GIANCARLO RODRIGUES RÉGIS PLATAFORMA MODULAR PARA AUTOMAÇÃO, CONTROLE E SUPERVISÃO DE SISTEMAS

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1 GIANCARLO RODRIGUES RÉGIS PLATAFORMA MODULAR PARA AUTOMAÇÃO, CONTROLE E SUPERVISÃO DE SISTEMAS Florianópolis 2014

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3 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETRÔNICA CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃOEM DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS ELETRÔNICOS GIANCARLO RODRIGUES RÉGIS PLATAFORMA MODULAR PARA AUTOMAÇÃO, CONTROLE E SUPERVISÃO DE SISTEMAS Monografia submetida à banca examinadora do curso de Pós-Graduação em Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina, como requisito parcial à obtenção do título de Especialista em Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos. Professor Orientador: Clóvis Antônio Petry, Dr. Eng. Florianópolis, 2014

4 CDD R467p Régis, Giancarlo Rodrigues Plataforma modular para automação, controle e supervisão de sistemas [MP] / Giancarlo Rodrigues Régis; orientação de Clóvis Antônio Petry. Florianópolis, v.: il. Monografia de Pós Graduação (Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos) Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. Inclui referências. 1.Controle e programação. 2. Automação. 3. Plataforma modular. 4. Relés. 5. Sistemas automatizados. I. Petry, Clóvis Antônio. II. Título. Sistema de Bibliotecas Integradas do IFSC Biblioteca Dr. Hercílio Luz Campus Florianópolis Catalogado por: Ana Paula F. Rodrigues Pacheco CRB 14/1117

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6 PLATAFORMA MODULAR PARA AUTOMAÇÃO, CONTROLE E SUPERVISÃO DE SISTEMAS GIANCARLO RODRIGUES RÉGIS Este trabalho foi julgado adequado para obtenção do Certificado de Especialista em Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos e aprovado na sua forma final pela banca examinadora do Curso de Pós-Graduação em Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. Florianópolis, 22 de setembro de Banca Examinadora: Clóvis Antônio Petry, Dr.Eng. Orientador Reginaldo Steinbach, Me. Co-Orientador André Luís Dalcastagnê, Dr.Eng. Everton Luiz Ferret dos Santos, M.Eng.

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8 RESUMO O presente trabalho tem como título Plataforma modular para automação, supervisão e controle de sistemas. Este projeto propõe o desenvolvimento de uma plataforma de automação genérica, ou seja, que se adapte a variadas aplicações, pois foi projetada para ser um dispositivo versátil de automação, supervisão e controle. A plataforma é composta pelo módulo principal, onde se encontra o software de controle e programação, e módulos secundários que possuem funcionalidades específicas. Assim, permite adaptar suas configurações de acordo com as necessidades do projeto a qual se pretenda adequá-las, isto é possível através da inclusão de módulos com configurações distintas. A primeira parte deste trabalho foi dedicada à revisão bibliográfica, na qual foram trazidos conceitos técnicos dos temas abordados, bem como a documentação referente às tecnologias utilizadas, como o microcomputador Raspberry PI e o barramento I2C empregado na comunicação da central com os módulos secundários. No que concerne ao desenvolvimento, delimitou-se criar o conceito da plataforma, utilizando um módulo de controle de relés e o módulo principal com uma interface intuitiva que viabilize a programação pelo próprio usuário. A terceira parte foi reservada a demonstração dos resultados. Por fim, objetiva-se obter êxito no desenvolvimento da plataforma modular ao final deste trabalho científico. Palavras-Chave: Automação, Raspberry PI, Sistema Embarcado.

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10 ABSTRACT This work is entitled "Modular Platform for automation, supervision and control systems." This project proposes the development of a generic platform automation, ie, that suits various applications because it was designed to be a versatile device automation, supervision and control. The platform consists of the main module, where the control software and programming, and secondary modules that have specific features. So lets adjust your settings according to the needs of the project which it is intended to fit them, this is possible through the inclusion of modules with different configurations. The first part of this work was devoted to the literature review, which were brought technical concepts of the topics covered, as well as the documentation of technologies used, such as the Raspberry PI PC and the I2C bus used in communication with the central side modules. With regard to development, was delimited create the concept of the platform, using a control module relay and the main module with an intuitive interface which facilitates the programming by the user. The third part was reserved to the income statement. Finally, the objective is to succeed in developing the modular platform at the end of this scientific work. Key-Words: Automation, Raspberry PI, Embedded System.

