de custo de necessidades. Compreender as tendências da tecnologia e reconhecer quando o sistema se torna obsoleto ao longo do tempo. Identificar as escolhas tecnológicas criativas: direcionar seu projeto a fim de criar ou aumentar as perspectivas e oportunidades de todos que

47 46 irão utilizar o sistema. 3.5 AUTOMAÇÃO PREDIAL A automação predial está baseada na integração de sistemas eletrônicos e eletromecânicos, atuando nas funções de elétrica, hidráulica e ar-condicionado. Um bom exemplo de utilização da mesma é a automação de hotéis, shoppings e escritórios que adotam a existência de usuários padrões. Do ponto de vista de Bolzani (2004, p.61) na automação predial trabalhase com uma arquitetura distribuída onde os módulos principais são: Estação de operação; Controladoras de rede; Subcontratadoras. O autor ainda afirma que os sistemas prediais também incorporam toda uma série de outros subsistemas, em especial aqueles destinados à segurança dos empreendimentos. A padronização das instalações prediais ainda tem um caminho longo pela frente, onde quem se beneficia é o mercado, pois terá à disposição mais soluções para escolher e com possibilidades de integração destas. 3.6 EDIFÍCIOS INTELIGENTES Um projeto de edifício inteligente deve estar certamente alinhado com as tendências tecnológicas, deve ser factível e ter sucesso, seguir os preceitos da nova economia da informação, pois esse modo de lidar com a informação e transformá-la em um bem de consumo, é que vai liderar todo o progresso científico daqui pra frente. Bolzani (2004, p.63) afirma que o conceito de edifícios inteligentes tem sido muito criticado pelos céticos. Pois muitos dos ditos Edifícios Inteligentes não o são ou não realizam com fluidez as funções para quais foram projetados. O projeto ideal é aquele que se antecipa e provê soluções de acordo com as necessidades dos ocupantes. Esta percepção ainda peca na baixa qualidade de aquisição sensorial, na

48 47 implementação de algoritmos modernos e na carga computacional utilizada, o que hoje em dia já está mais aprimorado. Então entendemos que nem sempre o termo Edifício Inteligente é claro e homogêneo entre os profissionais da área, e que, pode parecer ficção científica para alguns, mas uma casa pode sim ser toda automatizada, pois atualmente muitos construtores já têm esta visão e os edifícios são preparados para receber novas tecnologias, o que lhes confere também maior vida útil. 3.7 CONTROLE RESIDENCIAL Para fazer o controle de uma residência, são necessários uma vasta gama de equipamentos, dispositivos, e um sistema para gerenciar todo o tráfego de informações captadas por estes, pois os dispositivos também trocam informações entre eles e com a unidade central, para assim efetuar acionamentos e ajustes, gerar sinalizações ou avisos, dependendo da tarefa à qual foi designado. Segundo Bolzani (2004, p.69) os condomínios inteligentes tendem também a serem monitorados e controlados por um sistema centralizado, onde seus subsistemas deverão ter as próprias estações de controle onde possam ser verificados os desempenhos referentes a cada um. Com esta informação, podemos afirmar que cada subsistema dos aqui referidos, são os sistemas domóticos que anunciamos no capítulo anterior, onde o próprio autor afirma que o controle residencial é dividido em treze sistemas domóticos. Em nossa constatação, os sistemas domóticos servem para controlar a residência de forma inteligente de interação com o usuário, portanto, será mais adequado falarmos um pouco dos principais sistemas neste capítulo, pois foram aonde esses sistemas tiveram origem, quando os mesmos não tinham ligações íntimas com os demais. Então, a seguir vamos detalhar alguns dos principais equipamentos e dispositivos utilizados para o controle residencial bem como os principais sistemas de controle, os quais abordam na implementação da automação e que vamos utilizar no desenvolvimento de nosso projeto Equipamentos e Dispositivos Os equipamentos e dispositivos são o tema central na construção de

49 48 ambiente e residências inteligentes, pois qualquer aparelho eletrônico que desenvolva uma tarefa básica, efetue troca de informações e possibilite o comando remoto pode ser considerado um dispositivo inteligente ou DI. Existem vários tipos de equipamentos e dispositivos na automação que podem nos ajudar a obter maior conforto, seja em nossa própria casa ou a de um cliente. Bolzani (2004, p.71) afirma que a maioria dos equipamentos e dispositivos é importada, entre eles destacam-se: Equipamentos de HVAC; Aspiração central; Touch painel; Integradores de função; Relés; Atuadores; Sensores; Fontes de energia; Chaveadores de A/V; Persianas e cortinas automáticas; Alarmes; CFTV; Identificadores de RF; Identificadores Biométricos; Smart Cards; Transmissores de RF; Transmissores de IR; Controladores de câmeras; Controladores de TV e sistemas multimídia; Controladores de iluminação; Interfaces com e sem fio; Áudio e vídeo; Devido as características de inteligência distribuída dos dispositivos,

50 49 existe a necessidade de um mecanismo que possibilite a comunicação entre eles. A interface de rede permite a troca de dados, e não existe alguma restrição quanto ao tipo de rede adotada, no entanto, o sistema deve prover algum modo de identificação desses dispositivos. Apesar de todo este complexo sistema de hardware, circuito, placas e microchips que envolvem um DI, a maioria das funções de controle e entrada e saída é comandada por uma lista de códigos contendo instruções e parâmetros, ou seja, é o software que vai definir seu funcionamento. (BOLZANI, 2004). Em questão das mensagens e avisos para o usuário, quem será responsável por estes bem como a interação do usuário é a aplicação adotada, no nosso caso esta é a interface do sistema web, que irá interagir e gerenciar o funcionamento dos dispositivos. Qualquer seja o dispositivo utilizado, ele deve disponibilizar sistemas de entrada e saída de dados. Através destas portas, ele se comunica com outros dispositivos como sensores e atuadores, e diretamente através da interface de rede ou redes de dados externa como a Internet, vão nos permitir o controle e a visualização de estados remotos. Nas palavras de Bolzani (2004, p.26) constatamos que qualquer equipamento eletrônico precisa de uma interface para se comunicar com o usuário, seja esta real ou virtual, local ou remota. É através da interface que o usuário interfere na programação feita e visualiza o estado de seu funcionamento Sensores e Detectores De acordo com Beock (2011, p.1) sensores são dispositivos que trabalham com medidas de grandezas físicas, a fim de obter informações sobre o meio físico onde estão presentes. Em geral os sensores atuam transformando partes de uma grandeza física normalmente em um sinal elétrico, que pode ser interpretado com certos equipamentos eletrônicos. Segundo Bolzani (2004, p.102), "um sensor é posicionado a fim de detectar um evento pontual e envia a informação na forma de impulsos elétricos que serão reconhecidos pelo equipamento controlador". Em outras palavras, sensores são componentes eletrônicos que permitem que um equipamento eletrônico possa interagir com o mundo. Qualquer falha na

51 50 detecção, ou mesmo o mau posicionamento pode ocasionar erros de leitura causando situações de risco. Beock ainda afirma que os sensores, quando operam de forma direta transformando uma forma de energia em outra são chamados de transdutores. Os sensores onde as operações ocorrem de forma indireta alteram suas propriedades, como a resistência, capacitância ou indutância, sob a ação da grandeza de forma que essa alteração ocorra de forma proporcional. Figura 5 Sensor de Luz. Fonte: Beock, Os sensores e os detectores têm a missão de enviar sinais elétricos, analógicos ou digitais relativos às grandezas monitoradas, para as placas controladoras ou integrados, diretamente no meio físico de rede de controle doméstica, através de suas interfaces. Para Bolzani (2004, p.103) existem inúmeros tipos de sensores e detectores que podem ser utilizados para auxiliar o controle de um ambiente inteligente, dentre eles podemos destacar os de: Temperatura; Umidade Relativa; Qualidade de ar; Magnético de abertura; Intensidade de Iluminação; Pressão e força; Fumo; Gás;

52 51 Movimento; Sísmicos ou de vibração; Ultra-sônicos; Iônicos de fumaça; Ópticos de fumaça; Chama; Nível; Líquidos ou Vazão; Fluxo de ar; Acústico; Botões de pânico; Corrente PCS (Power Current Sensors); Campo eletromagnético; Sincronismo VSS (Video Sync Sensor) Diversos: Qualidade da água, oxigênio dissolvido, condutividade de líquidos e sólidos, salinidade, componentes químicos, de posicionamento como GPS, dentre outros Atuadores Na visão de Beock (2011, p.1) um atuador assim como um sensor é um transdutor que transforma uma forma de energia em outra, porém este faz o caminho inverso, ao invés de transformar partes de uma grandeza física em um sinal elétrico, ele transforma um sinal elétrico em uma grandeza física, movimento, magnetismo, calor dentre outros. Em outras palavras, Beock afirma que os atuadores atendem a comandos que podem ser manuais ou automáticos, ou seja, qualquer elemento que realize um comando recebido de outro dispositivo, com base em uma entrada ou critério a ser seguido. Como exemplo de atuadores temos os relés, dispositivos eletromecânicos que funcionam com pequenas correntes, mas que são capazes de controlar circuitos externos que envolvem correntes elevadas. Os Relés são formados basicamente por uma bobina e um conjunto de contatos. "Quando uma corrente circula pela bobina cria um campo magnético que atrai, abrindo ou fechando os contatos,

53 52 permanecendo assim enquanto houver alimentação de energia na bobina, permitindo assim a passagem ou não, de energia através do relé" (BEOCK, 2011, p.1) Figura 6 Relé aberto Fonte: Brain, Controle via Sistemas Web Outro fator importante tratando de dispositivos e equipamentos é a integração destes através de um sistema web, onde o computador é conectado a central de controle, no nosso caso o arduino, este que será ligado a atuadores, sensores e demais dispositivos que serão controlados pelo sistema web. Através deste, o usuário poderá controlar e alterar algumas configurações da iluminação, ligar ou desligar o sistema de segurança, simular sua presença ao executar rotinas, e obter relatórios sobre todo o funcionamento. Deste modo, pode-se modificar o comportamento dos dispositivos de qualquer ponto do planeta, 24 horas por dia, necessitando-se apenas da conexão com a internet Energia Elétrica Um grande passo no caminho para a busca de um ótimo projeto de automação nas residências seria melhorar a qualidade na distribuição da rede

54 53 elétrica da mesma, pois a maioria dos equipamentos a serem controlados, especialmente em nosso projeto, dependem desta para seu funcionamento e em consequência disto necessitam da interligação entre eles, portanto, há riscos como levar choques, mau funcionamento e fuga de energia. De acordo com Bolzani (2004, p.75) a legislação brasileira ainda não exige um projeto nem a respectiva implementação da rede e elétrica interna de uma residência por um profissional devidamente habilitado. Entretanto, algumas leis estão surgindo para que sejam planificados os métodos de interligação de equipamentos, controle de cargas, e projetos de luminotécnica para melhorar a qualidade das instalações e distribuição de energia. Uma casa agrega muitos dispositivos eletrônicos, e isso depende muito da qualidade da energia proveniente da fornecedora, pois quaisquer tipos de variações ou tensões são altamente danosos para os microcontroladores e dispositivos existentes na casa. Portanto, também há necessidade de estabelecer recursos adicionais para o controle da qualidade para meios de reserva, assim diminuindo as situações indesejadas, possíveis erros ou qualquer situação que colocaria em risco a gestão da casa e de seus equipamentos de controle Redução do Consumo de Energia A domótica conta com vários sistemas que permitem controlar quase todas as áreas de uma casa. A economia de energia é um dos principais objetivos da domótica, pois é uma das instalações domésticas que mais tem intimidade com a mesma, dentro do que chamamos de controle residencial. Bolzani (2004, p.76) afirma que a redução do consumo da energia elétrica pode ser feita através de programas de gerenciamento elétrico, e que pode parecer contraditório reduzir o consumo da mesma se estamos instalando mais dispositivos eletrônicos e softwares que dependem de energia para funcionar, mas isto é um fato. Para gerenciar este consumo de energia, o programa gerenciador seja ele uma estrutura fixa, ou um ambiente web que é o que estamos propondo, é aliado a atuadores e sensores e podem otimizar todas as funções dos equipamentos envolvidos, inclusive os de mais potência, permitindo o uso mais racional e

