UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA RONNY KNOCH GIESELER

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA RONNY KNOCH GIESELER Projeto de Trabalho de Conclusão de Curso TCC Domótica: Controle e Segurança JOINVILLE/SC 2012

2 RONNY KNOCH GIESELER Projeto de Trabalho de Conclusão de Curso TCC Domótica: Controle e Segurança Relatório Final apresentado ao Professor Fabrício Noveletto como requisito para aprovação na disciplina TCC2001 do curso de Engenharia Elétrica. Orientador: Fabrício Noveletto JOINVILLE/SC 2012

3 RESUMO GIESELER, Ronny Knoch. Domótica: Controle e Segurança TCC (Bacharelado em Engenharia Elétrica Área: Processamento de Energia Elétrica) Universidade do Estado de Santa Catarina, Joinville, Os conhecimentos e conceitos aprendidos por um engenheiro podem ser utilizados em inúmeras situações. Uma dessas situações em que esse profissional melhor se encaixa é na criação e desenvolvimento de produtos. Isso reflete o profissional criativo e com alto conhecimento técnico que o engenheiro deve ser. Com o atual crescimento da população mundial, existe uma grande preocupação quanto à eficiência dos recursos utilizados em uma casa, bem como aspectos relacionados à segurança, controle e automação. Nesse sentido, um sistema que possa controlar, por exemplo, a luminosidade e a temperatura de um ambiente de forma eficiente, buscando um melhor aproveitamento do consumo de energia elétrica, atende as necessidades atuais relacionadas à eficiência energética. Além disso, o trabalho proposto também contempla um sistema de segurança e possíveis aplicações para sensoriamento de pessoas idosas ou com deficiência, extremamente importante nos dias atuais. Como principal característica, o protótipo desenvolvido será baseado em um sistema de comunicação sem fio para os sensores e atuadores, buscando facilidade de instalação e adequação aos projetos residenciais existentes, resultando assim, em um ótimo produto para o mercado. Além disso, será utilizado um webserver a partir de uma unidade central de processamento, que também gerenciará um sistema de senhas, atualização e leitura da página web e envio e recebimento de dados wireless. Por fim, será implementado um sistema secundário de automação a partir de infravermelho em interruptores de residências. Ele receberá dados de controles remotos de televisores ou ar condicionados para alterar o estado da iluminação. Palavras-chave: Wireless, Infravermelho, Microcontrolador, Ethernet, Domótica.

4 AGRADECIMENTOS Agradeço ao meu orientador Fabrício Noveletto pela dedicação e entusiasmo, ao Adriano Pires pelo auxílio na programação em PHP e pelas diversas conversas construtivas, ao i9 por encher minha mente de ideias e finalmente aos integrantes do grupo PET pelo apoio e amizade.