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12 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Zipato ZipaBox Figura 2 Loxone Figura 3 - Visão geral da plataforma Figura 4 - Moinho Hidráulico Figura 5 - Raspberry PI Figura 6 - Raspberry PI modelo B Figura 7 - Placa CM e módulo de desenvolvimento CMIO Figura 8 Câmera digital OTTO Figura 9 Slice media center Figura 10 - NPE X Figura 11 Barramento I2C Figura 12 Transmissão de dados no protocolo I2C Figura 13 Transmissão de dados I2C Figura 14 - Transmissão com endereçamento de 7 bits Figura 15 - Aplicação típica do LTC Figura 16 - Comparação do LTC1694 com resistor de pull-up.. 33 Figura 17 Estrutura de automação proposta para o desenvolvimento Figura 18 Caixas da empresa Phoenix Contact Figura 19 Caixas do fabricante Italtronic Figura 20 Modelo de caixa Modulbox Figura 21 Caixa para o módulo relé Figura 22 Dimensões da caixa para o módulo relé Figura 23 - Esquemático Placa RTC/Acelerador I2C Figura 24 - Placa RTC/Acelerador I2C Figura 25 Fluxograma do firmware do módulo do relé Figura 26 - Atmega328P 32 MLF Figura 27 Corrente da fonte de alimentação x frequência de operação (1-20 MHz) Figura 28 Relé utilizado no projeto Figura 29 Circuito eletrônico da placa 1 do módulo de relés.. 47 Figura 30 Visualização 3D da placa 1 desenvolvida Figura 31 Circuito eletrônico da placa 2 do módulo de relés.. 48 Figura 32 Visualização 3D da placa 2 desenvolvida Figura 33 Fluxograma da rotina de varredura implementada. 49 Figura 34 Comando de três bytes referente ao registro Figura 35 Padrão de envio de comandos Figura 36 - Placas Módulo Relé

13 Figura 37 Placas do módulo relé na caixa de montagem Figura 38 Módulo Relé montado Figura 39 Raspberry PI com placa RTC e acelerador I2C Figura 40 Módulos Central e Relé conectados Figura 41 Módulos Central e Relé conectados Figura 42 Módulos visão superior Figura 43 - Cenário dos testes Figura 44 - Software de programação Selff Designer Figura 45 Tela para adicionar novo alvo Figura 46 Tela com a lista de alvos Figura 47 Tela edição de alvo Figura 48 Tela para adicionar nova instrução Figura 49 - Tela com instrução para ligar relé Figura 50 Tela com instrução para CPU Figura 51 - Tela com instrução para desligar relé Figura 52 Tela lista instruções Figura 53 Tela salvar arquivo com instruções Figura 54 Janela salvar Figura 55 Arquivo gerado contendo as instruções Figura 56 Formas de onda para acionamento do relé Figura 57 - Comando liga relé 0x2A 0x01 0x Figura 58 - Comando desligar relé 0x2A 0x01 0x Figura 59 Bug de extensão de clock do Raspberry Figura 60 Verificação clock-stretching Figura 61 Lexone Miniserver e Projeto Plataforma

14 LISTA DE ABREVIATURAS USB Universal Serial Bus RCA Radio Corporation of America GPIO General Purpose Input/Output CM Compute Module CMIO Compute Module IO Board SODIMM Small Outline DIMM DDR2 Dual Data Rate 2 HDMI High-Definition Multimedia Interface HD Hard Disk I2C Circuito Inter-integrado (Inter-Integrated Circuit) IO Entrada/Saída (In/Out) PCI Placas de Circuito Impresso RTC Relógio de Tempo Real (Real-Time Clock) SCL Serial Clock DAS Serial Data