55 54 inteligente de energia A Utilização Racional de Energia O cuidado com o desperdício de energia foi um dos principais fatores que determinaram o desenvolvimento de sistemas de automação residencial, e para nós também foi o principal fator considerado no desenvolvimento de nosso projeto. Bolzani (2004, p.306) relata que nos últimos anos, os custos com energia cresceram mais que os com pessoal, o que levou aos construtores, usuários e técnicos a serem mais sensíveis às vantagens proporcionadas pelo uso inteligente de energia feito pela organização desta nas edificações. "O gerenciamento permite que os dados obtidos pelos sensores sejam comparados através de um programa de auditoria, e se for necessário ative os softwares de otimização e regulagem, mantendo o edifício sob controle de energia" (Bolzani, 2004, p.306). Deste modo, entendemos que isto contribui para melhorar a performance do conjunto de equipamentos, pois são mantidos todos os dados que vão permitir a programação de tarefas de manutenção, fazendo com que os equipamentos trabalhem em melhores condições. [...] a eletrônica tem, ao longo dos anos, tentado reduzir o consumo de energia miniaturizando os chips e tornando-os mais eficientes. Por outro lado, com a aplicação de sistemas de controles e gestão, o desenvolvimento de novas técnicas e algoritmos para aumentar a potencialidade destes sistemas e o advento da transformação em escala de energia solar em elétrica, cada residência inteligente será uma inesgotável fonte de energia e recursos dos próximos anos. (BOLZANI, 2004, p.307). Bolzani ainda afirma que existem dois níveis de preocupação com a utilização racional de energia. Um deles é em relação às instalações existentes, onde é necessário estudá-las e caracterizá-las para adotar medidas corretivas evitando o desperdício e esbanjamento de energia. Outro motivo é em relação às novas instalações, onde é necessário projetá-las no sentido de otimizar o consumo de recursos não duráveis e aumentar a utilização dos recursos duráveis, um exemplo deste é a energia solar. 3.8 SISTEMAS DE SEGURANÇA

56 55 De Acordo com Silva e Cândido (2011, p.21), em um levantamento feito pela Associação Brasileira das Empresas de Sistemas Eletrônicas de Segurança, a ABESE, foi revelado que o mercado de dispositivos de segurança teve um crescimento de 12% em 2010 em relação a 2009, fechando o ano com um faturamento de US$1,680 bilhão. Nos últimos dez anos o mercado cresceu em média 13% ao ano, segundo as pesquisas da ABESE. Apresentamos um gráfico baseado nos dados retirados da ABESE em 2011, que esboça o faturamento anual com sistemas de segurança eletrônica entre 2006 e Figura 7 Faturamento Anual com Sistemas de Segurança Eletrônica Fonte: Elaboração dos Autores, Porém, aproximadamente 88% dos produtos levantados pela ABESE são consumidos por clientes comerciais. Ainda assim o setor de segurança é o que mais cresce dentro da automação residencial. Bolzani (2004, p.83) afirma que dentre todos os sistemas domóticos, os sistemas de segurança patrimonial são os mais procurados pelos usuários. Os sistemas de segurança patrimonial utilizados na automação residencial vão além dos sistemas utilizados por clientes comerciais. Bolzani argumenta que um sistema de segurança patrimonial possui alguns pontos básicos

57 56 que devem ser cumpridos. Esses pontos são: Prevenção ou dissuasão: o sistema deve inibir e promover a desistência do invasor; Detecção e alarmes: o sistema deve comunicar com todos os sensores para identificar uma possível invasão e acionar os alertas; Reconhecimento ou identificação: o sistema deve ser capaz de identificar se a pessoa é o usuário ou não e tomar as devidas decisões; Retardo: o sistema analisa as condições de todos os sensores e câmeras antes de tomar uma decisão ou aguarda uma ordem do usuário para evitar falsos alarmes Reação: o sistema deve disparar os alertas programados assim que houver uma invasão, a fim de cancelá-la. Neste mesmo contexto, Bolzani (2004) também explica que o sistema deve conter um software específico que é responsável pelo tratamento dos sinais emitidos pelos sensores. Este software deve possuir duas abordagens, um para o caso de o usuário não estar presente na residência e outra para o caso de ele estar presente. O sistema deve ser capaz de evitar que o invasor chegue até o usuário, mantendo-o sempre em segurança dentro da residência. Caso o usuário não esteja presente, o sistema tem que ser capaz de enviar alertas remotamente informando da possível invasão da residência ou solicitando algum comando, caso haja dúvidas sobre a autenticidade da invasão. Bolzani (2004, p.84) considera o sistema de Segurança Patrimonial como um sistema maior que se divide em cinco subsistemas. Estes sistemas são: Detecção perimetral: se baseia em sensores e barreiras que monitoram o perímetro da residência detectando possíveis invasões; Sensoriamento interno: consiste em sensores que supervisionam o interior da residência; Circuito Fechado de Televisão (CFTV): associado ao Sistema de Sensoriamento Interno, CFTV consiste em câmeras colocadas em

58 57 locais críticos da residência (como a entrada ou áreas de acesso restrito) adaptadas para cada tipo de local, enviando as gravações para um servidor que armazena as imagens; Controle de Acessos: também associado ao Sistema de Sensoriamento Interno, controla o acesso das pessoas a determinados pontos da residência através de crachás, cartões, sistemas biométricos ou outros meios de identificação; Controle de Rondas: consiste em controlar a movimentação do pessoal responsável pela segurança para evitar brechas para uma invasão, este se aplica em casos onde existe segurança feita por pessoas. 3.9 A AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL E A INTERNET Segundo a AURESIDE (2012), o futuro da Internet não reside apenas nos PCs mas também nos bilhões de equipamentos que usamos no dia a dia e que fazem o mundo funcionar. E que, a Echelon Corporation em conjunto com a Cisco System e a Sun Microsystems expediram uma nota conjunta aos líderes da Internet, imprensa e comunidade financeira descrevendo como esta transformação fundamental da natureza da Internet conduzirá a nova onda de inovação na grande rede. Entendemos que em um mundo onde tudo estará conectado futuramente, desde os mais simples equipamentos como luzes, bombas, termostatos, válvulas, interruptores e sensores de presença, o potencial de criar novas aplicações e novos negócios vão além da imaginação. A conectividade aumenta o poder nas redes e a rede cresce em valor com o quadrado do número de nós conectados. Esse valor tende a "explodir" quando dezenas de bilhões de equipamentos estiverem conectados à Internet. Conectar estes dispositivos do dia a dia a Internet e o próximo passo lógico. Isto representa uma grande oportunidade para o crescimento dos negócios, aumento de receitas, redução de custos e melhora da qualidade e eficiência assim como a longo prazo irá criar oportunidades de serviços e produtos ainda não imaginados". (AURESIDE, 2012). A infraestrutura para conectar estes dispositivos à Internet já está

59 58 disponível hoje, muitas vezes invisíveis, altamente confiáveis, dispositivos do dia a dia interligados por redes estão em praticamente em todos os lugares. A AURESIDE (2012) ainda afirma que em prédios, casas, fábricas e sistemas de transportes ao redor do mundo, equipamentos conectados foram instalados para garantir maior eficiência aos sistemas que fazem o mundo funcionar. Equipamentos simples que eram usados de forma rotineira em nossas vidas agora têm seu uso alavancado para trazer a Internet à vida diária. Milhões de dispositivos como interruptores nas casas, sensores de presença em edifícios, válvulas e termostatos em fábricas, e portas automáticas em trens de metrô estão já instalados ao redor do mundo. Conectar estes equipamentos à Internet permite uma infinidade de novas aplicações. Por exemplo: Muitos postos de gasolina através do mundo tem redes LonWorks em seus tanques subterrâneos para monitorar seus estoques de combustível. Conectar estes controles a Internet torna possível criar novas aplicações que nem foram imaginadas quando se instalaram estes tanques, como monitoramento em tempo real dos níveis de estoque para otimizar as rotas de reabastecimento. (AURESIDE, 2012). Isto reduz os custos operacionais e elimina perdas devido a uma política inadequada de estoques. Entendemos que a Internet logo estará dominada pelos equipamentos conectados, parece ser este o futuro próximo da grande rede.

60 59 4 MICROCONTROLADORES 4.1 BREVE HISTÓRICO De acordo com Silveira (2011, p.19) há alguns anos atrás, tínhamos que juntar muitos componentes como resistores, capacitores, transistores, circuitos integrados para montar um circuito eletrônico de médio porte. Este circuito era dedicado somente a uma aplicação, e não era nada fácil fazer melhoramentos depois deste ser montado, pois era preciso cortar os filetes na placa do circuito impresso, refazer soldas ou mesmo montar outros componentes sobre os que ali já estavam adicionados. Gimenez (2002, p.10) explica que a origem dos microcontroladores veio dos microprocessadores. O primeiro microprocessador ou a primeira unidade de processamento central (CPU, Central Processing Unit) foi um microprocessador de 4 bits, o 4004 da Intel (GIMENEZ, 2002, p.10). O sucesso foi muito grande, e os projetistas solicitavam unidades com maiores capacidades de processamento para aplicações mais sofisticadas. Assim a Intel implementou processadores de 8 bits, como o Em constantes mudanças e evoluções, vieram os processadores de 16, 32 e 64 bits. Assim cada vez mais a microeletrônica foi sendo desenvolvida, com cada vez mais componentes integrados por unidade de área. [...] foi possível integrar todos os blocos básicos de um microprocessador digital em uma única pastilha de silício, originando assim os microcontroladores (GIMENEZ, 2002, p.10). Zelenovsky e Mendonça (2011, p.2) destacam algumas das principais fabricantes de microcontroladores: Intel; Zilog; Motorola; Microchip; Atmel; Analog devices; National; Holtek; Cypress.

61 DEFINIÇÃO Para Silveira (2011, p.20) o termo microcontrolador é utilizado para descrever um sistema mínimo que inclui uma CPU, memória e circuitos de entrada e saída, tudo montado em um único circuito integrado, que pode ter de 8 a até mais de 100 pinos. O microcontrolador nada mais é que um microcomputador implementado em um único circuito integrado, no qual estão integradas todas as unidades básicas de um computador (GIMENEZ, 2002, p.11). Silveira (2011) ainda afirma que alguns microcontroladores podem vir com contadores decimais internos, conversores analógicos-digitais, comparadores de tensão e circuitos de comunicação serial, tudo embutido no mesmo encapsulamento. Os microcontroladores são utilizados principalmente em equipamentos portáteis de baixo custo, sendo grandes contribuidores para a automação do mundo atual, por isso, temos interesse de estudá-lo e aplica-lo em nosso projeto. Se repararmos, isto é um fator que não tem mais volta nem parada. Podemos dizer que hoje somos totalmente dependentes desta tecnologia. Nas concepções de Gimenez (2002, p.4) o microcontrolador integra todas as partes de um microcomputador, estas que são: CPU: inteligência do microcomputador. Tem a capacidade de tomar decisões através da execução de um programa gravado na memória do sistema. Ao executar um programa, ele é o responsável por obter informações a serem analisadas por meio de dispositivos de entrada e pelo processamento das informações e pela resposta do sistema. Memória volátil (RAM, SRAM, DRAM e Flash RAM): Memória para armazenamento de informações. Memórias capazes de realizar várias operações de leitura e escrita. Sempre que o equipamento for desenergizado, as informações contidas na memória serão perdidas. Memória não volátil: (ROM, PROM, EPROM e EEPROM): Memória de armazenamento de programa. Geralmente essas memórias são utilizadas somente para leitura e consequentemente não é possível realizar operações de escrita. Entradas e saídas: Responsável pela interface das informações entre o microcomputador e o mundo externo. Geralmente são circuitos integrados capazes de ler e armazenar informações vindas do mundo

62 61 externo, por exemplo, informações vindas do teclado e das portas seriais As figuras 8 e 9 mostram a formação de uma estrutura simples de um microcontrolador e de um microcomputador. Figura 8 Diagramas de blocos simples de um microcontrolador. Fonte: Elaboração dos Autores, Adaptado de Silva e Candido, Figura 9 Partes básicas de um microcomputador Fonte: Elaboração dos Autores, Adaptado de Silva e Candido, Funcionamento De acordo com Silveira (2011, p.21) Os microcontroladores são alimentados com um tensão padrão de 5 volts. Onde muitos podem operar com 2 volts e alguns até 6 volts. Todo microcontrolador necessita de um circuito de relógio para sincronização de seus circuitos internos, que normalmente são mantidos por um cristal ou ressonador cerâmico externo. A maioria dos pinos de um microcontrolador são usados para entrada e saída de dados (SILVEIRA, 2011, p.21).