5 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - PROPOSTA DE APLICAÇÃO...10 FIGURA 2 - FILTRO NÃO IDEAL...11 FIGURA 3 MODULAÇÃO ASK FIGURA 4 - MODULAÇÃO OOK...12 FIGURA 5 - MODULAÇÃO FSK FIGURA 6 MODULAÇÃO PSK FIGURA 7 MODULO RF TRANSMISSOR (TX) E RECEPTOR (RX) FIGURA 8 - DIFERENÇA DE OCUPAÇÃO DE BANDA FIGURA 9 - CODIFICAÇÃO MANCHESTER...16 FIGURA 10 SINAL PWM DEMODULADO SIRC NO RECEPTOR DE INFRAVERMELHO FIGURA 11 DIAGRAMA DE BLOCOS DE UM CHIP RECEPTOR DE IV...17 FIGURA 12 DADOS DE CONEXÃO FIGURA 13 ENC28J60 UTILIZADO COMO INTERFACE ETHERNET X SERIAL FIGURA 14 ESQUEMÁTICO DE APLICAÇÃO FIGURA 15 WEBSERVER HOSPEDADO PELO ARDUINO MEGA FIGURA 16 - MUDANÇA DA IMAGEM APÓS ACIONAMENTO PELO USUÁRIO...22 FIGURA 17 ESQUEMÁTICO DE APLICAÇÃO FIGURA 18 - WEBSERVER HOSPEDADO POR UM COMPUTADOR FIGURA 19 PÁGINA DE DOMÓTICA...25 FIGURA 20 - UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP)...26 FIGURA 21 - UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP), VISÃO EXTERIOR FIGURA 22 - ESTRUTURA DE COMUNICAÇÃO DISPOSITIVO-CENTRAL...27 FIGURA 23 - MODULO SENSOR DE PRESENÇA RF FIGURA 24 - ESQUEMÁTICO DO MÓDULO DE SENSOR DE PRESENÇA...28 FIGURA 25 - MODULO ACIONADOR RF FIGURA 26 - ESQUEMÁTICO DO ACIONADOR RF FIGURA 27 - SHIELD DESENVOLVIDA PARA O ARDUINO MEGA, UCP...30 FIGURA 28 - INTERRUPTOR IV FIGURA 29 - LÓGICA DE ACIONAMENTO FIGURA 30 - ESQUEMÁTICO DO INTERRUPTOR IV FIGURA 31 - PLUG AND PLAY PARA O QUARTO FIGURA 32 - CONCURSO UNIVERSITÁRIO INOVADOR....34

6 TABELA 1 - DADOS DO ATMEGA TABELA 2 - DADOS ARDUINO MEGA TABELA 3 - DADOS DO PIC 16F628A...20 TABELA 4 - REQUISIÇÕES PHP...24 TABELA 5 - CÓDIGOS DE INFRAVERMELHO...31 TABELA 6 - WEBSERVER HOSPEDADO PELO ARDUINO MEGA TABELA 7 - WEBSERVER HOSPEDADO POR UM COMPUTADOR TABELA 8 - EM PHP PARA ENVIAR REQUISIÇÃO DE ACIONAMENTOS TABELA 9 - ALGORITMO EM PHP PARA LER O ESTADO DE SENSORES TABELA 10 - CÓDIGO ATUADOR TABELA 11 - CÓDIGO DO SENSOR DE PRESENÇA....41

7 LISTA DE ABREVIATURAS RF ASK FSK PSK AM FM PM OOK CC IV SIRC IP DHCP MAC IEEE DNS CSMA/CD Gateway TDMA FDMA CDMA PHP Radiofrequência Amplitude Shift Keying Frequency Shift Keying Phase Shift Keying Amplitude Modulation Frequency Modulation Phase Modulation On-Off Keying Corrente Contínua Infravermelho Serial Infra-Red Control Internet Protocol Dynamic Host Configuration Protocol Media Access Control Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos Domain Name System Carrier Sense Multiple Acess/Colision Detection Dispositivo de interface entre redes Time Domain Multiple Acess Frequency Domain Multiple Acess Code Domain Multiple Acess Hypertext preprocessor

8 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Sistemas de domótica Análise de mercado SISTEMAS PARA TRANSMISSÂO DE DADOS Modulação Digital Protocolos de múltiplo acesso Sinais infravermelhos Comunicação Ethernet Microcontrolador Integração de sistemas DOMÓTICA VIA WEB Webserver Algoritmo Webserver hospedado em um computador Periféricos INTERRUPTOR INFRAVERMELHO RESULTADOS GERADOS Testes CICPG Prêmio universitário inovador Concurso de inovação ALGAR Trabalhos futuros APÊNDICE... 36

