UNIVERSIDADE VILA VELHA CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO CÁSSIO CAPUCHO PEÇANHA

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1 UNIVERSIDADE VILA VELHA CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO CÁSSIO CAPUCHO PEÇANHA Ambiente Inteligente Controlado por Dispositivos Móveis VILA VELHA 2012

2 CÁSSIO CAPUCHO PEÇANHA Ambiente Inteligente Controlado por Dispositivos Móveis Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a Universidade Vila Velha como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Ciência da Computação. Orientador: Prof. Msc. Marcello Novaes VILA VELHA 2012

3 CÁSSIO CAPUCHO PEÇANHA Ambiente Inteligente Controlado por Dispositivos Móveis BANCA EXAMINADORA Prof. Msc. Marcello Novaes Universidade Vila Velha Orientador Prof. Msc. Marcelo Oliveira Camponez Universidade Vila Velha Prof. Msc. Marcelo Brunoro Trabalho de Conclusão de Curso aprovado em / /2012.

4 Autorizo que a UVV, sem ônus, promova a publicação de minha monografia em página própria na Internet ou outro meio de divulgação de trabalho científico. ASSINATURAS Prof. Msc. Marcello Novaes Universidade Vila Velha Orientador Cássio Capucho Peçanha Universidade Vila Velha 12/11/2012

5 Agradecimentos Gostaria de agradecer à minha família pelo suporte durante essa fase da minha vida, principalmente à minha mãe. À todos de meu convívio diário, agradeço a paciência que tiveram nos momentos de tensão e nervosismo. Agradeço ao professor Marcello Novaes, meu orientador, que acreditou e apoiou o projeto desde o início ajudando a vencer os empecilhos que surgiram ao longo do caminho. Juntamente com ele, agradeço ao amigo Caio Vinícius Domingos do Prado, desenvolvedor do projeto paralelo, que deu suporte ao desenvolvimento deste. Sou grato aos demais professores que participaram de minha jornada de conhecimento. Muitos serviram de molde para minha formação. Minha vitória é compartilhada com meus colegas de curso, que se tornaram muito mais do que isso. Amigos que levarei ao resto de minha vida. Dedico também meu sucesso à pessoa em especial que ganhou destaque em minha vida no último ano, da qual gosto muito e agradeço o carinho com que me tratou nos momentos mais difíceis. A todos esses, muito obrigado.

6 Mas o que é real? Você não pode descobrir a verdade, você só escolhe a mentira da qual mais gosta Marilyn Manson

7 LISTA DE TABELAS 1 Classificação de residências quanto ao nível de controle Validação de Segurança Controle via Mobile Controle de Iluminação Controle de câmera de segurança Controle de projetor Gerenciamento de perfis Autenticar Selecionar Dispositivo Selecionar Perfil Enviar Ação Manter Usuário Manter Perfil Manter Dispositivos

8 LISTA DE FIGURAS 1 IHomeClub itach IP 2 Contato Seco itach IP 2 IR Requisição POST Diagrama de Casos de Uso Classes Android Diagrama de Sequencia Fluxo de Telas Tela Home Tela Comodos Tela Dispositivos Tela Iluminação Tela Projetor Tela Câmera Tela Cenários Tela Configuração Tela de Gerência de Dispositivos Tela de Gerência de Usuários Tela de Cadastro de Usuários Tela de Gerência de Cenários Tela de Cadastro de Cenários Fluxo Básico de Funcionamento

9 SUMÁRIO RESUMO ABSTRACT 1 Introdução Motivação Justificativa Objetivo Residências Inteligentes Introdução Taxonomia As Residências Inteligentes Sob Um Novo Contexto A Evolução da Residência Inteligente A Introdução da Lâmpada Incandescente As Primeiras Casas do Futuro A Segunda Guerra A Maravilha do Pós Guerra A emancipação da Mulher A Primeira Onda da Automação Residencial A Era dos Ambientes Inteligentes Pesquisa de Mercado 36

10 3 Fundamentação Teórica Programação Orientada à Objetos Redes de Computadores Aplicações Multimídia de Rede Protocolo HTTP Android Android Open Handset Alliance Kernel Linux Máquina virtual Proposta Tecnológica Framework Hades Tools Infraestrutura Consumo do Framework Implementação de Novos Módulos Interface com o Usuário Desenvolvimento da Aplicação Mini-mundo Análise de Requisitos Casos de uso Atores Tabela de Casos de Uso Arquitetura Cliente Servidor