63 MICROCONTROLADORES E MICROPROCESSADORES De acordo com Sena (2011, p.4) o microcontrolador difere-se de um microprocessador em diversas formas. Uma delas é sua funcionalidade, pois para um microprocessador ser usado, outros componentes como memória têm que estar ligados ao chip. Para Beppu e Fonseca (2011, p.2) um microcontrolador é um computador em um chip, que contém processador, memória e periféricos de entrada e saída. Ou seja, é um microprocessador que pode ser programado para funções específicas, em contraste com outros microprocessadores de propósito geral, como os utilizados nos PCs. Mesmo os microprocessadores sendo potentes máquinas matemáticas, têm pouca possibilidade de se comunicar com periféricos, diferentemente dos microcontroladores, onde não são necessários componentes externos para as suas aplicações, porque todos os circuitos que pertencem aos periféricos, já estão dentro do chip, poupando tempo e espaço necessários. Figura 10 Microprocessador e Microcontrolador Fonte: Sena, 2011.

64 TIPOS DE MICROCONTROLADORES Como mencionamos anteriormente, atualmente existem diversos tipos de microcontroladores de vários fabricantes, tais como Intel, Microchip, ATMEL, Holtek, Motorola, etc. Estes estão disponíveis em vários tipos de encapsulamento de CI s, sendo os mais comuns os encapsulamentos DIP (Dual In line Package) e o QFP (Quad Flat Package). A seguir temos as figuras 11 e 12, mostrando alguns destes controladores propriamente ditos. Figura 11 Microcontroladores com encapsulamento DIP Fonte: Atmel, Figura 12 Microcontroladores com encapsulamento QFP/SMD Fonte: Atmel, 2012.

65 Plataforma Arduino O Arduino faz parte do conceito de hardware e software livre e está aberto para uso e contribuição de toda sociedade. "O conceito Arduino surgiu na Itália em 2005 com o objetivo de criar um dispositivo para controlar projetos/protótipos construídos de uma forma menos dispendiosa do que outros sistemas disponíveis no mercado". (BEPPU, FONSECA, 2011, p.2). Segundo McRoberts (2011, p.20) desde que o Arduino Project teve início em 2005, mais de 150 mil placas Arduino foram vendidas em todo o mundo. Também relata que o número de placas-clone não oficiais supera o de placas oficiais, sendo provável que haja mais de 500 mil placas e suas variantes por todo o planeta. McRoberts (2011) também explica que o arduino é uma plataforma de computação física, que são sistemas digitais ligados a sensores e atuadores, permitindo construir sistemas que percebam a realidade e respondem com ações físicas, baseada em uma simples placa de entrada e saída microcontrolada e desenvolvida sobre uma biblioteca que simplifica a escrita da programação em C/C++. Deste modo, entendemos que o arduino é uma ferramenta de controle de entrada e saída de dados, que pode ser acionada por um sensor, por exemplo um resistor dependente da luz, o sensor LDR, e que, logo após passar por uma etapa de processamento, o microcontrolador, poderá acionar um atuador ou até um motor por exemplo. Como podemos perceber, é como um computador, que tem como sensores de entrada como o mouse e o teclado, e de saída, impressoras e caixas de som, por exemplo, só que ele faz interface com circuitos elétricos, podendo receber ou enviar informações ou tensões neles. Por ser open source hardware, o Arduino é de grande importância para o desenvolvimento da tecnologia, pois oferece um hardware e software bem flexível, ou seja, os códigos fonte do Arduino ficam disponíveis para que qualquer pessoa possa modificá-lo de acordo com seu problema, sem nenhuma cobrança de direitos autorais. Isso é de grande importância, pois permite a criação de outros modelos mais focados em uma situação. De acordo com Banzi (2009), um dos criadores do Arduino, explica em

66 65 seu livro Getting Started With Arduino, que o arduino é uma plataforma open source hardware composta em duas partes: a placa Arduino, que é o componente físico (Hardware) e o IDE Arduino, que é o software utilizado no computador para desenvolver os programas que serão executados em sua placa. O Arduino foi escolhido para o nosso projeto de automação residencial pela facilidade e agilidade que esta plataforma oferece para o desenvolvimento das aplicações. Também pelo vasto material auto explicativo disponível tanto na internet quanto em livros e possibilitar a programação de circuitos em um nível mais alto. O Arduino faz toda computação física ficar mais semelhante ao desenvolvimento de softwares aplicativos, que está mais presente no nosso dia-a-dia Vantagens Segundo McRoberts (2011, p.20) uma das vantagens do arduino comparando-o com outras plataformas de desenvolvimento de microcontroladores, é a facilidade de sua utilização. Pois, pessoas que não são desta área técnica, podem aprender rapidamente o básico, criando desta maneira seus próprios projetos/protótipos, em um intervalo de tempo realmente curto. Outra vantagem desta plataforma é a grande comunidade de pessoas que a utilizam, que compartilham seus códigos-fonte e diagramas de circuito, para que outros copiem, modifiquem, façam alterações da melhor forma que os atenda. Portanto, além de termos uma comunidade disposta a auxiliar-nos em nosso projeto, a popularidade do arduino não para de crescer, e cada vez mais pessoas percebem o incrível potencial deste grande projeto de fonte aberta, para assim desenvolver seus próprios projetos com uma curva de aprendizagem realmente curta A Placa Arduino De acordo com o site Arduino (2012) a parte física da plataforma é a placa arduino, baseada em uma placa de circuito contendo um microcontrolador e vários outros componentes complementares como o chip de conversão serial, e o cristal de frequência. O microcontrolador do Arduino possui um boot loader, ele é um

67 66 componente indispensável, pois é o responsável por executar os códigos inseridos pelo programador. "As placas Arduino utilizam na maioria das vezes os microcontroladores Atmel AVR, família mega AVR, série ATmega" (Arduino, 2012). Na figura 13 temos o Arduino Uno, na figura 14 temos o Arduino Leonardo, na figura 15 ilustramos o Arduino Explora, na figura 16 temos o Arduino Mega utilizado em nosso projeto, e por último temos o Arduino Micro na Figura 17. Figura 13 Arduino Uno. Fonte: Arduino, Figura 14 Arduino Leonardo. Fonte: Arduino, 2012

68 67 Figura 15 Arduino Esplora. Fonte: Arduino, Figura 16 Arduino Mega. Fonte: Arduino, Figura 17 Arduino Micro. Fonte: Arduino, De acordo com Silva e Candido (2011, p.33) para realizar as devidas interpretações das informações, o arduino contém portas tanto digitais quanto analógicas. As portas digitais tem grande funcionalidade pois podem ser utilizadas como entrada ou saída de dados, conforme denominado pelo programador. Servem também para leitura de dados simples, que enviam apenas um pulso de energia

69 68 como um botão. Dentre as portas digitais, duas são dedicadas à comunicação serial, ligadas paralelamente às portas ou pinos propriamente ditos, que são o receptor ou Rx e o transmissor ou Tx, estes responsáveis por receber e enviar sinais, respectivamente, o que possibilita a troca de sinais com outro microcontrolador ou um computador. As portas de entrada analógica são responsáveis por leitura de dados analógicos, como a tensão de um sensor. O microcontrolador lê o valor destas portas e converte em um valor entre 0 e (BANZI, 2009) A quantidade de portas de uma placa Arduino varia de acordo com a quantidade de pinos disponíveis no microcontrolador. O Arduino Mega, que é o que será utilizado no nosso projeto por exemplo, utiliza um microcontrolador ATmega1260 e disponibiliza 54 portas digitais e 16 portas analógicas. O Arduino além de possuir as portas analógicas e digitais, também possui uma porta serial que é ligada às portas Rx e TX do microcontrolador. O mais comum é uma porta USB, mas também o dispositivo serial pode alternar com os diferentes modelos de placas. Podem ser encontrados também os modems Bluetooth ou conectores Ethernet. Estas portas seriais são de grande importância, pois além de receber os programas ele pode receber os dados vindos tanto de um celular ou de um computador IDE Arduino De acordo com o site Arduino (2012) o mesmo possui o IDE (Integrated Development Environment) que é o software que nos permite desenvolver os programas que são executados na placa arduino. O IDE segue o princípio open-source, todo o código fonte está disponível para download no site oficial, sendo desenvolvido pela mesma equipe que mantém o hardware. A figura 18 mostra a tela do IDE do Arduino.

70 69 Figura 18 IDE Arduino Fonte: Arduino, De acordo com Silveira (2011, p.39) para fazer a compilação dos códigos o IDE arduino contém um compilador que realiza as análises (léxica, sintática e semântica) no código digitado e identifica os possíveis erros. Esses arquivos de códigos fonte gerados pelo Arduino são chamados sketchs. Dentro do próprio Arduino o programador faz o upload dos Sketchs para a placa arduino e durante esse processo o compilador converte esse sketchs em arquivos assembly e transfere para a placa arduino via porta serial Linguagem de Referência De acordo com Fonseca e Beppu (2010, p.8) os programas para o Arduino são implementados tendo como referência a linguagem C++, preservando sua sintaxe clássica na declaração de variáveis, nos operadores, nos ponteiros, nos vetores, nas estruturas e em muitas outras características da linguagem. Com isso, temos as referências da linguagem, essas podem ser divididas em três partes principais: a estrutura, os valores, que são as variáveis e constantes, e as funções Estruturas

71 70 As estruturas de referências são as seguintes: Estruturas de controle (if, else, break, etc...) Sintaxe básica (define, include, ;, {}, etc...) Operadores aritméticos e de comparação (+, -, =, ==,!=, etc...) Operadores booleanos (&&,,!) Acesso a ponteiros (*, &) Operadores compostos (++, --, +=, etc...) Operadores de bits (, ~, etc...) Valores Os valores de referências são: Tipos de dados (byte, array, int, char) Conversões (char(), byte(), int()) Variável de escopo e de qualificação (variable scope, static, volatile) Utilitários (sizeof() diz o tamanho da variável em bytes) E bom citar que o software que vem no Arduino já provém várias funções e constantes para facilitar a programação: setup() loop() Constantes (HIGH, LOW, INPUT, OUTPUT) Bibliotecas (Serial, Servo, Tone) Funções Segundo Fonseca e Beppu (2010, p.9) as funções são referências essenciais para o desenvolvimento de um projeto usando o Arduino, principalmente para os iniciantes no assunto. Essas funções já são implementadas e disponíveis em bibliotecas direcionam e exemplificam as funcionalidades básicas do micro-

72 71 controlador. Temos como funções básicas e de referências as seguintes funções: Digital I/O: pinmode(), digitalwrite(), digitalread(); Analógico I/O: analogreference(), analogread(), analogwrite(); Avançado I/O: tone(), notone(), shiftout(), pulsein(); Tempo: millis(), micros(), delay(), delaymicroseconds(); Matemática: min(), max(), abs(), constrain(), map(), pow(), sqrt(); Trigonométrica: sin(), cos(), tan(); Números aleatórios: randomseed(), random(); Bits e Bytes: lowbyte(), highbyte(), bitread(), bitwrite(), bitset(), bitclear(), bit(); Interrupções externas: attachinterrupt(), detachinterrupt(); Interrupções: interrupts(), nointerrupts(); Comunicação: Serial(), Stream() Bibliotecas A utilização de bibliotecas nos proporciona um horizonte de programação mais amplo quando comparado a utilização apenas de estruturas, valores e funções. "É perceptível quando analisamos os assuntos que são abordados por cada biblioteca em específico. Lembrando sempre que, para se fazer uso de uma biblioteca esta já deve estar instalada e disponível na sua máquina" (FONSECA, BEPPU, 2010, p.10). Temos as seguintes bibliotecas de referência: EEPROM - leitura e escrita de armazenamento permanente; Ethernet - para se conectar a uma rede Ethernet usando o Arduino Ethernet Shield; Firmata - para se comunicar com os aplicativos no computador usando o protocolo Firmata; LiquidCrystal - para controlar telas de LCD; Servo - para controlar servo motores; SPI - para se comunicar com dispositivos que utilizam barramento Serial Peripheral Interface (SPI);