9 1. INTRODUÇÃO 1.1. Sistemas de domótica A automação é a aplicação de técnicas computadorizadas ou mecânicas com o objetivo de atenuar a necessidade de mão de obra em qualquer processo [1]. Esta área sempre teve forte presença no ramo industrial e ultimamente com o baixo custo de componentes eletrônicos, tem sido possível estender os benefícios da automação para a população civil, automatizando tarefas braçais que em uma casa convencional estariam a cargo de seus moradores. O termo domótica se refere a sistemas de automação residencial. A maioria dos sistemas de domótica, no Brasil, conta apenas com algum tipo de automação da iluminação, como o circuito clapper capaz de ligar e desligar luzes por meio de palmas, ou sistemas de alarme integrados com celulares e smartphones, mas as vantagens de um sistema totalmente integrado garante maior segurança, aliada aos ganhos em economia de tempo, praticidade e conforto possibilitando uma ampla utilização desses sistemas. Com o atual crescimento da população mundial, existe uma grande preocupação quanto à eficiência dos recursos utilizados em uma casa, bem como aspectos relacionados à segurança. Nesse sentido, um sistema que possa controlar, por exemplo, a luminosidade e a temperatura de um ambiente de forma eficiente, buscando um melhor aproveitamento do consumo de energia elétrica, atende as necessidades atuais relacionadas à eficiência energética. Além disso, uma pesquisa realizada pela Motorola Mobility que entrevistou 3 mil brasileiros mostrou que 78% tem interesse por automação residencial.[2] Outra característica dos sistemas de domótica é a praticidade com que podem ser manuseados e instalados. Para tornar o sistema viável o trabalho proposto também contempla um sistema de segurança, extremamente importante nos dias atuais. Como principal característica, o protótipo desenvolvido será baseado em um sistema de comunicação sem fio, buscando facilidade de instalação e adequação aos projetos residenciais existentes, resultando assim, em um ótimo produto para o mercado. Por fim, será utilizada uma interface de comunicação via Web, possibilitando o controle e monitoramento através da internet, uma vez que 49.7% das residências brasileiras de classes A, B e C contam com banda larga fixa e 17% das pessoas utilizam seu celular para acessar a internet [2]. Por outro lado, pequenos dispositivos de fácil integração e instalação que realizem apenas uma pequena ação de automação residencial, também podem ser atrativos para o usuário. Um dispositivo deste tipo que será descrito neste trabalho, configura qualquer controle remoto de uma residência para mudar o estado da iluminação de um cômodo. Desta forma, o usuário poderá utilizar um aparelho que já possui para fazer uma aplicação de domótica Análise de mercado Como foi verificado anteriormente, o brasileiro está se mostrando muito interessa em sistemas de automação residencial. Devido a estas perspectivas, varias empresas de domótica surgiram na última década com diferentes tipos de serviços e produtos [15]. Só a associação brasileira de automação residencial possui 16 9

10 empresas filiadas, que trabalham em diferentes frentes, podendo variar de automação com cabos ou wireless, sistemas de sensoriamento e acionamento sem a interferência do usuário, como fechamento automático de persianas no caso de chuva, integração e automação por meio de aparelhos da Apple ou Android ou aplicações com infravermelho para integração com aparelhos como televisores e condicionadores de ar. Mesmo com tantas empresas já trabalhando nesse ramo, não há ainda grandes empresas capazes de suprir demandas fora de seu estado, ou até mesmo do seu município. Desta forma o desenvolvimento de uma interface barata, prática, de fácil instalação, aliado a uma boa campanha de marketing torna a aplicação de domótica viável mercadologicamente. Além de fazer o controle de dispositivos via web e os módulos dos dispositivos serem wireless, o sistema proposto também se diferencia dos demais pela utilização de um conceito de plug and play, onde a interface detecta automaticamente qualquer sensor e atuador que enviar um determinado protocolo. Quando o servidor detectar esse dispositivo, ele adicionava a sua figura específica no webserver, tornando a adição de dispositivo mais simples e aberta. Abaixo uma figura representativa da automação em um quarto. Figura 1 - Proposta de aplicação Fonte: Adaptado de Web Page.. 2. SISTEMAS PARA TRANSMISSÂO DE DADOS Sinais digitais são enviados basicamente de duas formas. Transmissão em banda base por meio de cabos, ou através de sinais modulados para envio no próprio meio de propagação através de RF. No primeiro caso o lado transmissor tem a finalidade de adaptar níveis de potência, impedância e codificar o sinal, caso necessário. Já o lado receptor tem a finalidade de regenerar o sinal recebido, decodificá-lo e também adaptar níveis de potência e impedância. O caso em que os dados são enviados através de RF terá mais utilidade, uma vez que o aparato utilizado em uma automação residencial (domótica) deve ser o mais prático possível de ser instalado, com menos cabeamento e menor custo de instalação e manutenção. Utilizam-se em RF, métodos de modulação digital principalmente pelo fato de sinais de baixas frequências terem grandes perdas ao serem enviados em banda 10