11 6.4.3 Visão Sistêmica Conclusão 75 REFERÊNCIAS 76

12 RESUMO Devido aos grandes avanços tecnológicos e a evidente demanda por segurança e comodidade, a automação residencial tem ganhado destaque no mercado atual. Com o objetivo de integrar dispositivos e sensores de uma residência, a automação proporciona um maior conforto e segurança aos usuários, centralizando todo o controle em um único dispositivo. Entretanto, os custos destes projetos se encontram com valores muito elevados, tornando-os inacessível para a maioria da população. Este trabalho teve como objetivo propor uma nova solução ao projeto de automação, a fim de reduzir custos e manter o mesmo padrão de qualidade. Para isso, foram pesquisados novos componentes e métodos de aplicação, que estivessem de acordo com a proposta. A utilização do framework Hades Tools foi ao encontro dos interesses do projeto, atendendo as suas necessidades. Também foi definido que o sistema seria a plataforma mobile Android, cumprindo com os requisitos especificados. Palavras-Chave Automação, Android.

13 ABSTRACT Due to advances in technology and the evident demand for safety and comfort, the home automation has gained prominence in the current market. Aiming to integrate devices and sensors in a home, automation provides greater comfort and safety for users, centralizing all control in a single device. However, the costs of these projects are with very high values, making them inaccessible to most people. This work aimed to propose a new solution to the automation project in order to reduce costs and maintain the same standard of quality. For that, we researched new components and application methods, which were in agreement with the proposal. Using the Tools framework Hades was to meet the project interests, meeting their needs. It was also decided that the system would be the Android mobile platform, complying with the requirements specified. Keywords Automation, Android.

14 13 1 Introdução Atualmente, o mercado de automação tem crescido consideravelmente e a área de Domótica (Automação Residencial) tem apresentado grande destaque. Um ambiente pode possuir um grande número de equipamentos elétricos e eletrônicos e a possibilidade de integração desses equipamentos é algo concreto. Todavia, se mantêm com um custo elevado. A proposta do desenvolvimento deste trabalho surgiu a partir da necessidade de reduzir os custos do projeto e propor outras soluções que atendam aos requisitos, além da busca por novas tecnologias que possam ser empregadas no mesmo. A interconexão entre os dispositivos busca uma operação em conjunto das atividades. Com esta facilidade de manipulação tem-se, como reflexo, uma economia nos gastos de energia elétrica. Além do conforto, a Domótica pode proporcionar segurança, agregando a esta integração dispositivos de segurança como sensores de presença, streaming de câmeras de segurança, entre outros. Nesse contexto o projeto desenvolvido apresenta a integração de dispositivos através da utilização do framework Hades Tools, que será responsável pelo controle físico dos equipamentos e disponibilizar o servidor para o projeto. O desenvolvimento da interface com o usuário se faz através de uma aplicação Android, para acesso através de dispositivos mobile em geral. No protótipo montado para exemplificação foi agregada uma câmera de segurança motorizada, que inicialmente não recebe suporte do framework, mas obtem uma total integração a partir da implementação de um drive para mesma. Serão apresentadas neste trabalho, tecnologias utilizadas para o desenvolvimento do projeto, descrevendo detalhadamente os itens a serem utilizados e a descrição de implementação do projeto.

15 Motivação A automação domiciliar surgiu da crescente busca por comodidade e segurança nas residências. O que um dia pôde ser considerado uma grande evolução como o controle remoto de eletrônicos, hoje não passa de um dispositivo padrão entre os aparelhos e tem importância altamente significativa. Cada vez mais surge a necessidade de integração de dispositivos para que possam centralizar todo o controle de um determinado ambiente em um único lugar, visando não só comodidade, mas também a praticidade. Essa evolução não busca apenas conforto, mas também segurança, permitindo vigiar casas à distância, monitorando todas as ações ocorridas em determinado local. Nos dias atuais, tal monitoramento tem sido de suma importância devido ao crescente índice de criminalidade. A possibilidade de mesmo a distância, manter todo o controle de uma residência, permite maior liberdade ao usuário, possibilitando deixar o ambiente com maior confiança e segurança, passando a idéia de que mesmo longe, conseguirá manter a área protegida como se esta estivesse sob completo poder. No mercado atual é possível encontrar sistemas que permitem tal integração, centrando todo o controle em dispositivos como tablets, celulares dentre outros. Mas estes ainda se encontram em constante evolução e por serem uma tecnologia nova, mantêm-se com um custo muito elevado, tornando-se inacessível para pessoas que não possuem uma renda compatível. Uma excelente tecnologia, mas centrada na mão de poucos. 1.2 Justificativa Sistemas de automação residencial vêm se destacando cada vez mais no mercado atual, com grande crescimento, que vem acompanhado do desenvolvimento de novas tecnologias e meios de controle, até então inovadores. Assim como celular, smartphones e até mesmo controles remotos, quando apresentado aos adéptos como uma nova tecnologia que lhes proporciona uma maior comodidade, seus usuários não se imaginam privados de seu uso, que passa a ser uma ferramenta essencial no dia a dia. Deste modo, tem ocorrido com a integração dos dispositivos por meio da Domótica. Mas, como toda nova tecnologia, esta se mantém