73 72 SoftwareSerial - Para a comunicação serial em qualquer um dos pinos digitais; Stepper - para controlar motores de passo; Wire - Dois Wire Interface (TWI/I2C) para enviar e receber dados através de uma rede de dispositivos ou sensores. Na visão de Fonseca e Beppu (2010, p.10) temos como referência também, o uso de bibliotecas mais específicas. O que é de extrema importância quando se faz o uso do Arduino com um enfoque em uma determinada área. Estas estão divididas em: Comunicação (redes e protocolos), sensoriamento, geração de frequencia e áudio, temporização e utilidades Comunicação (Redes e protocolos) Messenger - Para o processamento de mensagens de texto a partir do computador. NewSoftSerial - Uma versão melhorada da biblioteca SoftwareSerial. OneWire - Dispositivos de controle que usam o protocolo One Wire. PS2Keyboard - Ler caracteres de um PS2 teclado. SimpleMessageSystem - Enviar mensagens entre Arduino e o computador. Serial2Mobile - Enviar mensagens de texto ou s usando um telefone celular. Webduino - Biblioteca que cria um servidor Web (para uso com o Arduino Ethernet Shield). X10 - Envio de sinais X10 nas linhas de energia AC. XBee - Para se comunicar via protocolo XBee. SerialControl - Controle remoto através de uma conexão serial Sensoriamento CapacitiveSensing - Transformar dois ou mais pinos em sensores capacitivos. Debounce - Leitura de ruídos na entrada digital Geração de Frequência e de Áudio

74 73 Tone - Gerar ondas quadradas de frequência de áudio em qualquer pino do microcontrolador Temporização DateTime - Uma biblioteca para se manter informado da data e hora atuais do software. Metro - Ajuda ao programador a acionar o tempo em intervalos regulares. MsTimer2 - Utiliza o temporizador de 2 de interrupção para desencadear uma ação a cada N milissegundos Utilidades TextString (String) - Manipular strings. PString - uma classe leve para imprimir em buffers. Streaming - Um método para simplificar as declarações de impressão Computação Física Segundo Fonseca (2009), a computação física é a técnica que busca criar sistemas que possam interagir com o mundo real, capturando informações do meio em que está inserido e interagindo com essas informações. Fundamenta-se em dispositivos eletrônicos como sensores e atuadores conectados a um micro controlador com um software. O software no microcontrolador é responsável por processar as informações recebidas dos dispositivos conectados e executar a sua ação. Esta técnica também pode ser utilizada por várias áreas, não apenas áreas da computação ou elétrica. O campo de computação física é bastante explorável por designers e artistas plásticos em suas obras (BANZI, 2009). A computação física engloba todas as disciplinas que permitem construir equipamentos digitais de computação que interagem e respondem à realidade física analógica que os rodeia, usando software e hardware para este fim (FONSECA, 2009).

75 74 5 REDES DOMÉSTICAS Redes Domésticas são os meios que nos permitem a troca de informações e a comunicação com outros computadores e dispositivos, de forma a compartilhar os dados entre os mesmos, a fim de possibilitar as necessidades do uso doméstico. Bolzani (2004, p.131) afirma que uma rede doméstica provê a interligação entre os equipamentos do usuário, como computadores, dispositivos inteligentes, impressoras, sensores e atuadores, e dos tipos de conexão existentes como modem ADSL. Nesta concepção, Bolzani também afirma que podemos destacar as principais características e funções de uma rede doméstica: Permitir o compartilhamento da rede de acesso; Permitir a utilização de múltiplos equipamentos; Ser de administração e gerenciamento fáceis e simples; Isolar o tráfego interno à residência da rede de acesso; Oferecer suporte a diferentes protocolos de nível superior; Permitir o acesso a diferentes provedores de serviço; Implementar diferentes classes de qualidade de serviço; Existem várias maneiras de implementar uma rede doméstica, sejam elas cabeadas (Ethernet) ou sem fio (Wireless). Vamos especificar algumas das maneiras e a forma de desenvolvimento de implementação da rede doméstica no decorrer de nosso projeto. 5.1 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO Bolzani (2004, p.8) define um protocolo de comunicação como: Um conjunto de padrões de comunicação. Quando uma pessoa deseja comunicar-se com outra, utilizam regras de convívio social, ou seja, enquanto uma conversa a outra ouve, quando uma pára de falar a outra percebe através desta pausa que é a vez dela de falar. Para Comer (2007, p.244) um acordo que especifica o formato e o significado da troca de mensagens entre computadores é conhecido como Protocoloco de Comunicação. Os programas aplicativos que usam uma rede não

76 75 interagem diretamente com o hardware de rede. Um aplicativo interage com o software de protocolo que segue as regras de um determinado protocolo quando da comunicação (COMER, 2007, p.244) Em uma rede existe um conjunto de protocolos que é seguido por todas as maquinas possibilitando a troca de informações entre elas. Aplicativos com um editor de ou um web-browser, por exemplo, não se preocupam com o tipo de rede no qual os dados irão trafegar. Por outro lado, a placa de rede do PC não se importa se o que está trafegando é texto ou fotografia, pois algum dispositivo ou software já os converteu previamente num modo em que ela possa entender. Assim, o trabalho é executado em etapas e cada integrante é responsável por uma ou mais destas, aumentando assim a eficiência do conjunto, facilitando a resolução de problemas (BOLZANI, 2004). De acordo com Bolzani (2004, p.9) um dos modelos de referência para comunicação em camadas é o modelo OSI (Interconexão de Sistemas Abertos) criado em 1983 pela ISO (Organização de Padronização Internacional). Este modelo é dividido em 7 camadas, onde cada uma é responsável por um conjunto de processos, o que simplifica seu estudo, implementação e relação com as demais. Figura 19 Camadas do Modelo OSI Fonte: Toni, 2010.

77 TCP-IP (Transmission Control Protocol Internet Protocol) De acordo com Assunção (2002, p.22) O TCP-IP é um dos melhores e mais essenciais protocolos de comunicação, na verdade, é um conjunto de muitos protocolos. Usando uma arquitetura cliente-servidor quase perfeita, possibilita praticamente todo tipo de sistema operacional e rede de comunicarem entre si. Bolzani (2004, p.10) explica a função protocolo TCP-IP: O TCP (Transmission Control Protocol) e o IP (Internet Protocol) exercem funções distintas, porém, normalmente, trabalham juntos tornando a comunicação de dados eficiente. De uma forma muito básica, o TCP se encarrega de quebrar os dados em pacotes menores e rearranjá-los na outra extremidade, enquanto o IP entrega-os para o destino correto. Quando estabelecemos uma comunicação com um provedor de acesso à Internet nos é atribuído um número de identificação na rede ou número IP, composto por 32 bits segmentado em quatro partes de 8 bits cada, formando 4 bytes. Desta forma, vamos definir um dispositivo em toda a rede, sendo este único na Internet naquele instante, desta maneira, perfeitamente identificado. Para Comer (2007, p.268) O protocolo TCP-IP não é o único utilizado em redes, porém é o mais famoso de todos, pois foi adotado para a comunicação da Internet. Entendemos que desta forma, qualquer estudo inicial de um projeto de Residências Inteligentes deve incorporá-lo, pois o mesmo permite o transporte de dados pelos diversos tipos de redes.de acordo com Bolzani (2004, p.10) o protocolo TCP-IP utiliza apenas 4 camadas do modelo OSI, estas que são: Interface de rede: Camada de abstração de hardware, permite o transporte de dados pelos diversos tipos de rede. Rede: Dados são tratados como pacotes. É responsável pelo envio o roteamento dos pacotes entre os hosts. Transporte: Comunicação mais confiável entre hosts de uma rede. Caso algum pacote se perca, encontra o caminho entre os computadores, função exercida pelo IP. Aplicação: São as aplicações, os programas. Quando é feita uma requisição de uma página da Internet, o navegador processa os pacotes que chegam e forma a página para que se possa ver. Com certeza, quem for implantar uma rede doméstica vai deparar-se com

78 77 o TCP-IP. Muitos eletro-eletrônicos inteligentes implementam o protocolo internamente, através de chips dedicados, o que possibilita a troca de informações entre os dispositivos, PCs e a Internet (BOLZANI, 2004, p.12). Figura 20 Modelo OSI e Modelo TCP-IP. Fonte: Lemuel, MODELO CLIENTE-SERVIDOR De acordo com Nicacio (2010, p.2) o modelo cliente/servidor é uma arquitetura que divide o processamento das informações em módulos ou processos distintos. Um processo é responsável pela manutenção da informação que é o Servidor, enquanto o outro é responsável pela obtenção dos dados, ou seja, o Cliente. O sistema cliente-servidor é uma abordagem da computação que separa os processos em plataformas independentes que interagem, permitindo que os recursos sejam compartilhados enquanto se obtém o máximo de benefício de cada dispositivo diferente, ou seja, Cliente/Servidor é um modelo lógico (NICACIO, 2010). Nicacio ainda afirma que esta arquitetura baseia-se em três componentes principais: Gerenciamento de banco de dados, que funcionam como servidores;

79 78 Redes, que funcionam como transporte dos dados; Softwares para acessara os dados, que são os clientes. Portanto, sua estrutura é simples, pois uma ou mais máquinas podem atuar como servidores, disponibilizando recursos para as demais máquinas, que atuam como clientes. A figura a seguir demonstra a arquitetura do modelo cliente-servidor. Figura 21 Modelo Cliente-Servidor. Fonte: Elaboração dos Autores Cliente Os clientes são os computadores ligados em rede, geralmente possuem pouco poder de processamento e armazenamento se comparado aos servidores. Segundo Fileto (2006, p.2) o cliente é a parte que interage com o usuário, possui a interface que o usuário utiliza para requisitar as tarefas ao servidor, sendo chamado de front-end da aplicação. Os processos clientes gerenciam as atividades dos usuários e realizam as

80 79 validações dos dados informados por estes, fazendo o envio das mensagens de requisições ao servidor. De acordo com Nicacio (2010, p.8) as principais características do cliente são: Inicia e termina as conversações com os servidores, solicitando serviços distribuídos; Não se comunica com outros clientes; Normalmente responsável pela entrada e saída de dados e comunicação com o usuário; Torna a rede transparente ao usuário; Hardware: pode ser um computador simples; Software: tem início e fim definido Servidor Na maioria das vezes, os servidores são equipamentos com maior poder de processamento e armazenamento, ao contrário dos clientes. De acordo com Fileto (2006, p.4) servidor é o processo que responde a uma mensagem solicitando a realização de alguma tarefa por parte do cliente. O processo servidor é chamado de back-end. O processo servidor pode oferecer serviços a muitos clientes, realiza pesquisas, filtragens e atualizações em bancos de dados. Também existem diversos usos específicos destes como servidores de impressão e Web. Os serviços podem ser realizados diretamente pelo processo servidor ou através de processos escravos criados por este para atender cada pedido do cliente, o que libera o processo mestre do servidor para receber outras solicitações. Na visão de Nicacio (2010, p.9) as principais características de um servidor são: Execução contínua; Recebe e responde a solicitações dos Clientes; Não se comunica com outros Servidores; Presta serviços distribuídos; Atende a diversos clientes simultaneamente; Hardware; exige máquinas mais robustas, com grande capacidade de