11 base. Isso ocorre devido à baixa constante de propagação dos sinais (γ) que pode ser deduzida a partir das equações de Maxwell para um meio dielétrico com perdas. Onde ω é a frequências do sinal, µ é a permeabilidade do meio, σ a condutividade e ε a permissividade [3]. γ² = jωµ(σ +jωε) (1.1) Outro fator para utilização de modulação digital é a escolha da antena. O seu tamanho para um sinal em baixa frequência acaba sendo muito grande, tomando-se como exemplo a antena monopólo λ/4, tornando inviável sua construção. Há também questões como segurança de transmissão e qualidade das comunicações, que são melhoradas com a modulação em medias e altas frequências, uma vez que antenas também acabam funcionando como um filtro passa-baixas [3] Modulação Digital Sistemas de comunicação digital possuem filtros tanto no transmissor quanto no receptor. Eles servem para suavizar as transições de bits, limitando a largura de faixa necessária para transmitir o sinal e também para reduzir as interferências e ruído na recepção. Porém, a filtragem pode criar a interferência intersimbólica (ISI Inter-Symbol Interference), onde um símbolo passa a interferir no outro. Considerando-se a taxa de transmissão fb [bits/seg] e a banda de transmissão B[Hz] necessária, que, para transmissões binárias teóricas, é igual a Bteórica =. Devido a não idealidade do filtro utilizado na transmissão, a banda utilizada acaba recebendo um acréscimo relativo ao fator α, fazendo com que a banda total utilizada pelo sinal seja de B=0.5.fb (1+ α).. Figura 2 - Filtro não ideal As modulações para sinais digitais ASK, FSK e PSK podem ser comparadas com seus similares em modulação analógica, ou seja, AM, FM e PM. Na modulação ASK, a mensagem (sequência de bits) é somada a um nível CC e então multiplicada por uma senoide de frequência fc. Ψask=[A+Q(t)].cos(wc.t) (1.2) 11

12 Figura 3 Modulação ASK. Para uma relação m=1 entre a tensão de pico da onda enviada e do nível CC (m=qpk/a), é possível obter a chamada modulação OOK, modulação mais simples pois equivale apenas a enviar ou não sinal para cada bit. Figura 4 - Modulação OOK Fonte: [4] Como o sinal enviado tem uma banda B, ele pode ser filtrado antes da modulação com um filtro passa-baixa de banda B ou após, com um filtro passa-faixa centrada em fc e com largura de banda 2B. Para modulação FSK o sinal tem a frequência de oscilação alterada para cada estado de bit. 12

13 Figura 5 - Modulação FSK. O sinal resultante pode ser considerado dois sinais OOK, de frequência f0 e f1 somados. Devido à banda necessária para cada um desses sinais modulado ser 2B, o filtro necessário após a modulação será um passa-faixa centrado em (f1+f2)/2 e com largura de banda f1-f0+2b. Sendo B=0.5(fb+α). O sinal também pode ser filtrado antes da modulação, como já foi descrito anteriormente, através de um filtro passa baixa de largura B. O ultimo modo de modulação que será visto é o PSK. Este tipo de modulação altera a fase do sinal modulado, dependendo do estado do bit. Para este caso será visto a modulação onde a estado do bit altera a defasagem da portadora em 180 como abaixo. Figura 6 Modulação PSK. A frequência do filtro passa-faixa utilizado após a modulação será centrada em fc com largura de banda de 2B. Como a modulação de fase tem apenas dois níveis 13