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16 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO PROBLEMATIZAÇÃO Formulação do Problema Solução Proposta OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos METODOLOGIA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA AUTOMAÇÃO RASPBERRY PI BARRAMENTO I2C Transmissão de Dados Início e Fim de Transmissão Protocolo ACELERADOR I2C DESENVOLVIMENTO VISÃO GERAL ESTRUTURA MECÂNICA Caixa de Montagem Módulo Central Caixa de Montagem Módulo Relé MÓDULO CENTRAL Software de Programação e Controle Hardware MÓDULO RELÉ... 43

17 4.4.1 Firmware Hardware COMUNICAÇÃO MÓDULO CENTRAL E MÓDULO RELÉ 49 5 RESULTADOS Testes Cenário Programação das Instruções Teste das Instruções Programadas Bug de clock-stretching no I2C do BCM Levantamento de Custos Comparação com Produto Similar Considerações Referentes aos Resultados CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 71

18 1 INTRODUÇÃO Primeiramente, entende-se pertinente abordar a evolução histórica da automação. Assim, de acordo com Goeking (2010), o conceito de automação foi iniciado nos Estados Unidos em 1946, tendo como seu primeiro setor as fábricas automotivas. Com o passar do tempo o conceito foi ampliado e atualmente automação aborda todo o sistema que utiliza computação e substitui o trabalho humano. Tendo como escopo aumentar a velocidade e a qualidade dos processos produtivos, aliado a isso a segurança dos funcionários, obtenção de controle de gestão, planejamento e flexibilidade na produção. A criação do transistor em 1947, auxiliou a impulsionar o desenvolvimento da automação. O transistor é um componente eletrônico apto ao controle de passagem da corrente elétrica em determinados sistemas. O uso do transistor e da eletrônica, propiciou o desenvolvimento dos primeiros computadores industriais. No entanto, o microprocessador foi comercializado somente a partir de 1960, nesse período surgiram os primeiros robôs mecânicos a incorporar sistemas de microprocessamento e unir tecnologias mecânicas e elétricas. (GOEKING, 2010) Assim, a princípio a automação foi aplicada nas indústrias automobilística e petroquímica. A tecnologia se disseminou para outras áreas e atualmente é instrumento das indústrias alimentícia, química, siderúrgica, residencial, dentre outras. (GOEKING, 2010) Conceitua Moraes e Castrucci (2007), que automação é qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitui o trabalho humano, em favor da segurança, da qualidade dos produtos, rapidez na produção e redução de custos, assim aperfeiçoando os objetivos das indústrias, dos serviços ou propiciando bem estar. Neste contexto, o presente trabalho tem como propósito desenvolver uma plataforma que permita a automação de edificações e equipamentos, tornando-os mais eficientes e tendo como um dos objetivos ser uma opção de produto de baixo custo.

19 Assim, o projeto é elaborado visando criar uma plataforma genérica que permitisse a automação em geral. Portanto, as futuras áreas de aplicação são diversas, podendo esta plataforma ser base para inúmeros produtos e serviços. No que diz respeito à aplicação, esta plataforma possibilita o desenvolvimento de diversos sistemas de gestão inteligente, como: Controle de iluminação, paisagismo, segurança, monitoramento de energia elétrica, automatização de equipamentos, dentre outros. Este dispositivo permiti a diminuição do tempo de implementação e, ainda, dispensará a necessidade de prévio conhecimento em programação pelo implementador. A plataforma traz flexibilidade de inserir e remover diferentes tipos de módulos, permitindo aos usuários a possibilidade de adquiri-los conforme a aplicação que desejam obter. Deste modo, reduz-se o custo na compra do equipamento. Em suma, o projeto busca desenvolver uma plataforma base, que permita uma gama de opções de desenvolvimento de sistemas automatizados de forma descomplicada. Bem como, tornando-se uma opção atrativa para o setor de automação que apresenta grande crescimento no país. Destaca-se a viabilidade comercial do projeto, haja vista que equipamentos similares a esse são onerosos no mercado nacional, de difícil implementação e voltados para aplicações específicas PROBLEMATIZAÇÃO Formulação do Problema Em virtude do grande crescimento do setor de automação no Brasil, que engloba a automação residencial, predial e de equipamentos, surge a necessidade no mercado de dispositivos para estes fins com as mais variadas aplicações.