16 15 um custo muito elevado, o que dificulta a difusão da mesma. 1.3 Objetivo Esse trabalho tem como objetivo a criação de um sistema capaz de controlar dispositivos elétricos e eletrônicos presentes em um ambiente doméstico, apresentando as informações de forma centralizada em um único dispositivo através do acesso por aplicativo mobile. O controle físico dos equipamentos será feito através da utilização do framework de automação Hades Tools, bem como estará presente também no projeto com um servidor embarcado. O controle pelo usuário será apresentado pela aplicação Android, de maneira intuitiva e de fácil utilização.

17 Residências Inteligentes Introdução A chegada da eletricidade nas residências foi um grande marco de sua evolução, esta modificou de maneira significativa a vida dos moradores. Além da iluminação, surgiram novas formas de entretenimento, por muito tempo o rádio passou a ser o ponto social da casa, a tomada determinava sua localização e assim a localização dos demais móveis eram arranjados em relação a este. Assim como o rádio teve importante papel social, o mesmo ocorreu foi com o televisor, telefone dentre outros. O modelo como estes equipamentos e serviços são agregados à residência pouco mudou. Cada equipamento possui modelos de negócios distintos e pouca ou quase nenhuma interação entre si. O desenvolvimento de pesquisas na área surge a partir da ideia de arranjar estes serviços de maneira mais eficiente, íntegra e flexível. Através de novos padrões e métricas poderiam ser criados novos produtos e serviços de maneira mais eficientes, a fim de auxiliar os moradores em suas rotinas diárias e trazendo mais conforto e segurança ao ambiente Taxonomia Quando se refere ao contexto de automação residencial e residências inteligentes o termo Smart Home é o mais utilizado. Há um grande equivoco quanto aos termos automação residencial, residências inteligente, domótica, casa do futuro entre outros, estes tem sido banalizados e empregados como sinônimos. Esta confusão ocorre devido à complexidade de determinar critérios para distingui-las. A tabela 1 apresentada a seguir utiliza tecnologias e serviços como diferencial entre classificações [Bolzani 2010].

18 17 Tabela 1: Classificação de residências quanto ao nível de controle Tipo de Casa Características Elementos Eletrificada Controle manual e local de iluminação e cargas Infraestrutura de energia elétrica. Eletrodomésticos Automatizada Controle automático de Eletrônicos programáveis. iluminação e cargas (intra residencial) Dispositivos individuais de controle. Comandada Controle remoto de iluminação Infraestrutura de redes e cargas (intra resi- doméstica. Dispositivos dencial) de comando remoto. Espaços físicos conectados. Conectada Reação. Controle remoto Rede de acesso. externo. Troca de dados Gatways. Dispositivos remota. externos de controle. Pessoas conectadas. Acesso a serviços e informação. Espaço social, tecnológico e físico conectados. Inteligente Reação. Controle remoto Dispositivos auto configuráveis externo. Planejamento. e autônomos. Troca de dados remota. Robôs. Substituição do Conhecimento. Eventos. ser humano nas tarefas.

19 Domótica A palavra domótica surgiu do latin domus que significa casa. É a ciência moderna de engenharia das instalações em sistemas prediais. Caracteriza-se por ser uma ciência multidisciplinar com foco de estudo na relação do homem com a casa. A inserção de usuários sem prévia aprendizagem em relação ao contexto do ambiente mostra a necessidade de técnicas para gerenciamento da complexidade da interação entre o ambiente e o usuário. As denominações de mesmo valor utilizadas em outros países como Domotics em inglês, Domotique em francês e Domótica em espanhol, tem perdido popularidade, pois além de gerar confusão, não são bem avaliadas como termo para comércio [Bolzani 2010] Automação Residencial Automação Residencial é um ramo derivado da automação predial com apelo especial a operações no âmbito doméstico. Efetua o controle de equipamentos elétricos e eletrônicos sem a necessidade de intervenção humana, através de algum sistema de controle. Comumente utiliza-se de sensores para tomada de decisão, disparando ações ou mudando o ambiente. Uma residência inteligente faz o uso de Automação Residencial para controle do ambiente, sendo assim a residência não é denominada inteligente apenas por possuir automatização de dispositivos [Bolzani 2010] O Termo Inteligente O uso do termo inteligente para reconhecer certos ambientes mais evoluídos requer cuidados. De acordo com Norving e Russel, a Inteligência Artificial é o estudo de agentes. Um agente é tudo o que pode ser considerado capaz de perceber seu ambiente por meio de sensores e de agir sobre esse ambiente por intermédio de atuadores. Sendo agentes aqueles que podem tomar decisões de acordo com uma determinada situação e que venha a proporcionar maior desempenho desta, agregando um grau de autonomia e podendo ter seu estado inicial modificado [Norving 2002]. Sendo assim, utilizando conceitos baseados na Inteligência Artificial, desde que um ambiente atenda a estes requisitos acredita-se que pode ser denominado inteligente.