14 de modulação (0 e 180 ) será chamada de 2-PSK, mas comumente é utilizado modulações de até 16-PSK. Devido a banda utilizado ser aproximadamente a mesma para todos os casos, pode-se utilizar qualquer tipo de modulação. Vale salientar que os moduladores QAM permitem uma maior transmissão de dados com a mesma banda, uma vez que os sinais são módulos para ficarem ortogonais entre si. Existem alguns circuitos integrados que realizam a função de modulação de sinais, são os módulos RF TX e RX utilizados entre 200MHz e 500MHz[1]. Eles utilizam modulação ASK e são comumente utilizados em acionamento sem fio como em portões eletrônicos. Para este projeto serão utilizados esses módulos devido à robustez dos mesmos, não sendo necessário realizar o design de placas de alta frequência. Figura 7 Modulo RF Transmissor (TX) e Receptor (RX). Fonte: [5] Esses módulos possuem uma distância máxima de comunicação de aproximadamente 100 metros em campo aberto, mas isso pode ser melhorado com a adição de uma antena de 17,5 cm (λ/4), aumento da tensão de alimentação para até 12 Volts, ou reduzindo a taxa de transmissão para menos do que 1200bps, diminuindo assim a probabilidade de erro de envio de sinal. O transmissor TX do módulo RF à esquerda da figura 7 é alimentado através dos pinos VCC e GND. No pino AN é conectada uma antena auxiliar. Os dados que serão transmitidos são enviados serialmente através do pino DA. Usualmente sensores enviam apenas um tipo de dado como em sensores de presença, desta forma é possível desenvolver circuitos capazes de enviar serialmente os dados sem a necessidade de um microcontrolador. Os pinos do receptor RX do módulo RF à direita da figura 7 são conectados da mesma forma e recebem os dados serialmente dependendo da taxa de transmissão Protocolos de múltiplo acesso Transmitir uma maior quantidade de dados com a mesma banda é um problema recorrente para sistemas de comunicação. Algumas soluções foram propostas pelas operadoras de telefonia móvel no inicio da década como TDMA (Time Division Multiple Acess), FDMA (Frequêncy Division Multiple Acess) e CDMA (Code Division Multiple Acess). [6] Canais FDMA são definidos por uma faixa de frequências de rádio onde somente um usuário é designado para cada canal. Nenhum outro usuário pode acessar este canal até que a transmissão seja concluída. 14

15 Canais TDMA também são divididos em canais, mas agora cada canal pode ter acessos múltiplos, isso porque cada usuário transmite em um intervalo de tempo diferente (time slot). Os usuários devem se manter em seu time slot, independentemente se os outros usuários estiverem, ou não, enviando dados. Devido ao sinal ser enviado em intervalos de tempo, ele será captado em rachadas e deverá ser ainda reconstruído. Canais CDMA síncronos, por outro lado, utilizam codificações ortogonais para criptografar o sinal, assim como em multiplicações escalares em álgebra linear. Exemplos de códigos seriam (1,0), (0,1), (-1,0), (0,-1). Agora, se o sinal enviado for (1,0,0,1) e o sinal de codificação for (1,0) o resultado será (1,0,0,0,0,0,1,0). Para decodificar o sinal é preciso conhecer o sinal de codificação. A figura 8 demonstra a comparação de ocupação de banda. Figura 8 - Diferença de ocupação de banda. Fonte: SAJAN P PHILIP, TDMA vs FDMA vs CDMA, disponível em to.ly/hczl, acesso em 18/11/2012 Devido à facilidade de implementação, baixa quantidade de dados enviados por canal, sendo apenas quatro bytes por comando, baixa banda disponível, uma vez que os módulos RF previamente citados trabalham com pouca excursão em torno de 433MHz, será utilizado o protocolo de múltiplo acesso por tempo de acesso (TDMA). Desta forma o canal nunca será acessado por dois usuários no mesmo instante Sinais infravermelhos Sinais infravermelhos (IV) eram muito utilizados no passado para transferências de dados, mas devido ao avanço de tecnologias de radiofrequência (RF), o envio de dados acabou se tornando mais econômico e prático por meio destas, isso porque sinais de IV tem alcance de apenas 10 metros e exigem linha de visão, além de apresentarem vários problemas de interferência. Vale citar que as interferências de IV são causadas por bloqueio na linha de visão ou sinais IV externos, enquanto que sistemas de RF só sofrem interferência de sinais da mesma frequência. 15