20 17 No momento atual, o mercado brasileiro oferece poucos produtos para automação de propósito geral, que possibilitem flexibilidade de instalação (que permitam escolher quais e quantos equipamentos serão automatizados conforme a necessidade e demanda). Ademais, aplicações que exijam certo nível de inteligência podem tornar o sistema de automação oneroso, pois exigem conhecimento técnico específico para a implementação. Em virtude da escassez de equipamentos no cenário nacional, encontra-se na importação de dispositivos uma solução para esta situação. No entanto, suas aplicações costumam ser específicas, o que acarreta a impossibilidade da reutilização destes para aplicações distintas. Algumas empresas como a Zipato (Figura 1) e Loxone (Figura 2) oferecem produtos desta natureza. Entretanto estes são voltados para a automação residencial e têm custo elevado. Figura 1 - Zipato ZipaBox. Fonte:

21 18 Figura 2 Loxone. Fonte: Ressalva-se que o avanço tecnológico trouxe a minoração no preço dos equipamentos, apesar disso o custo ainda é alto. Levando em consideração este cenário, o presente trabalho trás uma nova opção para o mercado da automação, visando conciliar baixo custo, flexibilidade e facilidade de uso Solução Proposta Há uma necessidade premente no mercado nacional de uma plataforma genérica que permita variadas formas de automação e supervisão. Isto posto, pretende-se desenvolver uma plataforma inovadora de propósito geral, assim abrindo um leque de aplicações em uma única plataforma que abarquem as necessidades de diversos ramos e que permita ao implementador uma fácil implantação. Na Figura 3 mostra-se a estrutura modular da plataforma proposta, formada por um módulo central que faz o controle da plataforma e submódulos de automação.

22 19 Figura 3 - Visão geral da plataforma Fonte: Adaptada pelo autor (http://ecatalog.weg.net) A plataforma proposta possui três blocos de desenvolvimento, cada um com funções específicas, quais sejam: software de controle e programação; hardware do módulo principal; e, submódulos. No que diz respeito aos submódulos, para delimitar as aplicações exemplificadas durante o projeto, opta por desenvolver somente um submódulo de controle sobre relés. 1.2 OBJETIVOS Objetivo Geral Desenvolver um dispositivo programável e modular para automação com interface de programação amigável, de fácil instalação e baixo custo.

23 1.2.2 Objetivos Específicos 20 Os objetivos específicos do presente trabalho são: Elaborar uma interface gráfica de programação do dispositivo; Implementar o interpretador de instruções responsável por enviar comandos para os módulos; Desenvolver os módulos de acionamento sobre relés.

24 2 METODOLOGIA 21 Para alcançar os objetivos do projeto proposto faz-se necessário primeiramente levantar os requisitos de funcionamento da plataforma. Antes de dar início ao desenvolvimento do software de controle, é realizada a modelagem do interpretador de instruções responsável por comandar os módulos de automação através de um fluxograma ou UML. Com o software interpretador pronto, são feitos os primeiros testes, já utilizando a interface I2C conectada a uma placa de desenvolvimento Arduino que simula o comportamento dos submódulos. O módulo principal é implementado embarcando o software de controle em um microcomputador Raspberry PI, adquirido para este projeto. O objetivo do teste supracitado é verificar o comportamento do barramento I2C (Inter-Integrated Circuit) para esta aplicação que, se possível, será testado com vários Arduinos, assim simulando diferentes tipos de submódulos. Com o barramento testado, é desenvolvida a placa do submódulo, fabricada no laboratório da Instituição de Ensino ou por uma empresa especializada, incluindo a montagem dos componentes. Para a montagem final da plataforma, são adquiridas caixas de montagem do tipo trilho DIN, são duas no total, uma para o módulo principal e outra para o submódulo, isto permitirá maior facilidade de instalação. Por fim, com o produto em estado final, são realizados testes com aplicações reais.