20 O Conceito de Residências Inteligentes Não existe ainda nenhuma definição amplamente aceita a respeito de residências inteligentes, mas há uma concordância a respeito dos requisitos mínimos que se espera de um ambiente automatizado. Esta deve proporcionar uma maior comodidade aos seus habitantes, promover maior segurança, promover a execução de tarefas automaticamente, otimizar o uso de recursos naturais e não causar transtornos aos usuários quanto a detalhes tecnológicos de funcionamento. De acordo com ISTAG, a Inteligência de Ambientes deriva da convergência de três tecnologias chave: Computação Ubíqua, Comunicação Ubíqua e Interface Amigável com o usuário. Quando a convergência for alcançada, humanos serão rodeados por interfaces inteligentes sustentadas por tecnologias de computação e de rede embutidas em objetos do dia-a-dia como móveis, roupas, veículos, estradas e materiais inteligentes, mesmo em substâncias decorativas como tinta [ISTAG 2003] As Residências Inteligentes Sob Um Novo Contexto Com a popularização do conceito de ambientes inteligentes sugem dúvidas envolvendo os benefícios de possuir eletrodomésticos conectados em rede. Entretanto nunca houve uma época tão prospera à adoção de novas tecnologias quanto a atual Aspectos Espaciais Tempos atrás, casas se tratavam apenas de arranjos de espaços, com a chegada da água encanada e eletricidade começaram a tornar mais claras as diferenças funcionas entre os cômodos. Mais do que simples cômodos, uma residência é uma área de vivência, um espaço emocionalmente ativo, com um contexto sociocultural. Nesse contexto torna-se complexa a implementação de tecnologias no ambiente que atuaram junto aos moradores e que não deva interferir de maneira negativa no cotidiano destes. Buscando um modelo conceitual para caracterizar as funções incorporadas ao ambiente, este se divide em três espaços mutualmente exclusivos: espaço físico, social e tecnológico. O Espaço físico, comparado com outros, dificilmente sofrerá alterações durante a vivência da família. Este é formado pelo agrupamento de subespaços, que são os

21 20 cômodos, determinados pela sua funcionalidade. O espaço tecnológico é caracterizado pela quantidade de tecnologia empregada, avaliando também o tamanho do espaço e membros deste, a contribuição na qualidade de vida e o uso dela para fins familiares. Neste estará persente o sistema de controle das residências. O espaço social possui elementos dinâmicos e sutis, o que faz com que este se torne o mais complexo de todos. É compreendido não só pelo espaço onde a família desenvolve suas atividades, mas também se relacionam socialmente. O estudo desse espaço pode transparecer necessidades de serviços a serem desenvolvidos. A combinação dessas três análises de espaço possibilitam o desenvolvimento de um projeto conciso com a necessidade dos morados, demonstrando que cada ambiente apresenta peculiaridades de acordo com seus moradores. Desafios O desafio em relação ao aspecto social está relacionado às atividades desenvolvidas diariamente, a maneira como tem-se desvinculado as funções antes determinadas aos cômodos físicos. As separações em cômodos já não limitam mais os papeis que esta vem a desempenhar [Bolzani 2010] Aspectos Tecnológicos Um dos principais conceitos implantados atualmente no campo de controle residencial é a computação ubíqua, este novo modelo é representado como um computador genérico, distribuído pela casa, com papeis a desempenhar bem definidos. A computação ubíqua tenta unir tecnologia ao modo de vida, com pequenos dispositivos integrados, servindo a múltiplos usuários pela casa. Sobre este novo modelo de controle, certos pontos ganham destaque em relação aos antigos sistemas centralizados, como: Equipamentos podem ser adquiridos de acordo com as necessidades, devido à facilidade como novos elementos podem ser integrados ao projeto; Na maior parte dos casos de falha, estas são localizadas e não globais; Nós de controle podem ser alimentados por fontes de carga diferentes, eliminando cabos e chaveamento à distância de cargas e potência;