16 Um controle remoto com infravermelho funciona utilizando protocolos como o SIRC ou o RC5. O protocolo RC5 utiliza a codificação Manchester para definição de bits conforme figura 9, enquanto que o bit zero na codificação SIRC é representado por um nível lógico alto de período igual ao nível lógico baixo enquanto que o bit um é representado pelo nível lógico alto com tamanho aproximadamente três vezes maior que o nível lógico baixo, como a figura 10 [8]. Figura 9 - Codificação Manchester Figura 10 Sinal PWM demodulado SIRC no receptor de Infravermelho. Para diminuir os erros na recepção do sinal, o controle remoto envia, por um grande período, o nível lógico zero antes de enviar qualquer pacote de bits. O mesmo ocorre para o final do pacote. Cada pacote que é enviado contém sete bits de dados seguidos por quatro bits que identificam o controle remoto. Devido às interferências causadas por outras fontes de infravermelho como luzes fluorescentes, solar ou até mesmo pelo corpo humano, dados enviados em 16

17 infravermelho são modulados em AM e os receptores captam apenas a frequência de modulação que, para controles remotos, fica em torno de 30kHz. Figura 11 Diagrama de blocos de um chip receptor de IV Comunicação Ethernet Fonte: [8] A comunicação Ethernet se baseia na organização do envio de pacotes através de protocolos IP. O pacote IP tem dados do IP de destino, IP de envio e quantidade de bytes. Um IP pode ser tanto estático, possuindo sempre o mesmo valor em uma determinada rede, como dinâmico, quando um IP é atribuído pelo DHCP (comumente presente no próprio gateway) à uma maquina, dependendo da ordem de conexão. Normalmente os IPs de uma rede doméstica não são únicos no mundo, apenas na sua rede local, mas o IP do roteador deve ser único para garantir diferenciação entre equipamentos. Cada aparelho de rede possui um endereço físico, MAC, diferente que é formado por 6 bytes referentes a norma IEEE e aos dados do fabricante[9]. Para facilitar a integração do usuário, redes Ethernet utilizam o DNS (comumente presente no próprio gateway), um provedor que traduz seu IP em palavras para que possa ser entendido, ou seja, é muito mais fácil que um usuário se conecte a \\dee-pet1 do que a \\ , por exemplo. A máscara de sub-rede serve apenas para delimitar quantos IP serão usados por uma rede local. Caso a conexão se dê por meio de IPs xxx.yyy, a máscara será , caso seja xxx.yyy e zzz.www, a máscara será [14]. Dados de conexão podem ser visto na figura abaixo. 17

18 Figura 12 Dados de conexão. Fonte: produção do próprio autor O protocolo Ethernet tem uma função específica para organização e envio de pacotes entre vários aparelhos ligados a rede utilizando o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acess/Colision Detection). Esse tipo de função faz com que cada aparelho ligado espere para que o canal esteja livre para, só então, tentar enviar seus pacotes, caso haja colisão entre pacotes, cada usuário espera um tempo aleatório, baseado no tempo máximo que um pacote demora a percorrer e retornar pelo canal, antes de tentar enviar novamente. Para criar um webserver em um determinado IP, é necessário obter um hardware que seja capaz de receber pacotes Ethernet e decodificá-los, portador de MAC e IP únicos de rede [9]. Um exemplo de circuito que realiza esse tipo de função é o ENC28J60 (Controlador ethernet com SPI), que realiza a conversão do protocolo de rede padrão Ethernet IEEE para serial utilizando o circuito integrado PHY, com MAC integrado e capacidade de transmissão de 10BASE-T (10Mbps), conforme ilustrado na figura