81 80 processamento; Software: processo sempre em execução, aguardando ser chamado pelo Cliente. 5.3 X-10 Bolzani (2004, p.155) afirma que O sistema x-10 é um protocolo de comando remoto designado para a comunicação entre transmissores e receptores x- 10 através da fiação de rede elétrica tradicional. Esse sistema foi inicialmente implementado em 1978 pela Sears Home Control System e pela Radio Shack Plugand Power System e, devido ao grande sucesso e robustez, várias empresas começaram a produzir versões compatíveis. Devido ao crescimento desse sistema, foi criado um padrão entre todos e alguns módulos foram patenteados e suas licenças oferecidas a custos razoáveis.o X-10 é um protocolo de comunicação que utiliza as redes PLC como meio físico para transmissão de dados. Este protocolo utiliza a modulação por amplitude (AM - Amplitude Modulation). Para diferenciar os símbolos (nível alto 1 e nível baixo 0 ) a portadora utiliza a passagem por zero volt da onda senoidal da rede elétrica de corrente alternada, tanto no clico positivo quanto no ciclo negativo. No sistema x-10, "Os transmissores enviam comandos tais como turno on, turn off ou dim precedidos pela indicação da unidade receptora a ser controlada". (Bolzani, 2004, p.155). Cada receptor está relacionado com uma identificação de unidade e só reage aos comandos que lhe são endereçados. O x-10 tem um total de 256 de endereços diferentes. Deste modo não existe nenhuma restrição ao usar muitos transmissores sendo cada um inserido num código de setor sobre a mesma rede. Bolzani (2004, p.156) afirma que são inúmeros os dispositivos compatíveis com a tecnologia x-10.equipamentos de teste, filtros anti-ruídos, interfaces, transmissores, receptores, controladores de rede, temporizadores, sensores e detectores diversos. Nos dias de hoje os PCs permitem visualizar e controlar todos os dispositivos via computador, tanto interfaces hardware quanto aplicativos de software. Para Bolzani (2004, p.157) o sistema de automação mais utilizado no

82 81 mundo está bastante desenvolvido, mas tem algumas limitações. O x-10, devido à sua arquitetura, é muito limitado em velocidade e inteligência, tendo uma taxa de transmissão máxima de 60 bps. Concluímos que o x-10 pode ser uma ótima solução nos casos de residências já construídas, onde se quer evitar transtornos com reformas custosas, e deve ser dirigido para aplicações não integradas e não críticas. Levando-se em conta estas restrições, pode-se obter excelente relação custo/benefício, além de sua facilidade de instalação e operação.

83 82 6 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA 6.1 FERRAMENTAS UTILIZADAS Nesta etapa vamos especificar os equipamentos, dispositivos e tecnologias necessárias para o desenvolvimento de nosso projeto, dividindo-os em equipamentos ou dispositivos (Hardware) e Tecnologias (Software) Equipamentos/Dispositivos Utilizados Os equipamentos/dispositivos mais adéques e necessários para o desenvolvimento do protótipo são os seguintes: Arduino mega 2560; Transistores BC548; Resistores de 1k e 10k; Diodos; Relés de 12v; Bornes Leds; Pulsadores; Jumpers; Protoboard para testes; Servidor Web; Placa de fibra de vidro; Construção da maquete; Conexão com o Servidor e Cliente sincronizada; Softwares/Tecnologias Utilizadas A seguir vamos especificar as tecnologias e softwares utilizados para a implementação do sistema. Eclipse;

84 83 MySQL; Apache Tomcat; Hibernate; Eagle; Padrão de Projeto MVC; Enterprise Architect e Linguagem UML; JSF; HTML; Java; C++; IDE Arduino; CSS Eclipse Eclipse é uma ferramenta de desenvolvimento, chamada de Ambiente Integrado de Desenvolvimento ou IDE, que são programas que reúnem ferramentas de apoio ao desenvolvimento de software possibilitando uma agilidade maior no processo de construção do mesmo. Segundo a Devmedia (2012) a ferramenta eclipse começou a ser criada em novembro de 1998 pela IBM, que iniciou o projeto de um ambiente que pudesse integrar ferramentas de desenvolvimento da própria IBM, de seus clientes e de terceiros. Este ambiente, que deveria prover compatibilidade entre as diversas ferramentas, tornou-se o embrião do que hoje é o Eclipse. O Eclipse é um IDE open source conhecido mais comumente para desenvolvimento em Java, no entanto, por meio de plug-ins, ele pode ser usado para desenvolver aplicações em várias linguagens, como C/C++, Python, PHP e inclusive para a plataforma Android. Escolhemos esta IDE para o desenvolvimento de nosso projeto, pois no decorrer do curso esta foi a ferramenta com que mais mantivemos contato, e estamos mais familiarizados com a mesma, também por sua compatibilidade com as tecnologias JSF, C++ ao servidor Web Apache Tomcat e ao IDE Arduino, apresentando-se desta forma como melhor alternativa para nosso propósito.

85 MySQL Nas considerações de Milani (2007, p.22) o MySQL é um servidor e gerenciador de banco de dados relacional, de licença dupla, sendo uma delas livre, projetado inicialmente para trabalhar com aplicações de pequeno e médio portes, mas hoje atendendo a aplicações de grande porte e com mais vantagens do que seus concorrentes. O MySQL possui todas as características que um banco de dados de grande porte precisa, sendo reconhecido por algumas entidades como o banco de dados open source com maior capacidade para concorrer com programas similares de código fechado. De acordo com Milani (2007, p.23) o MySQL teve origem quando os desenvolvedores David Axmark, Allan Larsson e Michael Monty Widenius, na década de 90, precisaram de uma interface SQL compatível com as rotinas ISAM que utilizavam em suas aplicações e tabelas. Em um primeiro momento, tentaram utilizar a API msql, contudo a API não era tão rápida quanto eles precisavam, pois utilizavam rotinas de baixo nível. Utilizando a API do msql, escreveram em C e C++ uma nova API que deu origem ao MySQL. O MySQL tornou-se mais conhecido por suas características de rápido acesso e cada vez mais utilizado. Novas versões foram lançadas, contemplando novas necessidades e firmando, assim, sua posição no mercado, contando com novos recursos, estabelecendo sua capacidade para competir com os bancos de dados privados de maior popularidade como o Oracle (MILANI, 2007, p.23). Escolhemos este banco de dados por atender nossos requisitos e pelo fato de ser o banco de dados que utilizamos no decorrer do curso Apache Tomcat Segundo Marcelo (2005, p.62) o Tomcat é um dos subprojetos do Jakarta, da Apache Fundation. Ele nada mais é que um servidor de aplicações para Web escrito em Java. A principal característica do Apache Tomcat é estar bem focado nas aplicações de Servlets e Java Server Faces. A Fundação Apache, mais conhecida pelo seu servidor web de mesmo nome, permite, como no caso do servidor Apache, que o Tomcat seja usado

86 85 livremente, seja para fins comerciais ou não. O Tomcat está escrito em Java e, por isso, necessita que a versão Java 2 Standard Edition esteja instalada no mesmo computador onde ele será executado (DEVMEDIA, 2012). O Apache Tomcat necessita compilar e não apenas executar os programas escritos em Java. O projeto Jakarta da Fundação Apache, do qual o subprojeto Tomcat é o representante mais ilustre, tem como objetivo o desenvolvimento de soluções código aberto baseadas na plataforma Java. Segundo a Devmedia (2012), o desenvolvimento de uma típica aplicação web a ser executada pelo Tomcat implica no domínio das seguintes linguagens: Java: Todos os algoritmos da aplicação devem ser escritos na linguagem Java. HTML: A interface da aplicação, isto é, aquilo que o usuário vê em sua tela, é construída na forma de páginas escritas em HTML e visualizadas através do browser do usuário. Esta tarefa normalmente é delegada ao web designer. XML: Qualquer aspecto relacionado à configuração da aplicação deve ser expresso por meio da linguagem XML em um arquivo chamado web.xml. Os dados de configuração podem ser usados tanto pelo Tomcat como pela aplicação Hibernate De acordo com Linwood e Minter (2010, p.18) hibernate nada mais é que um framework utilizado para a persistência dos dados, mapeamento objetorelacional entre as classes Java e as tabelas do banco de dados. Ou seja, o hibernate permite que sejam criadas classes persistentes que incluem associação, herança, polimorfismo, composição e coleções. O hibernate utiliza a HQL (Hibernate Query Language), que é um dialeto SQL para o mesmo, onde nesta não referenciamos as tabelas e sim os objetos do modelo que foram mapeados para as tabelas do Banco de Dados. Linwood e Minter relatam que a utilização do Hibernate dispõe de algumas vantagens como:

87 86 Aceleração do desenvolvimento; Facilita o desenvolvedor no acesso ao Banco de Dados; Melhor tratamento de Exceções Eagle De acordo com Araújo (2005, p.2) o Eagle é um software para desenho e modelagem de Placas de Circuito Impresso (PCI), e mantido pela empresa CadSoft. É uma poderosa ferramenta para desenvolver circuitos impressos, fazer esquemas eletrônicos e layout de placas. Seu formato é amplamente aceito pelas indústrias e possui versões tanto para Windows, Mac e Linux. De acordo com a CadSoft, empresa que mantém o Eagle, o software inclui os seguintes Módulos: Editor Esquemático; Editor de Layout; Autorouter. Utilizando de forma adequada cada um destes módulos, bem como as bibliotecas de componentes existentes no programa, constrói-se o esquema elétrico que será usado como base no projeto da nossa PCI. Assim, é muito importante a seleção correta do componente, pois além da sua aplicação básica também servirão de referência as suas características gerais, tais como o tamanho, o encapsulamento, a potência, etc Padrão de Projeto MVC De acordo com Gamma e Helm (2006, p.20) Padrões de Projeto são descrições de objetos e classes comunicantes que precisam ser personalizadas para resolver um problema geral de projeto num contexto particular. Um padrão de projeto nomeia, abstrai e identifica os aspectos-chave de uma estrutura de projeto comum para torná-la útil para a criação de um projeto orientado a objetos reutilizável. O padrão de projeto MVC é uma tríade de 3 classes: Modelo, Visão e Controle. O modelo é o objeto de aplicação, a Visão é a apresentação na tela e o

88 87 Controlador é o que define a maneira como a interface do usuário reage às entradas do mesmo. A abordagem MVC separa Visão e Modelos pelo estabelecimento de um protocolo do tipo inserção/notificação entre eles. Esta abordagem permite ligar múltiplas visões a um modelo para fornecer diferentes apresentações. Da mesma forma, também pode-se criar novas visões para um modelo sem ter de reescrevê-lo (GAMMA; HELM, 2006, p.21) Enterprise Architect e Linguagem UML De acordo com a Sparx Systems (2012) empresa que mantém o EA, Enterprise Architect é uma ferramenta de modelagem baseada em equipes que contemplam o pleno desenvolvimento do ciclo de vida do produto, com alta performance visual, ferramentas para modelagem de negócios, engenharia de sistemas, arquitetura corporativa, gerenciamento de requisitos, projeto de software, geração de código, rastreabilidade de requisitos para implementação etc. Portanto, o EA é uma ferramenta ciclo de vida completa para integrar sua equipe e trazer a sua visão compartilhada para a vida. Usa a abordagem da orientação a objetos em sua concepção e é projetado e documentado utilizando a notação UML para ilustrar os processos em ação. UML é uma linguagem de modelagem não proprietária de terceira geração. A UML permite que desenvolvedores visualizem os produtos de seus trabalhos em diagramas padronizados. Junto com uma notação gráfica, a UML também especifica significados, isto é, semântica. É uma notação independente de processos (MAKESYS, 2010). De acordo com Maquesys (2010) os objetivos da UML são: Especificação; Documentação; Estruturação: para sub-visualização e maior visualização lógica do desenvolvimento completo de um sistema de informação. A UML é um modo de padronizar as formas de modelagem. Vamos utilizar esta ferramenta para a modelagem dos diagramas de casos de uso, diagramas de sequência, de classes e demais modelagens UML