22 21 Os nós de controle tendem a possuir uma resposta mais rápida. Computadores pessoais, Internet e telefones celulares tem despertado interesse e sido responsáveis pela fácil adaptação das pessoas às novas tecnologias. O uso da Internet tem favorecido o nível das integrações de topologias diferentes, com isso além de controle de dispositivos eletrônicos básicos (iluminação, ar-condicionado, etc), passaram a serem observados os novos requisitos dos sistemas para telefonia, voz, dados e imagens. Desafios Ambientes residenciais são bastante complexos, com grande variação de tempo e espaço em relação aos seus atributos físicos. Durante essa variação de contexto o sistema deve se adaptar, mas não se faz pertinente aos usuários programação para ajustar o comportamento do sistema, principalmente se isso demandar programação computacional. Arquitetura de Sistemas A arquitetura de um projeto de automação residencial deve prover meios de tratar a heterogeneidade de um ambiente computacionalmente ativo. Interfaces separam o controle pelo meio físico, qualquer manipulação direta com dispositivos deve ser evitada. A arquitetura do sistema tende a ser modular e extensiva. Redes de Comunicação Todos os equipamentos disponíveis em um ambiente automatizado estão diretamente ligados a uma rede, na qual faz a comunicação dos dados utilizados em sua operação. No ambiente está presente uma grande diversidade de tipos de tráfego, todos devem ser transparentes ao usuário, dinamicamente configuráveis e amplamente disponíveis. As redes domésticas tem importante papel no surgimento de novas aplicações e serviços da área. No planejamento da rede doméstica é levado em consideração a descrição de hierarquia do sistema além de uma metodologia para interligar dispositivos que se comunicam de formas diferentes. Existe uma infinidade de tipos de redes domesticas e nenhum padrão definido, o que causa desconfiança no usuário, que se sente inseguro na escolha de qual tipo adotar. Quanto a ambientes inteligentes, se faz muito importante o acesso remoto, o envio e recebimento de informações através de uma rede de acesso.

23 22 Algoritmos Um ambiente inteligente está sujeito a constante alteração no espaço, portanto, algoritmos desenvolvidos devem trabalhar de modo que venham a cobrir essa instabilidade, sendo capaz de se adaptar dinamicamente a adição e exclusão de dispositivos. Modelo de Programação A qualidade dos sistemas desenvolvidos influencia diretamente no sucesso do projeto. Através deles é possível maximizar a utilização dos recursos. As atividades de programação podem estar além da capacidade dos membros do ambiente, sendo este um dos grandes empecilhos na aceitação dos projetos de automação residencial. Perspectivas de Desenvolvimento O tema tratado motivou entidades privadas e universidades a investirem em pesquisas, mas pela complexidade este ainda depende de grandes gastos com recursos humanos e financeiros. Pesquisas atuais divergem-se em interesses, entre a busca de um padrão e desenvolvimento de um objetivo em comum e a buscas de novas tecnologias, já que a falta de direcionamento pode resultar em novas descobertas [Bolzani 2010] Aspectos Sociais A automação residencial não está ligada somente à modernização dos ambientes, mas também a vida cotidiana dos usuários, que tem exigido melhor eficiência e flexibilidade na execução das tarefas diárias ao mesmo tempo em que se aumenta também a necessidade de um lugar como o lar, para relaxamento. Desafios Contexto Socioeconômico Comparado com outros setores, pouco se desenvolveu em questão de ambientes residenciais. A teoria do consumo visível apresentado por Charles Husts afirma que um indivíduo tende a gastar a maior parte de sua renda em bens visíveis, devido a emulação de um nível superior de status. Carros, roupas e joias são exemplos de consumo visível. Em contrapartida pouco se gasta com entretenimento, educação, saúde, mobília, entre outros [Charles E. Husts 2007]. Desta maneira, o interior da casa se torna o lugar menos visível e provem de pouco

24 23 investimento. Privacidade e Segurança Grande parte das ações tomadas em um ambiente é baseado em informações consequentes de monitoramento do mesmo. O vazamento destas informações acarreta em risco a segurança dos moradores. Confiança e Aceitação Há um nível de ceticismo quanto à adoção de novas tecnologias em ambiente residencial. Segundo Friedewald e Costa são fatores a serem levado em consideração: Nem tudo que é tecnologicamente possível é aceito; As pessoas precisam ser capazes de adquirir tecnologia (dinheiro, tempo, etc.); Consumidores podem usar a tecnologia e não confiarem nela [Friedewald 2003] Aspectos Ambientais A automação residencial propõe um maior controle do ambiente, promovendo assim uma otimização dos recursos gastos, deste modo, projetos do tipo diminuiriam o uso de recursos gastos como água, eletricidade, dentre outros Aspectos Saúde O monitoramento de um ambiente inteligente vai além de questões de segurança, pode estar relacionada a questões de monitoramento de saúde, como auxílio aos cuidados de pessoas com debilidades, como por exemplo, o monitoramento de sinais vitais. Pode ser aplicado também no suporte a idosos no desempenho de papeis do cotidiano Aspectos de Mercado O mercado atual de automação residencial ainda apresenta características que demostra uma falta de amadurecimento, como a fragmentação dos modelos de negócio, dependência de tecnologia para prestação de serviço e fortemente dependente de um fim que justifique o desenvolvimento de uma estrutura comercial e técnica [Bolzani 2010].