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26 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA AUTOMAÇÃO Conceitua-se automação como a aplicação de técnicas computadorizadas ou mecânicas para diminuir o uso de mão de obra em qualquer processo, principalmente o uso de robôs nas linhas de produção. A automação minimiza os custos e aumenta a velocidade da produção. (LACOMBE, 2004) A automação surgiu como a via para a redução da participação da mão humana sobre os processos industriais. Partindo desse ponto, podemos dizer que a utilização em larga escala do moinho hidráulico para produção de farinha, no século X, foi uma das primeiras criações humanas com o propósito de automatizar o trabalho, mesmo que de modo arcaico. Segundo alguns autores, esse desenvolvimento da mecanização teria impulsionado mais tarde o aparecimento da automação, (GOEKING, 2010). A disseminação do moinho hidráulico pela Europa ocidental conduziu a um crescimento da produção de alimentos nunca antes visto. Na época, um moinho era capaz de substituir o trabalho de dez a vinte homens. Desde então o homem tem conduzido o seu conhecimento para o desenvolvimento de tecnologias que dispensem suas atividades braçais. Como exemplo cita-se a máquina a vapor, que começou a ser utilizada com a finalidade de movimentar equipamentos industriais, (GOEKING, 2010). Figura 4 - Moinho Hidráulico. Fonte:

27 De acordo com Teza (2002), passa-se a expor os estudos sobre automação. A automação teve suas raízes no início da civilização, ausente de uma data que estabeleça o seu marco. Considera-se automatização qualquer processo que auxilie o ser humano nas suas tarefas cotidianas, sejam elas industriais, comerciais, domésticas ou no campo. A Revolução Industrial que iniciou no século XVIII propiciou o desenvolvimento da automação no mundo, surgida a partir da mecanização, da qual utiliza-se suas bases até hoje em muitos processos produtivos. A automatização é o método pelo qual empregam-se dispositivos automáticos, eletrônicos e inteligentes para promover a automação dos processos em questão. A automação industrial vem numa crescente evolução até o presente momento, sobretudo com o rápido progresso da informática e dos softwares de supervisão e gerenciamento que apresentam aspectos de grande complexidade. Atualmente os comércios em sua maioria têm suas operações integradas. Até mesmo o pequeno comércio e prestadores de serviço utilizam-se dos benefícios da automação. Da mesma forma, surgiram os chamados prédios inteligentes, nota-se maior adesão àqueles voltados ao uso comercial, que utilizam os sistemas automatizados de modo a privilegiar as últimas tecnologias seja no campo de telecomunicações, condicionamento do ar, segurança e controle de acesso. Ainda, sobre a automação residencial observa-se a utilização de processos automatizados em casas, apartamentos e escritórios. Essa área da automação recebe outras denominações, como: Automatização Residencial ou Domótica, bem como Automação Doméstica. 24

28 3.2 RASPBERRY PI 25 Raspberry PI é um computador de baixo custo do tamanho de um cartão de crédito criado pela Fundação Raspberry PI, concebido com o intuito educacional para que crianças de todo o mundo tivessem a oportunidade de aprender como funciona um computador, manipular o mundo eletrônico e como programar computadores. Figura 5 - Raspberry PI. Fonte: O primeiro modelo do microcomputador foi chamado de modelo A. Posteriormente foi substituído pelo modelo B no qual não houve alteração de layout, as mudanças mais relevantes correspondem a: upgrade de memória de 256 MB para 512 MB, inclusão de uma porta USB e uma interface Ethernet. Recentemente o modelo B foi atualizado para incorporar algumas melhorias solicitadas pela comunidade que utilizam o Raspberry, nasceu então o modelo B+, basicamente foram feitas algumas alterações no layout, a inserção de mais duas entradas USB, a retirada do terminal RCA de vídeo e o aumento no número de pinos GPIO (ELINUX, 2014).

29 26 Figura 6 - Raspberry PI modelo B+. Fonte: Além do modelo B atualizado, a Fundação Raspberry PI trouxe recentemente outra novidade, o Raspberry PI Compute Module (CM) em conjunto com o Compute Module IO Board (CMIO), mostrado na Figura 7. Figura 7 - Placa CM e módulo de desenvolvimento CMIO. Fonte: O CM é uma pequena placa contendo um Raspberry simplificado, ou seja, sem os componentes periféricos, composta somente pelo processador e memória com conector tipo SODIMM DDR2. Esta placa possibilita que o projetista crie seu próprio módulo, trazendo mais flexibilidade na criação de sistemas personalizados.