89 88 necessárias para nosso projeto, pois foi a ferramenta de modelagem que utilizamos no decorrer do curso e a mesma atende muito bem as nossas necessidades JSF De acordo com Paganini (2011) Java Server Faces ou simplesmente JSF, é um framework que permite a elaboração de interfaces de usuário web colocando componentes em um formulário e ligando-os a objetos Java, permitindo a separação entre lógica e regras de negócio, navegação, conexões com serviços externos e gerenciamento de configurações. Seu ponto forte é um grande número de componentes e um design muito flexível o que permitiu que este framework crescesse muito acomodando novas tecnologias (Godoy, 2011). Portanto, o JSF é o framework predileto para o desenvolvimento de aplicações web possuindo um excelente conjunto de funcionalidades para o cenário de desenvolvimento em que é inserido, possibilitando ao programador preocupar-se somente com a lógica de negócio deixando as tarefas básicas e trabalhosas por conta deste. Segundo Godoy (2011) os motivos que levam o JSF ao sucesso são: Ser um framework cuja a API foi pensada no trabalho dos desenvolvedores de IDEs; Implementar o modelo MVC o que facilita o trabalho com outros frameworks encontrados no mercado; Possuir comunidades ativas em fóruns; Exigir pouco conhecimento inicial para criação de interfaces de usuários tradicionais; Possuir ótimas bibliotecas de componentes livres e pagas desenvolvidas por terceiros; Possuir Ajax nativo em sua versão HTML Segundo Gomes (2010, p.10) HTML é a acrossemia de HyperText

90 89 Markup Language, é uma linguagem de marcação utilizada para desenvolver páginas web, oriunda da necessidade da troca e coleta de informações tornarem-se mais práticas. O hipertexto é a forma não linear de leitura. HTML não é linguagem de programação, pois não tem os recursos de estruturas condicionais ou de controle. Você pode dizer apenas qual vai ser o posicionamento do texto e das imagens, além é claro, de poder criar os links (GOMES, 2010, p.10). Portanto, entendemos que as características básicas como estrutura e informações se dão através de um documento-texto, apresentando algumas ligações, cabeçalhos, comandos e para complementar o texto, com a inclusão de imagens, vídeos e outros fatores. HTML é o esqueleto de uma página da internet, interpretada através dos navegadores que traduzem todos os seus códigos para que todas essas informações finalmente cheguem até os usuários de forma organizada e atrativa Java De acordo com a SUN (2012) Java é uma linguagem de programação e uma plataforma de computação lançada pela primeira vez pela Sun Microsystems em É a tecnologia que capacita muitos programas da mais alta qualidade, como utilitários, jogos e aplicativos corporativos, entre muitos outros, por exemplo. O Java é executado em mais de 850 milhões de computadores pessoais e em bilhões de dispositivos em todo o mundo, inclusive telefones celulares e dispositivos de televisão. Escolhemos esta tecnologia, pois há muitos aplicativos e sites que funcionam somente com o Java instalado, e muitos outros aplicativos e sites são desenvolvidos e disponibilizados com o suporte dessa tecnologia todos os dias, também por ser a linguagem de programação que mantivemos experiência no curso. O Java é rápido, seguro e confiável. A tecnologia Java está em todo lugar. Ela pode ser encontrada em laptops, datacenters, consoles de jogo, supercomputadores científicos, telefones celulares e até na Internet (SUN, 2012) C++

91 90 HICKSON (2005) define as linguagens C, C++ e C#: As características da Linguagem C servem para mostrar o porquê de sua ampla utilização no final das décadas de 1980 e C e C++ são duas das mais consagradas linguagens de programação existentes hoje no mercado. A segunda é, na realidade, uma extensão da primeira, adaptada de maneira a conter o suporte ao paradigma de orientação a objetos. Já o C# é uma tentativa da Microsoft de aliar as melhores características do C++ com as simplificações trazidas pela linguagem Java (elaborada pela Sun - concorrente da Microsoft no mercado de software), instaurando assim uma competição mais direta com essa última linguagem, principalmente no mercado de aplicações Internet. De acordo com Johann e Santos (2004) a linguagem C++ foi desenvolvida inicialmente por Bjarne Stroustrup na AT&T, de 1979 a 1983, a partir da linguagem C, tendo como ideia principal a de agregar o conceito de classes, de orientação à objetos para aquela linguagem, razão porque inicialmente chamava-se de C, ou seja, com Classes. A linguagem C++ pode ter um estilo um tanto criptográfico comparada às outras linguagens, mas isso é logo superado, é o que se chama de linguagem compilada. Isso significa que, uma vez escrito o programa em C, ele deve ser passado por um compilador para transformar seu programa em executável para o computador rodar. Um programa em C possui um formato legível ao homem, enquanto o executável gerado no compilador possui a forma legível para a máquina e é executada por ela (BRAIN, 2012). Isto significa que para escrever e executar um programa em C, precisamos ter acesso a um compilador de Linguagem em C, um exemplo deste seria o Visual C++ da Microsoft CSS De acordo com Gomes (2010, p.11) CSS é a sigla para Cascading Style Sheets, e nada mais é, que um documento onde são definidas regras de formatação ou de estilos, a serem aplicadas aos elementos da marcação de um documento HTML. O CSS não é uma linguagem de programação nem uma linguagem de marcação. É uma sequência de declarações de propriedades e seus valores para a manipulação da forma como o conteúdo de uma página web será exibido (GOMES, 2010, p.11).

92 91 Desta forma, concluímos que o CSS determina cores, formas, tipos e tamanhos, posicionamento e, enfim, todo o visual da página é feito pelo CSS. Portanto, utilizamos a linguagem HTML para a estruturação de nosso projeto, e o CSS para a apresentação e customização. Para Silva (2011) as principais vantagens de utilizar o CSS são as seguintes: Controle total sobre a apresentação do site a partir de um arquivo central; Agilização da manutenção e redesign do site; Saída para diferentes tipos de mídia a partir de uma versão única de HTML; Redução do tempo de carga dos documentos Web; Adequação simplificada aos critérios de acessibilidade e usabilidade; Elaboração de documentos consistentes com as aplicações de usuários futuras;

93 92 7 MODELO CONCEITUAL 7.1 APRESENTAÇÃO O modelo conceitual consiste em uma aplicação web construída a partir das tecnologias Java e JSF, e construção de Banco de Dados de forma automatizada com o Hibernate, este mantém o acesso às requisições e informações armazenadas no banco de dados MySQL. Essas informações serão oriundas do protótipo que em conjunto com a plataforma arduino, sensores relés e demais componentes conectados nas portas digitais do mesmo, farão as alterações e medições necessárias provenientes da aplicação web nos equipamentos e lâmpadas conectados na rede elétrica da residência. A gestão do sistema é feita através da aplicação web, onde o usuário irá fazer as alterações desejadas como desligar um equipamento, solicitando esta a uma aplicação intermediaria ligada através de uma conexão serial ao arduino, que irá acionar os transistores que ativam os relés do protótipo. Cada conjunto de transistor + relé é conectado em um pino correspondente do arduino, como por exemplo 34, 36, 38 etc. Quando os pinos forem posicionados em HIGH, o transistor ligado ao pino energiza o relê que corresponde em acionar a carga, quando for posicionado em LOW, irá desligar o equipamento, também podem ser utilizados os valores 0 ou 1. Desta forma, a aplicação irá aguardar a resposta da solicitação feita, irá receber os dados lidos, para tratá-los e persisti-los no banco de dados, realizando a alteração satisfatoriamente. O sistema funciona da seguinte maneira: O usuário a partir de qualquer dispositivo conectado à internet acessa o sistema efetuando autenticação, seja este um usuário comum, que executa as funcionalidades do sistema ou administrador, o qual mantêm o sistema; Quando o usuário solicita uma funcionalidade do sistema como ligar uma lâmpada, este faz uma requisição através do browser enviando como parâmetro o dispositivo a ser acionado;

94 93 Esta requisição é tratada pelo servidor web que faz uma requisição para a aplicação intermediária responsável por monitorar e se comunicar com o Arduino. O arduino recebe a requisição da aplicação intermediária via conexão serial, verifica, e se for válida o mesmo aciona a porta solicitada, ligando ou desligando o relé no protótipo onde está conectado o equipamento, e então devolve uma mensagem via serial com o status da porta acionada; A aplicação intermediária processa a mensagem de retorno, atualiza o status do equipamento na base de dados e comunica o servidor web que responde a requisição ao usuário.. A Figura 22 mostra o fluxo do sistema. Figura 22 Fluxo do Sistema Fonte: Elaboração dos Autores, ARQUITETURA DO SISTEMA Segundo Scriptore e Fressati (2012, p.4) as aplicações web tem sido

95 94 construídas no paradigma solicitação/resposta de HTTP, em que o usuário acessa uma página web e em seguida nada acontece, ao menos que ele clique para atualizar a página. Pensando assim em um sistema Web de Automação, se tornaria desagradável e geraria alguma confusão, pois imaginando dois usuários utilizando o sistema simultaneamente, ambos por exemplo ativassem um dispositivo do sistema, o mesmo seria ativado e desativado. Para solucionar esta deficiência, podemos citar uma solução desenvolvida na década de 80: uma parceria entre a ARPA e a Universidade da Califórnia desenvolveram um projeto com a finalidade de oferecer uma implementação Unix do pacote de protocolo TCP/IP, conhecido hoje como Interface Socket (SCRIPTORE, FRESSATI, 2012). No decorrer da história esta tecnologia foi desenvolvida e surgiram novos métodos como o Ajax e WebSocket. A arquitetura de nosso projeto é baseada no sistema cliente-servidor, onde o servidor fica responsável pela manutenção da informação e o cliente pela obtenção das informações, ou seja, uma máquina atua como servidor para disponibilizar a informação para outras máquinas. Como estamos desenvolvendo uma aplicação Web para Automação Residencial, vamos programar os dois lados: o cliente, onde fica o sistema com interface amigável, e o servidor que contém os controladores lógicos programáveis com a linguagem java e arduino. Uma conexão socket será utilizada entre os códigos Java do servidor web que recebe as requisições dos clientes, e da aplicação intermediária que se comunica com o Arduino através da porta serial. A atualização do status dos equipamentos na tela dos clientes será de forma automática, utilizando a tecnologia Ajax. 7.3 REQUISITOS FUNCIONAIS Ativar ou Desativar dispositivos Permite ao usuário ativar/desativar dispositivos que atuam na residência tais como: luzes, portão elétricos entre outros. Prioridade: Essencial.

96 Manter controladores Permite a inclusão, alteração, consulta e exclusão de controladores. Para cada controlador, devem ser cadastradas as seguintes informações: nome, endereço físico, número de portas e o tipo (placa de relés ou placa de sensores). Prioridade: Essencial Manter comandos equipamentos. Permite a inclusão, alteração, consulta e exclusão de comandos dos Prioridade: Essencial Associar comandos e ações Permitir a inclusão consulta e exclusão de associações entre comandos emitidos pelo software e ações do dispositivo. Deve conter as seguintes informações: o equipamento que receberá o comando, o comando que será executado e o valor lógico do comando Verdadeiro, que aciona uma carga elétrica, ligando um dispositivo, ou Falso, que interrompe uma carga elétrica, desligando o dispositivo. Prioridade: Essencial Manter equipamentos Permite a inclusão, alteração, consulta e exclusão de equipamentos. Prioridade: Essencial. 7.4 REQUISITOS NÃO FUNCIONAIS Ambiente Usuários ao sistema. Deve ser desenvolvido em ambiente web de modo a facilitar o acesso dos

97 96 Prioridade: Essencial Compatibilidade Deve ser compatível com os browsers mais utilizados do mercado. Prioridade: Essencial Idiomas Deve ter todas as informações em Português do Brasil, inglês e Espanhol. Prioridade: Importante Linguagem de programação adotada Linguagem de programação que vamos utilizar. Prioridade: Essencial Acessibilidade Ser acessado através de computadores, de celulares, tablets ou qualquer dispositivo com capacidade de carga de páginas Web simples. Prioridade: Essencial Interface Amigável Levando em conta a grande heterogeneidade de usuários do sistema, a interface gráfica deverá considerar aspectos de Usabilidade. A interface gráfica do sistema residencial será interface web. Dessa forma, serão utilizados aspectos que beneficiem a navegabilidade do usuário, como disposição intuitiva e hierárquica dos menus. Prioridade: Importante

98 Privacidade Usuários não poderão acessar informações ou enviar mensagens de controle para a residência de outros usuários sem que estejam autenticados no sistema. Outras regras também serão impostas de acordo com a hierarquia dos usuários dentro do sistema. Prioridade: Essencial. 7.5 CASOS DE USO De acordo com BRITO (2001, p.1) O Caso de Uso é uma técnica para a especificação de requisitos, com o objetivo de auxiliar a análise e gestão dos requisitos. Desta forma, podemos indicar como benefícios da aplicação de Casos de Uso, o fato de apoiar o processo de obtenção dos requisitos do sistema, de permitir o aumento do grau de rastreabilidade para a seguinte fase do processo de desenvolvimento do software, bem como fornece formas de validação dos requisitos. Um diagrama de Caso de Uso descreve um cenário que mostra as funcionalidades do sistema, onde o mesmo é representado por Atores, Casos de Uso e Relacionamentos entre estes. Os relacionamentos podem ser definidos como: Associações entre atores e casos de uso; Generalizações entre os atores; Generalizações, extends e includes entre os casos de uso. Através das informações obtidas, e dos requisitos necessários para o desenvolvimento deste projeto, montamos o respectivo diagrama de casos de uso.