25 24 Mercado Nacional Os fabricantes de produtos destinados a automação residencial no Brasil ainda são compreendidos por pequenas e médias empresas, que produzem particularmente para seus interesses, enquanto não existe nenhum padrão dominante.

26 A Evolução da Residência Inteligente Os conceitos de ambientes inteligentes sempre estiveram presentes em livros, TVs e filmes de ficção científica, com muito apelo a imagens, foram fonte de inspiração a criação de novos artefatos. A partir do final do século passado, a chegada da Internet trouxe acesso as mídias digitais e novos paradigmas de convívio social. Desde então houve uma constante inserção da tecnologia no ambiente residencial, mas grande parte das ideias referentes à tecnologia do futuro, criadas na época, ainda não foram concretizadas por falta de tecnologia, como o carro voador. Em contrapartida, casas automatizadas também não são muito comuns, embora a tecnologia já possibilite tal feito. Há anos, muitas empresas já mostraram ser capazes de controlar dispositivos remotamente, porém esta tecnologia ainda não tem se mostrado tão conveniente a convencer usuários simples de sua necessidade. Analisar transformações sociais ao longo dos anos e conhecer a história da tecnologia no foco residencial ajuda na identificação de métodos modernos para o desenvolvimento de projetos que estejam de acordo com as necessidades dos tempos atuais. Devido à complexidade dos projetos, grande parte do tempo para o desenvolvimento de projetos é dedicado à análise do ambiente, entender o estado da arte e avaliar as necessidades dos moradores [Bolzani 2010] A Introdução da Lâmpada Incandescente Ao final do século XIX, em 1870, Thomas Edison inventou a lâmpada incandescente e alterou drasticamente o estilo de vida das pessoas. Ela impulsionou o desenvolvimento e implantação da infraestrutura de geradores de energia, sistemas de distribuição e materiais elétricos. Também tornou viável a implantação de linhas de transmissão e a instalação de cabeamento de cobre sob as ruas, um processo até então complexo e custoso. Motivando assim o desenvolvimento de equipamentos que também faziam uso de linhas de distribuição de energia [Bolzani 2010]. No início consumidores acreditavam que apenas um ponto de energia seria suficiente para suas necessidades, devido à falta de equipamentos que justificasse a necessidade de outro ponto [Forty 1992].

27 26 Os primeiros eletrodomésticos começaram a surgir no final do século XIX, como o ferro elétrico de passar roupas (1882) e o ventilador elétrico (1890). Já no início do século XX houve o surgimento do aspirador de pó a vácuo (1901) e da máquina de lavar roupas (1909) [IEEE 2008]. Em 1915, as caixas de gelo começaram a substituídas com pelo refrigerador. A utilização de novos núcleos ferromagnéticos resultava em diminuição do tamanho dos motores elétricos e queda no preço, contribuindo assim para o crescimento na venda de eletrodoméstico [Bolzani 2010]. O medo do desconhecido foi um grande obstáculo na consolidação dos produtos no mercado, a eletricidade ainda não era popular e muitas donas de casa a viam como uma fantasia [Bolzani 2010]. Propagandas da época davam a ilusão de que com os novos aparelhos uma pessoa conseguiria concluir rapidamente suas atividades e ainda ter tempo para seu descanso [Hardyment 1988]. Porém com a introdução dos eletrodomésticos, embora mais fácil, as atividades passaram a ser mais frequentes, os padrões de higiene mudaram e donas de casa necessitavam de mais tempo para executar todas as tarefas [Mokyr 2000] As Primeiras Casas do Futuro Durante o início da década de 1920, 35% das residências americanas já possuíam eletricidade [DeLong 2009] e muitas mulheres já estavam familiarizadas com a energia elétrica em seus locais de trabalho. Mulheres ocuparam postos de trabalho abertos pela Primeira Guerra [Sprenger 1993]. O termo Casa do Futuro começa a ganhar destaque na década de 1930 pelo incentivo à venda de eletrodomésticos. Em 1930 a General Eletric (GE) apresentava a House of Magic nas feiras americanas, inicialmente um laboratório de desenvolvimento de novas tecnologias criado em 1900, faziam parte deste os melhores engenheiros da época. De lá surgiram equipamentos residências que fazem parte da linha da GE até hoje. O sucesso do laboratório fez com que este se transformasse em um showroom itinerante de novos produtos [Bolzani 2010]. Em 1934 a Westinghouse construiu a Home of Tomorrow, uma residência-laboratório onde engenheiros funcionários da empresa moravam temporariamente com suas famílias para testarem novos conceitos, como ar-condicionado, portão automático, portas deslizantes automáticas, lavandeira com equipamentos elétricos, alarme de segurança, 140 tomadas, 320 pontos de luz [Corn 1988].