19 Figura 13 ENC28J60 utilizado como interface Ethernet x Serial. Fonte: [10] 2.4 Microcontrolador O processamento de dados dos sensores, o acionamento de atuadores via RF e a integração com a Ethernet pode ser realizada por um microcontrolador ou através de um computador. O processamento central através de um computador tem a vantagem em nível de processamento, uma vez que sistemas operacionais podem realizar diferentes tarefas em um menor tempo, mas tem a desvantagem do computador não poder ser desligado. Para pequenas aplicações é válido utilizar um microcontrolador ao invés de um computador, pois o mesmo pode realizar as tarefas necessárias com baixo custo e consumo. Devido à facilidade de operação e manipulação de suas bibliotecas, os microcontroladores ATmega, juntamente com a interface de programação arduino, acabam se mostrando uma ótima opção para programação e utilização como UCP. Os dados do arduino Uno e Mega 2560 podem ser vistos abaixo. Tabela 1 - Dados do ATmega328 Microcontrolador ATmega328 Tensão de Entrada recomendada V Portas Digitais 14 (6 com PWM de saída, 6 analógicas) Corrente CC das portas digitais 40 ma Memória Flash 32 kb SRAM 2 kb EEPROM 1 kb Clock 16 MHz Fonte: [11] Tabela 2 - Dados arduino Mega 2560 Microcontrolador ATmega2560 Tensão de Entrada recomendada 7-12V Portas Digitais 70 (15 com PWM de saída, 16 analógicas) 19

20 Corrente CC das portas digitais Memória Flash SRAM EEPROM Clock Fonte: [11] 40 ma 256 kb 8 kb 4 kb 16 MHz Devido ao elevado número de sensores e atuadores que se deseja acionar, optou-se por utilizar um microcontrolador mais barato para o envio dos dados, diminuindo o custo do sistema de domótica e tornando mercadologicamente viável. Desta forma será utilizado também PICs 16F628a. Tabela 3 - Dados do PIC 16F628a Microcontrolador PIC16F628a Tensão de Entrada recomendada 2-5.5V Portas Digitais 16 (1 com PWM de saída, 2 serial) Memória Flash 3.5 kb SRAM 224 Bytes EEPROM 128 Bytes Clock 5 MHz Fonte: Microchip.com 2.5 Integração de sistemas Os sensores que serão utilizados na automação, podendo ser lidos via Web Server, variam de acordo com a necessidade do morador, podendo-se citar: Medição da temperatura ambiente. Sensor de chuva. Detectores de queda para residentes idosos ou com dificuldades especiais que precisam de monitoramento. Sensores de presença. Câmeras. Os atuadores utilizados podem ser: Climatizadores de ar. Portões elétricos. Sinal de alarme. Acionamento de lâmpadas. Os sensores e atuadores podem estar em qualquer parte da casa, uma vez que eles se comunicam com a central via RF com alcance de dezenas de metros. A central, por sua vez, envia os dados para o Webserver deixando a informação acessível para os moradores. O webserver pode ser hospedado na UCP como na figura 14, ou ser hospedado em um data center como na figura