99 98 Figura 23 Diagrama De Casos De Uso. uc Use Case Mo... House System Manter Administrador Manter Controlador Gerar Gráfico Administrador Controlar Residência Usuário Manter Rotina Manter Usuário Fonte: Elaboração dos Autores, A seguir vamos fazer o detalhamento de cada caso de uso, especificando suas funcionalidades Manter Administrador Este caso de uso descreve as operações de cadastrar, alterar, consultar e excluir Administradores. A tabela 01 apresenta a descrição detalhada do caso de uso. Quadro 1 Caso de uso: Manter Administrador Nome Manter Administrador Identificador UC001 Objetivo Manter o vínculo do Administrador com o sistema, possibilitando a ele as funções do sistema. Ator Administrador Precondições O administrador deve estar regularmente cadastrado e ter

100 99 Fluxo principal efetuado login. 1) O administrador seleciona a opção "Manter Administrador"; 2) O sistema consulta os Administradores existentes; 3) O sistema apresenta lista dos Administradores existentes, juntamente com opções para cadastrar, consultar, editar e excluir cada Administrador; Fluxo alternativo 1 Consultar Administrador 1.1 Após o passo 3 do fluxo básico, o administrador seleciona a opção Consultar junto a determinado Administrador; 1.2 O sistema consulta os dados do Administrador; 1.3 O sistema apresenta os dados do Administrador; 2 Alterar Administrador 2.1 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção Alterar junto a determinado Administrador; 2.2 O sistema consulta os dados do Administrador; 2.3 O sistema apresenta os dados do Administrador; 2.4 O administrador atualiza os dados desejados do Administrador 2.5 O sistema verifica que os dados estão corretos; 2.6 O sistema atualiza os dados do Administrador; 2.7 Retorna ao passo três do fluxo básico. 3 Excluir Administrador 3.1 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção Excluir junto a determinado Administrador; 3.2 O sistema recupera os dados do Administrador; 3.3 O sistema apresenta os dados do Administrador; O sistema pede que o administrador confirme a exclusão do Administrador; 3.4 O administrador confirma a exclusão;

101 O sistema exclui o Administrador; 3.6 Retorna ao passo 3 (três) do fluxo básico. 4 Cadastrar Administrador 4.1 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção cadastrar Administrador ; 4.2 O sistema solicita os dados do Administrador; 4.3 O sistema apresenta os dados do Administrador; O sistema pede que o administrador confirme adicionar o Administrador; 4.4 O administrador confirma que quer cadastrar; 4.5 O sistema cadastra o Administrador; 4.6 Retorna ao passo 3 do fluxo básico. Pós-condição Os Administradores existentes foram listados; Os dados do Administrador selecionado foram exibidos; Os dados do Administrador selecionado foram atualizados; O Administrador selecionado foi excluído; O Administrador foi cadastrado. Fonte: Elaboração dos autores (2012) Manter Usuário Este caso de uso descreve as operações de cadastrar, alterar, consultar e excluir Usuários. A tabela 02 apresenta a descrição detalhada do caso de uso. Quadro 2 Caso de uso: Manter Usuário Nome Manter Usuário Identificador UC002 Objetivo Manter o vínculo do Usuário com o sistema. Ator Administrador Precondições O administrador deve estar cadastrado e ter efetuado login. 1) O administrador seleciona a opção "Manter usuário"; 2) O sistema consulta os usuário existentes;

102 101 Fluxo principal 3) O sistema apresenta lista dos usuários existentes, juntamente com opções para cadastrar, consultar, editar e excluir cada usuário. 1 Consultar usuário Fluxo alternativo 1.1 Após o passo 3 do fluxo básico, o administrador seleciona a opção Consultar junto a determinado usuário; 1.2 O sistema consulta os dados do usuário; 1.3 O sistema apresenta os dados do usuário. 2 Alterar usuário 2.1 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção Alterar junto a determinado usuário; 2.2 O sistema consulta os dados do usuário; 2.3 O sistema apresenta os dados do usuário; 2.4 O administrador atualiza os dados desejados do usuário; 2.5 O sistema verifica que os dados estão corretos; 2.6 O sistema atualiza os dados do usuário; 2.7 Retorna ao passo 3 do fluxo básico; 3 Excluir usuário 3.1 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção Excluir junto a determinado usuário; 3.2 O sistema recupera os dados do usuário; 3.3 O sistema apresenta os dados do usuário; O sistema pede que o administrador confirme a exclusão do usuário; 3.4 O administrador confirma a exclusão; 3.5 O sistema exclui o usuário; 3.6 Retorna ao passo 3 do fluxo básico 4 Cadastrar usuário

103 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção cadastrar usuário ; 4.2 O sistema solicita os dados do usuário; 4.3 O sistema apresenta os dados do usuário; O sistema pede que o administrador confirme adicionar o usuário; 4.4 O administrador confirma que quer cadastrar; 4.5 O sistema cadastra o usuário; 4.6 Retorna ao passo 3 do fluxo básico Pós-condição Os usuários existentes foram listados; Os dados do usuário selecionado foram exibidos; Os dados do usuário selecionado foram atualizados; O usuário selecionado foi excluído; O usuário foi cadastrado. Fonte: Elaboração dos autores (2012) Gerar Gráficos O usuário poderá consultar através de gráficos o histórico de consumos de energia, assim poderá comparar os gastos e consumos da mesma. A tabela 03 apresenta a descrição detalhada do caso de uso. Quadro 3 Caso de uso: Gerar Gráficos Nome Gerar Gráficos Identificador UC003 Objetivo Possibilitar ao usuário consultar seus gastos através de gráficos possibilitando maior controle de seus gastos. Ator Usuário Precondições Só poderá gerar gráficos se o sistema tiver dados referentes a consumo e gastos de energia. 1) O Usuário seleciona a opção "Gerar Gráficos"; Fluxo 2) O sistema consulta os dados de consumo de energia e

104 103 principal gastos existentes; 3) O sistema apresenta os gráficos existentes, juntamente com as informações de gastos e consumo de energia. 1.1 O usuário poderá escolher se quer gerar gráfico do mês atual ou comparar entres determinados meses. Fluxo O Usuário poderá determinar os meses de consulta para alternativo gerar os gráficos. 3.1 O usuário poderá comparar gastos e consumo entre diferentes períodos. Fonte: Elaboração dos autores (2012) Controlar Residência Este caso de uso é responsável de controlar toda parte elétrica da residência. Recebendo eventos vindos de comando solicitados pelo usuário. A tabela 04 apresenta a descrição detalhada do caso de uso. Quadro 4 Caso de uso: Controlar Residência Nome Controlar Residência Identificador UC004 Objetivo Controlar sua residência de qualquer lugar onde há acesso à internet, com seu respectivo aparelho que tenha a função de acessar a internet para esse controle. Ator Usuário Precondições O Usuário deve ter acesso à internet em qualquer dispositivo. O Usuário deve estar logado no sistema. 1) O usuário seleciona a opção de controlar residência; Fluxo principal 2) O sistema consulta os equipamentos disponíveis para o controle do mesmo; 3) O sistema Apresenta para o usuário as opções de controle da residência;

105 104 4) O usuário seleciona o equipamento disponível para controlar; 5) O sistema verifica o comando especificado pelo usuário; 6) O sistema executa o comando especificado; 7) O sistema notifica as alterações efetuadas pelo usuário; Fluxo alternativo 2.1 O sistema informa ao usuário que não há equipamentos disponíveis para o controle da residência. 5.1 O sistema informa que o comando especificado pelo usuário não existe ou não está disponível. Fonte: Elaboração dos autores (2012) Manter Rotinas Este caso de uso descreve as operações de cadastrar, alterar, consultar e excluir Rotinas. A tabela 05 apresenta a descrição detalhada do caso de uso. Quadro 5 Caso de uso: Manter Rotinas Nome Manter Rotinas Identificador UC005 Objetivo Manter o vínculo das rotinas com o sistema. Ator Usuário Precondições O usuário deve estar regularmente cadastrado e ter efetuado login. 1) O usuário seleciona a opção "Manter rotina"; 2) O sistema consulta as rotinas existentes; Fluxo 3) O sistema apresenta lista das rotinas existentes, juntamente principal com opções para cadastrar, consultar, editar e excluir cada rotina; Fluxo 1 Consultar rotina alternativo 1.1 Após o passo 3 do fluxo básico, o usuário seleciona a opção Consultar junto à determinada rotina; 1.2 O sistema consulta os dados da rotina;

106 O sistema apresenta os dados da rotina; 2 Alterar rotina 2.1 Após o passo 3 do fluxo principal, o usuário seleciona a opção Alterar junto à determinada rotina; 2.2 O sistema consulta os dados da rotina; 2.3 O sistema apresenta os dados da rotina; 2.4 O usuário atualiza os dados desejados da rotina; 2.5 O sistema verifica que os dados estão corretos; 2.6 O sistema atualiza os dados da rotina; 2.7 Retorna ao passo 3 do fluxo básico. 2 Excluir rotina 3.1 Após o passo 3, o usuário seleciona a opção Excluir junto à determinada rotina; 3.2 O sistema recupera os dados da rotina; 3.3 O sistema apresenta os dados da rotina; O sistema pede que o usuário confirme a exclusão da rotina; 3.4 O usuário confirma a exclusão; 3.5 O sistema exclui o rotina; 3.6 Retorna ao passo 3 do fluxo básico. 4 Cadastrar rotina 4.1 Após o passo 3, o usuário seleciona a opção cadastrar rotina ; 4.2 O sistema solicita os dados da rotina; 4.3 O sistema apresenta os dados da rotina; O sistema pede que o usuário confirme adicionar a rotina; 4.4 O usuário confirma que quer cadastrar; 4.5 O sistema cadastra a rotina; 4.6 Retorna ao passo 3 do fluxo básico

107 106 Pós- As rotinas existentes foram listadas; Condição Os dados da rotina selecionada foram exibidos; Os dados da rotina selecionada foram atualizados; A rotina selecionada foi excluída; A rotina foi cadastrada; Fonte: Elaboração dos autores (2012) Manter Controladores Este Caso de uso é responsável pela manutenção dos controladores, placas de relés e de sensores, que controlam os equipamentos. A tabela 06 apresenta a descrição detalhada do caso de uso. Quadro 6 Caso de uso: Manter Controladores Nome Manter Controladores Identificador UC006 Objetivo Manter o vínculo dos controladores com o sistema. Ator Administrador Precondições O administrador deve estar regularmente cadastrado e ter efetuado login. Fluxo principal Fluxo alternativo 1) O administrador seleciona a opção "Manter controlador"; 2) O sistema consulta os controladores existentes; 3) O sistema apresenta lista dos controlador existentes, juntamente com opções para cadastrar, consultar, editar e excluir cada controlador; 1 Consultar controlador; 1.1 Após o passo 3 do fluxo básico, o administrador seleciona a opção Consultar junto a determinado controlador; 1.2 O sistema consulta os dados do controlador; 1.3 O sistema apresenta os dados do controlador; 2 Alterar controlador

108 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção Alterar junto a determinado controlador; 2.2 O sistema consulta os dados do controlador; 2.3 O sistema apresenta os dados do controlador; 2.4 O administrador atualiza os dados desejados do controlador; 2.5 O sistema verifica que os dados estão corretos; 2.6 O sistema atualiza os dados do controlador; 3 Excluir controlador 3.1 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção Excluir junto a determinado controlador; 3.2 O sistema recupera os dados do controlador; 3.3 O sistema apresenta os dados do controlador; O sistema pede que o administrador confirme a exclusão do controlador; 3.4 O administrador confirma a exclusão; 3.5 O sistema exclui o controlador; 3.6 Retorna ao passo 3 do fluxo básico 4 Cadastrar controlador 4.1 Após o passo 3, o administrador seleciona a opção cadastrar controlador ; 4.2 O sistema solicita os dados do controlador; 4.3 O sistema apresenta os dados do controlador; O sistema pede que o administrador confirme adicionar o controlador; 4.4 O administrador confirma que quer cadastrar; 4.5 O sistema cadastra o controlador; 4.6 Retorna ao passo 3 do fluxo básico. Pós-condição Os controlador existentes foram listados; Os dados do controlador selecionado foram exibidos; Os dados do controlador selecionado foram atualizados;

109 108 O controlador selecionado foi excluído O controlador foi cadastrado. Fonte: Elaboração dos autores (2012) 7.6 DIAGRAMA DE CLASSES A partir dos requisitos necessários para o desenvolvimento de nosso projeto, juntamente com os casos de uso elaborados, montamos o seguinte diagrama de classes. Figura 24 Diagrama de Classes Fonte: Elaboração dos Autores, MODELO ER DO BANCO DE DADOS De acordo com os diagramas de caso de uso e diagrama de classes de nosso projeto, construímos o seguinte modelo Entidade-Relacionamento de nosso Banco de Dados.