28 27 Para celebrar as inovações em arquitetura, ciência, transporte e tecnologia, em 1933 foi criada a Feira Mundial de Chicago. A Home of Tomorrow destacava-se exaltando os benefícios das casas modernas e demonstrando novas técnicas de construção e de emprego de materiais. A feira teve fim em 1936, muitas das casas apresentadas foram transferidas de lugar e umas resistem até hoje [Bolzani 2010] A Segunda Guerra Durante o período de 1939 a 1940 os Estados Unidos apresentavam em Nova York a The World of Tomorrow, uma feira que exibiam maravilhas futurísticas e enfatizava os benefícios do modo americano de se viver [Bolzani 2010]. No início da Segunda Guerra, a maior parte das residências dos Estados Unidos já possuíam eletricidade, certa de 80%, destas quase todas possuam ferros elétricos, dois terços tinham máquinas de lavar roupas e refrigeradores [DeLong 2009]. Durante a guerra a mulher começa a ganhar destaque, propagandas demonstravam que eram capazes de exercer papeis dos homens, deixando-os livres para servirem as forças armadas [NWHM 2008]. Embora houvesse uma mudança no panorama mundial após a guerra e parte dos combatentes tenha voltado aos seus postos de trabalho, este período foi crucial para o desenvolvimento da tecnologia domésticas nos anos posteriores [Bolzani 2010] A Maravilha do Pós Guerra Com o final da Segunda Guerra Mundial a situação se reverteu e a mulher se volta ao papel de doméstica. Muitas das que se mantiveram nos postos de trabalho se sujeitaram a salários inferiores aos dos homens [IEEE 2008]. Propagandas mostravam mulheres em casa se despedindo dos maridos que saiam para o trabalho, fortalecendo a imagem da mulher como doméstica [Bolzani 2010]. O modelo de residências foi alterado, abrindo espaço para refrigeradores, máquinas de lavar roupas e introduzindo o conceito de sala de TV, visto o crescimento na venda de televisores [Harper 2003]. Durante a década de 1950, revistas especializadas em mecânica e eletrônica já apresentavam alguns projetos de automação residencial, como iluminação automática com sensores de presença, aquecimento de piso, janelas que respondiam ações conforme condições climáticas, entre outros [Stimson 1954].

29 A emancipação da Mulher Com o início da década de 1960, o antigo estereótipo da mulher como dona de casa estava ameaçado. As mulheres estavam mais independentes e querem conquistar o mercado de trabalho, sendo sustentadas pelas promessas de novos eletrodomésticos que aliviaram o trabalho para que pudessem se dedicar as novas atividades [Harper 2003]. Em 1974, com o início da Crise Mundial do Petróleo, o valor deste subiu drasticamente, obrigando as pessoas a procurarem novas fontes de energia, indo de encontro com a energia elétrica [Bolzani 2010]. Para reduzir os efeitos da grande demanda nos horários de pico, começam a lançar sistemas de tarifas diferencias para incentivo no uso em horários pouco explorados [Horstmann 2008] A Primeira Onda da Automação Residencial Durante a década de 1970, videogames, videocassetes e computadores pessoais começam a disputar conexões com a TV, comumente tomada pela antena, começa a surgir assim a necessidade de interligar equipamentos. Foi iniciado então o trabalho de padronização dessas conexões, surgindo em 1977 o SCART (Syndicat des Constructeurs dappareils Radiorécepteurs et Téleviseurs, conhecido também por Péritel ou Euroconnector), a primeira forma de interligação em rede de eletrodomésticos. Através de cabos e conectores SCART, sinais analógicos de áudio e vídeo, e alguns de chaveamento eram transportados de um equipamento a outro, de forma encadeada, eliminando a necessidade da troca de conexões [Bolzani 2010]. No início dos anos 1980, grande parte dos moradores do Reino Unido já possuía TV em cores e metade já possuía videocassete [BOWDEN 1994]. Também se fortaleceram no mercado fornos de micro-ondas, freezers e secadoras de roupas, também houve a introdução dos telefones sem fio [Kruesi 1982]. Dentre os eletrodomésticos de linha branca (fogão, geladeira, etc.), os fornos micro-ondas foram os primeiros a receberem microprocessadores atuando no gerenciamento de funções e teclados com dígitos. Máquinas de lavar roupas e máquinas de lavar louças foram incorporando teclados e microprocessadores ao longo do tempo. Chaves eletromecânicas era um limite físico para criação de mais operações e ciclos [BELL 1985]. A inserção de circuitos integrados e semicondutores na produção dos eletrodo-