30 27 A CMIO é um módulo para conectar a placa CM fornecendo os periféricos como USB, HDMI, alimentação entre outros. Esta placa serve para auxiliar projetistas a construir ou testar um sistema ou até mesmo utilizar como base para projetar seu próprio módulo. De maneira geral o projeto Raspberry vem sendo utilizado em projetos de produtos comerciais devido a sua capacidade de processamento, o custo baixo e conexões exteriores. O primeiro produto desenvolvido a partir de um módulo Raspberry PI Compute Module foi o OTTO, uma câmera digital que vai além de tirar fotos, ela permite ao usuário fazer GIFs e vídeos e compartilha-los via smartphone. Figura 8 Câmera digital OTTO. Fonte: Outro exemplo é o Slice, um media center para conectar um televisor via HDMI e reproduzir filmes, vídeos e músicas que estão armazenadas em um HD (Hard Disk) interno.

31 28 Figura 9 Slice media center. Fonte: O NPE X500 é uma plataforma de automação programável da série de computadores industriais do fabricante Techbase que também utiliza-se do módulo Raspberry PI como base. Esta plataforma permite uma variedade de aplicações devido a sua arquitetura bastante flexível com uma gama de interfaces e modos de funcionamento. Figura 10 - NPE X500. Fonte: O Quadro 1 mostra os modelos oferecidos pelo fabricante e as interfaces suportadas por cada um. Para interfaces sem fio

32 29 a Techbase oferece módulos de expansão Wi-Fi, ZigBee, LTE/3G/GPRS, Bluetooth e GPS. Quadro 1 Modelos do NPE X500. Mini Standart Max 4 x DO X X X 4 x DI X X X 1 x 1-Wire X X X Ethernet X X X USB X X X RTC X X X 1xRS323/RS X X 4x DIO X X 4x ADC X 1x PCI_Express X 2x PCI_Express X HDMI X Áudio X 3.3 BARRAMENTO I2C A fim de maximizar a eficiência de hardware e simplificação de circuito a Philips Semiconductors desenvolveu um protocolo de dados de dois fios chamado I2C-bus. Este protocolo permite que vários dispositivos se conectem em um barramento, conforme demonstrado na Figura 11, e possui as seguintes características: Duas vias de transmissão - SDA (dados seriais), SCL (clock serial); Mestre/Escravo Dispositivo mestre gera o sinal de clock e começa e termina a comunicação, o escravo verifica o barramento e responde ao mestre; Endereçamento Para que os dispositivos do barramento se comuniquem, cada um deles deve possuir um endereço único, com exceção do mestre. O endereçamento pode ser de 7 ou 10 bits,

33 30 permitindo 112 ou 1024 dispositivos conectados respectivamente; Taxa de transmissão bidirecional 100 kbps (standard-mode), 400 kbps (fast-mode), 1 Mbps (fast-mode plus), 3,4 Mbps (high-speed mode) ou unidirecional 5 Mbps (ultra fast-mode); Capacitância máxima capacitância do barramento 400 pf. Figura 11 Barramento I2C. Fonte: Transmissão de Dados Os dados transmitidos no barramento são enviados um bit a cada pulso de clock, como mostrado na Figura 12. Figura 12 Transmissão de dados no protocolo I2C Fonte:

34 3.3.2 Início e Fim de Transmissão 31 A condição de barramento livre é dada com SDA e SCL em nível lógico alto, ambos possuem resistores de pull-up conectados a VDD. O início da transmissão é dado na transição de SDA do nível alto para baixo com SCL em nível alto por um dispositivo mestre e a finalização ocorre na transição do SDA do nível baixo para o alto com SCL em nível alto (Figura 13). Figura 13 Transmissão de dados I2C. Fonte: Protocolo A transferência típica de dados no protocolo I2C segue o formato conforme a Figura 14. O primeiro formato é utilizado para enviar ou escrever dados em um determinado dispositivo, a transmissão é iniciada de acordo com a condição inicial mencionada anteriormente, seguida do endereço de 7 bits do dispositivo escravo, mais 1 bit de controle (R/W) identificando que se trata de uma escrita. O escravo responde com 1 bit de confirmação (ACK) mantendo SDA em nível baixo. Desta forma, o mestre inicia a transmissão dos dados enviando 8 bits por vez, sempre recebendo o ACK do escravo até executar a condição de parada, assim finalizando a transmissão. Para a leitura de dados, o bit R/W deve ser 1. O escravo reponde o ACK e começa a transmissão dos dados. O mestre deve responder com o ACK a cada conjunto de 8 bits recebido.