110 109 Figura 25 Modelo ER do Banco de Dados. Fonte: Elaboração dos Autores, DIAGRAMAS DE SEQUÊNCIA Aqui descrevemos o fluxo de cada caso de uso com a descrição dos diagramas de sequência correspondentes aos casos de uso: Manter Administrador, Manter usuário, Gerar Gráficos, Controlar Residência, Manter Rotinas e Manter Controladores.

111 Manter Adminstrador Figura 26 Diagrama de Sequência: Manter Administrador sd Manter Administrador Administrador CadastroAdministrador ControleAdministrador Administrador SolicitaTelaAdministrador AbreCadastroAdministrador() Administrador entra com os dados EntraComDadosAdministrador() ValidaDados() Dados Validos Administrador salva Dados ConfirmaDados() SalvaAdministrador() Administrador Cadastrado Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

112 Manter Usuário Figura 27 Diagrama de Sequência: Manter Usuário sd Manter Usuário Usuário CadastroUsuário ControleUsuário Usuário SolicitaTelaUsuario AbreCadastroAdministrador() Entra Com Dados EntraComDadosUsuário() ValidaDados() Salva Usuário Dados Validos ConfirmaDados() SalvaUsuário() Usuário cadastrado Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

113 Gerar Gráficos O diagrama seguinte representa o fluxo de execuções entre o usuário e o Caso de Uso Gerar Gráficos. Figura 28 Diagrama de Sequência: Gerar Gráficos sd Gerar Gráfico Usuário ControleEquipamento CadastroGerarGrafico ControleGerarGrafico GerarGrafico Solicita Tela Gráfico AbreTelaGrafico() Apresenta Graficos existentes Seliciona o tipo Gráfico SelecionarTipoGrafico() Seleciona Equipamento SelecionarEquipamento() GerarGrafico() Grafico Gerado Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

114 Controlar Residencia Figura 29 Diagrama de Sequência: Controlar Residência sd Controlar Residência Usuário CadastroResidência ControleResidência Residência ControleEquipamento Equipamento Solicita Tela Controle Residência AbreTelaControle() SolicitaResidencias() Seleciona Residência SelecionaResidência() Apresenta Opções de controle Solicita Equipamento SolicitarEquipamento() buscaequipamentos() Apresenta Equipamentos Seleciona Equipamento Seleciona Equipamento() ExecutaControleResidência() Comando Executado Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

115 Manter Rotinas Figura 30 Diagrama de Sequência: Manter Rotinas sd Manter Roti... Usuário CadastroRotina ControleRotina Rotina Solicita Tela Rotina AbreCadastroRotina() Entra Com Dados EntraComDadosRotina() ValidaDados() Dados Validos Salva Dados Rotina ConfirmaDados() SalvaRotina() Rotina Salva Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

116 Manter Controladores Figura 31 Diagrama de Sequência: Manter Controladores sd Manter Controlad... Administrador CadastroControlador ControleControlador Controlador Solicita Tela Controlador AbreCadastroControlador() Entra com os dados EntraDadosControlador() ValidaDados() Dados Válidos Salva Dados Controlador ConfirmaDados() SalvaControlador() Controlador Salvo Fonte: Elaboração dos Autores, MATRIZ DE RASTREABILIDADE Segundo Hirama (2012, p.59) a matriz de rastreabilidade é um importante mecanismo para realizar o gerenciamento de mudanças de um sistema, pois permite registrar o relacionamento entre dois ou mais produtos de desenvolvimento, sendo estes combinados para complementar as análises de impactos das mudanças de requisitos necessários ou solicitados. Desta forma, a matriz de rastreabilidade é essencial em nosso projeto

117 116 pois assim temos um melhor gerenciamento de cada processo, procedimento e padrões que são usados, a fim de manter todos os requisitos do sistema. Elaboramos a seguinte matriz de rastreabilidade de nosso sistema relacionando cada caso de uso com seu respectivo requisito. Figura 32 Matriz de Rastreabilidade Fonte: Elaboração dos Autores, PROTÓTIPO De acordo com as necessidades do projeto, elaboramos o seguinte esquema de circuitos representado na figura 33, desenvolvido com a ferramenta Eagle. Podemos observar o posicionamento de cada componente bem como suas especificações como tipo e potência.

118 117 Figura 33 Modelo de Circuito Elétrico do Protótipo Fonte: Elaboração dos Autores, Após a elaboração do esquema, o mesmo é editado no editor de Layout do Eagle, de forma a organizar a construção das trilhas, aumentar e diminuir seus espaços e larguras, adequar da melhor forma os componentes do esquema elétrico para a impressão do mesmo na placa. A figura 34 representa a forma final do esquema de circuito elétrico.

119 118 Figura 34 Modelo Final de Circuito Elétrico do Protótipo Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

120 119 Através deste esquema, geramos a imagem do protótipo em 3d, já nos dando a noção de como este circuito ficará após a implementação e também a fixação dos componentes necessários. Nas figuras 35 e 36 temos a representação do protótipo em 3d. Figura 35 Simulação em 3D da Implementação do Circuito Elétrico no Protótipo Fonte: Elaboração dos Autores, Figura 36 Simulação em 3D do Protótipo Concluído Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

121 Estrutura e Componentes O protótipo é composto por vários componentes eletrônicos, os quais vamos explicar o porquê de sua utilização a seguir. A necessidade de utilizar transistores para ativar os relés é que, as portas de saídas do microcontrolador ATmega do Arduino tem capacidade máxima de 40mA por porta, o que é suficiente apenas para alimentar alguns leds comuns, portanto, para acionar dispositivos que consomem corrente acima de 40mA em 5Volts, é necessário colocar o transistor entre eles. No projeto foram utilizados transistores NPN BC548, o NPN recebe uma pequena corrente positiva no terminal base, onde está conectado a porta digital do Arduino, e deixa fluir corrente negativa entre os terminais coletor e emissor, que alimentam o negativo da bobina do relé. A tensão negativa da fonte externa (12 volts) utilizada para acionar os relés, é ligada em paralelo com a tensão negativa do circuito do Arduino, aumentando a capacidade da tensão negativa no protótipo, fornecendo a corrente necessária. A bobina do relé fica conectada na tensão de 12 volts da fonte externa e no negativo do circuito, este chaveado pelo transistor ligado ao Arduino, que quando acionado fecha o circuito da bobina do relé que o aciona e permite o fluxo da carga externa que pode ser corrente alternada ou contínua, pelos terminais de carga do relé, ativando os equipamentos ligados a ele. Quando um relé é desligado, acontece o fenômeno que gera uma tensão reversa pela bobina. Então, devemos proteger este circuito responsável pelo acionamento, instalando um diodo em paralelo com a bobina, evitando assim prejudicar o transistor. Os resistores também são necessários para a redução/controle da tensão do relé e do pulsador, servindo também de proteção para estes componentes. Como o protótipo possui dez relés, terão 10 esquemas idênticos no protótipo, interligados entre si e alimentados por uma fonte externa. Quando o sinal é recebido no Arduino, ele energiza o pino referente (5v ou HIGH), o transistor ligado ao pino é saturado, fechando um circuito e acionando o relé, ligando o led para dar um retorno visual de funcionamento do circuito.

122 Implementação Para a elaboração do protótipo, utilizamos uma placa de fibra de vidro revestida de cobre, com 25cm de comprimento por 10cm de largura, medidas que atendiam à elaboração e fixação dos componentes de forma adequada. Depois da modelagem do circuito na ferramenta Eagle, o mesmo é impresso em uma folha de papel glossy, e transferido para a placa utilizando o processo térmico, em temperatura de no mínimo 180 graus, com firmeza, no período entre 5 e 10 minutos. Logo após a transferência do toner para a placa, ela é corroída com solução de percloreto de ferro, de modo que todo o cobre da superfície da placa seja corroído, deixando apenas o circuito coberto pela camada do toner. Logo após, o toner é retirado com solvente, e então o circuito impresso está desenhado na placa e pronto para uso. Depois de feitos estes processos, a próxima etapa é a perfuração da placa, para a fixação dos componentes. As figuras 37 e 38 mostram o processo de perfuração do protótipo. Figura 37 Processo de Perfuração do Protótipo 01 Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

123 122 Figura 38 Processo de Perfuração do Protótipo 02 Fonte: Elaboração dos Autores, Após o processo de perfuração da placa, começamos a fixar os componentes na mesma, iniciando a fixação com os componentes menores, como o diodo, depois com os resistores, transistores e leds, e assim, iniciar a fixação dos componentes maiores como os pulsadores e relés. Na figura 39 temos as figuras do processo de fixação dos componentes. Figura 39 Fixação dos componentes eletrônicos no protótipo Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

124 123 A medida com que colocávamos os componentes, também fizemos o processo de soldagem destes, para que pudessem ser feitos alguns testes, como por exemplo: Verificar se o componente estava funcionando corretamente. Verificar se o posicionamento do componente estava correto, bem como a sua comunicação com o restante dos componentes do esquema; Verificar possíveis falhas no circuito, para que pudessem ser corrigidas sem o trabalho de retirar todos os componentes. Na figura 40 temos a ilustração do processo de soldagem dos componentes. Figura 40 Processo de Soldagem dos Componentes Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

125 124 Após completar os processos de modelagem, fixação e soldagem dos componentes, terminamos o processo de implementação do protótipo. Após alguns testes, o protótipo então estava apto para funcionamento. A seguir, nas figuras 41 e 42 temos imagens da etapa de implementação do protótipo finalizada. Figura 41 Implementação do Protótipo Concluída. Fonte: Elaboração dos Autores, Figura 42 Protótipo com a Placa Arduino Mega 2560 fixada. Fonte: Elaboração dos Autores, 2013.

126 APLICAÇÃO WEB A seguir vamos descrever nossa aplicação web, explicar a sua estrutura adotada, a forma como a estrutura é desenvolvida e descrever seu pacote de classes. Logo após, vamos apresentar as telas do sistema, a comunicação com o protótipo e suas respectivas funcionalidades Estrutura e Desenvolvimento A aplicação Web foi desenvolvida no padrão MVC (Model View Controler) o qual foi explicado no capítulo das ferramentas utilizadas para o projeto. Na figura 44 temos a imagem da estrutura de pacotes da Aplicação Web, na ferramenta Eclipse. Figura 43 Estrutura de Pacotes Fonte: Elaboração dos Autores, A função de cada pacote é a seguinte: Core/bo: É o pacote com as classes que geram as regras de negócio do sistema; Core/dao: Pacote que contém as classes que fazem o contato com

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