21 Figura 14 Esquemático de aplicação. Fonte: produção do próprio autor 3. DOMÓTICA VIA WEB Para fazer uma automação mais avançada, é preciso que todos os equipamentos se comuniquem e, para isso, um dos modos é ter uma central que gerencie todo o processamento de dados vindos da entrada Ethernet, organizando os pacotes para o acionamento dos respectivos módulos, além de gerenciar periféricos como LCD e sistema de senhas Webserver Para fazer a automação via web, primeiramente é necessário hospedar um webserver. Este pode ser obtido através de um chip T-PHY que fará a conversão do protocolo ethernet para serial. Os chips ENC28J60 e W5100 possuem um chip T- PHY integrado, a diferença entre eles é que o W5100 faz o tratamento do protocolo via hardware enquanto que o ENC28J60 precisa fazê-lo via software, utilizando um pouco do processamento da MCU. Devido à automação proposta ser de pequeno porte, optou-se por utilizar o circuito ENC28J60, uma vez que o mesmo é mais barato. O circuito ENC28J60 foi integrado com um arduino MEGA 2560, que servirá como UCP, devido alta quantidade de memória necessária para aplicação web. 21

22 Figura 15 Webserver hospedado pelo Arduino MEGA Fonte: Criação do próprio autor Algoritmo O sistema funciona com links de páginas, quando o usuário clica em uma das imagens ele manda uma requisição de acesso em uma página diferente, acionando atuadores diferentes. O link da figura 16 da esquerda seria algo como /? quarto=ligado e o da direita /?quarto=desligado. Figura 16 - Mudança da imagem após acionamento pelo usuário Fonte: Criação do próprio autor. Devido ao tamanho do algoritmo apenas a interação de dois links foram mostradas na tabela 6 no apêndice. A função e.print() adiciona comandos HTML na página em que houve requisição de acesso. Devido às limitações da quantidade de dados e tamanho de algoritmo, foi proposta a utilização de um webserver hospedado em computador, comunicando via Ethernet com a UCP, dessa forma o servidor pode estar em um data center, disponibilizando apenas o microcontrolador para o sistema de domótica. O webserver foi hospedado através da biblioteca do próprio CI [13]. A quantidade máxima de imagens possíveis de serem colocadas em cada página foi de apenas 22

23 seis, por isso a automação se mostrou mais adequada para pequenas aplicações. Devido a lógica do algoritmo implementado com alteração de páginas, ele acabou ficando muito trabalhoso para implementação e modificação Webserver hospedado em um computador Figura 17 Esquemático de aplicação. Fonte: produção do próprio autor Como o webserver está sendo hospedado fora da UCP, já não há necessidade de grande quantidade de memória, além de o servidor poder ter mais detalhes e utilizar algumas ferramentas bem conhecidas de gerenciamento de sites como o wordpress ou Jomla. O servidor foi instalado em um wamp Server, através de um servidor APACHE versão No caso a seguir, a pagina web foi hospedada no IP estático

24 Figura 18 - Webserver hospedado por um computador. Fonte: Criação do próprio autor. Para saber os estados dos módulos, o servidor faz requisições de acesso para uma página vazia do webserver hospedado pela UCP. Ao verificar essas requisições, a UCP escreve dados de resposta. Essas respostas são recebidas pelo servidor via protocolo PHP que segue nas tabelas 8 e 9 no apêndice. As requisições de acesso feitas pelo servidor à UCP são mostradas na tabela 4. Tabela 4 - Requisições PHP Requisição de acesso Ação /pedir_requisicao.php/sensor Pergunta o valor do sensor para a UCP /pedir_requisicao.php/?atuador Pergunta o valor do atuador para a UCP /mandar_requisicao.php/?atuador=1 Manda um comando de acionamento a UCP /mandar_requisicao.php/?atuador=0 Manda um comando de desligamento a UCP Caso os dados do sensor tenham demorado mais do que 10 segundos para serem enviados via RF a UCP, ela retornará o valor 2, quando houver requisição?sensor, representando sensor fora de área. Para garantir o acionamento de atuadores, são enviados cinco pacotes pela UCP aos módulos RF, quando?atuador=1 ou?atuador=0 é requerido pelo servidor. O IP da UCP foi definido estático para uma rede local, sendo configurado manualmente para o valor Para fazer acionamentos fora da rede local é necessário descobrir o endereço de IP do roteador utilizado, que pode ser feito pelo site nesse exemplo Após feito isso será necessário acessar as configurações do roteador e redirecionar qualquer 24