35 32 Figura 14 - Transmissão com endereçamento de 7 bits. Fonte: O protocolo permite algumas variações como alterar o bit de controle de leitura ou escrita ou fazer uma nova transmissão sem liberar o barramento. Isto pode ser feito entrando na condição inicial novamente, esta técnica é conhecida como reinício. O endereço é reservado e definido como endereço de chamada geral que possibilita o envio de dados para todos os dispositivos do barramento de uma única vez. 3.4 ACELERADOR I2C Visando aumentar a velocidade de transmissão de dados e a inserção de um número maior de dispositivos em barramentos I2C sem comprometer a integridade dos dados transmitidos, a Linear Technology desenvolveu um dispositivo de pull-up ativo específico para barramentos deste tipo. A Figura 15 mostra como o dispositivo é conectado no circuito.

36 33 Figura 15 - Aplicação típica do LTC1694. Fonte: Este dispositivo funciona diminuindo o tempo de transição de subida do nível lógico do barramento, ou seja, faz com que o pulso de dados chegue ao nível alto mais rapidamente. Por esta razão, é chamado de acelerador. Permite maior distância e aumento do número de dispositivos conectados, podendo atingir além do limite de 400 pf especificado para o I2C. A Figura 16 compara o uso deste dispositivo com o resistor de pull-up. Figura 16 - Comparação do LTC1694 com resistor de pull-up. Fonte:

37 34 O acelerador I2C fornece uma alta corrente de pull-up para as transições de subida e zero para as transições de descida, possui comparadores internos que verificam a variação de tensão do barramento e possibilita entrar em modo de espera reduzindo a corrente de alimentação.

38 4 DESENVOLVIMENTO VISÃO GERAL Uma vez proposta à solução deu-se início ao desenvolvimento da plataforma de automação. Em um segundo momento passou-se a fase de delimitação da proposta. Optou-se por um módulo de relé, comum na automação, tendo em vista o tempo necessário para desenvolver uma solução mais completa. Nesse contexto, a plataforma foi projetada baseada na ideia inicial proposta conforme a Figura 17. Figura 17 Estrutura de automação proposta para o desenvolvimento. Fonte: Adaptada pelo autor (http://ecatalog.weg.net). Os principais componentes da plataforma são: Módulo Central possui um computador Rasberry PI e uma placa contendo um RTC (Real Time Clock), uma bateria e o um acelerador I2C. Esta central faz todo o controle dos demais módulos conectados a ela;

39 36 Módulo Relé contém quatro relés para acionamento de diversos tipos de equipamentos. 4.2 ESTRUTURA MECÂNICA Inicia-se esse tópico relatando o processo que envolveu a escolha da estrutura mecânica. Convém mencionar que não foi uma parte difícil, no entanto trabalhosa, haja vista que foi necessário pesquisar o que o mercado disponibilizava em equipamentos e vincular essas informações com a viabilidade orçamentária, tempo de entrega dos equipamentos, desenvolvimento do projeto, testes, bem como documentação e data de conclusão do trabalho científico. Nesse sentido, foi realizada uma pesquisa em diversos fornecedores em busca de caixas de montagem que se adequassem ao projeto. Faziam-se necessárias as caixas para dar início ao projeto de dimensionamento das placas e da conexão entre elas. Importante destacar, que a empresa alemã Phoenix Contact com representação no Brasil disponibiliza excelentes caixas para montagem eletrônica em trilho DIN conforme mostrado na Figura 18. Contudo, os produtos são direcionados ao desenvolvimento de placas que se adequem as suas dimensões. Levando em consideração que o módulo principal do projeto teria como placa um Raspberry PI, critério que levou a não aquisição dos produtos desse fornecedor, pois não seria possível obter um acabamento mais próximo de um produto final da plataforma de automação para este trabalho. As pesquisas levaram então a empresa austríaca Italtronic que desenvolve caixas de montagem em trilho DIN específicas para Raspberry PI.

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