30 29 mésticos, do ponto de vista do fabricante, torna mais flexível o sistema de produção no chão de fábrica e traz confiabilidade dos circuitos de controle, reduzindo gastos com manutenção e aumentando a garantia dos aparelhos. Do ponto do cliente possibilita um melhor design, menor e reduz o consumo de energia [Fiedler 2004]. A utilização de circuitos integrados e semicondutores incentivaram desenvolvedores para novas aplicações. A lógica eletrônica miniaturizada viabilizava meios para a troca de informações entre eletroeletrônicos e assim os controla à distância [Fiedler 2004]. O panorama do início dos anos 1980 abriu espaço para o desenvolvimento da automação residencial. Empresas começam a criar pilotos para mostrar suas soluções e produtos. Assim, indústrias começam a investir vigorosamente em padrões de redes de comunicação para interconexão de eletroeletrônicos [Bolzani 2010] Iniciativas Europeias A criação do X10 em 1975 foi de grande importância para a automação residencial, um sistema para controle de dispositivos remotamente, que faz o uso da própria rede elétrica para comunicação de sinais [Bolzani 2010]. Se utilizando da mesma ideia do SCART a Philips criou, ainda na década de 1970, a especificação do D2B (Domestic Digital Bus), primeiramente criado como um protocolo para comunicação audiovisual que fazia o uso de pinos do SCART que se tornou padrão na Europa e Japão. O D2B também foi utilizado para controle de equipamentos de som de alta fidelidade e no posicionamento de antena parabólica [Kaplinsky 1981]. Em 1987, a Philips começa a dar atenção ao emprego do D2B no mercado de automação e convence os japoneses a agregarem este ao Home Bus System (HBS), mundialmente aceito, exceto pelo Estados Unidos. Em 1991, foi incluído no projeto ESPRIT Home Systems uma extensão do D2B [Wacks 1992]. O National Economic Development Ofiice (NEDO) do Reino Unido tomou a frente na pesquisa de automação residencial na Europa, lançando em 1980 um documento sobre o assunto e posteriormente, em 1984, iniciando uma força tarefa denominada Interactive Home Systems. As reuniões promovidas pelo NEDO incentivaram empresas a colaborarem entre si para desenvolvimento de sistemas residenciais [Bolzani 2010]. A criação do programa Eureka em 1985 e presente até hoje, promove a competividade e aumento da produtividade das indústrias no mercado europeu. Em virtude do sucesso alcançado pelo programa, surgiu em dezembro de 1986 o Eureka Integra-

31 30 ted Home Systems (Eureka-IHS), propondo um padrão para sistemas residências. A Eureka-IHS retomou discursões iniciadas pelo NEDO, resultando em especificação de diversos protocolos em vários meios de transmissão e um rascunho de uma linguagem de controle. Em 1989 esses resultados foram utilizados pelo programa ESPRIT HS HOME (ESPRIT Home Systems HOME, ), que faz parte dos projetos ESPRIT, criado pela Comissão Europeia (CE) como incentivo a produção e pesquisas de tecnologia da informação [Dootingh 1990]. Depois do lançamento da arquitetura ESPRIT HS a CE começou a ver necessidade em cuidar os direitos intelectuais do projeto, encorajando assim outras empresas a se associarem aos trabalhos desenvolvidos por este. Desta maneira surgiu em 1992 a EHSA (European Home System Association)[Bolzani 2010] Iniciativas Japonesas Companhias japonesas foram as primeiras a demostrarem real interesse em desenvolver sistemas completos de controle doméstico. Os primeiros projetos datam de 1978, criados pela Hitachi e Matsushita [Cawson Leslie Haddon 1995]. Em 1981 surge a intenção de padronização, resultando no surgimento do padrão Home Bus System (HBS), em Posteriormente surge o Super HomeBus System (S-HBS), padrão compatível com o HBS, mas com serviços direcionados a conjunto de apartamentos [Hamabe Fukuoka Inst. of Technol. 1988]. Em 1989 a TRON Intelligent House em parceria com a Universidade de Tókio desenvolveu o projeto de uma casa piloto, que já contava com a integração de dispositivos com telas presente em cômodos que exibiam informações destes. Também estavam presentes sistemas de controle de temperatura e umidade Iniciativas Norte-Americanas O primeiro produto do ramo de automação a ser comercializado no Estados Unidos foi o X10. A Honeywell foi a primeira empresa a apostar no conceito de automação residencial para seus produtos, iniciando sua pesquisa em 1978 com a construção de uma casa piloto, pondo em comercialização em 1980 produtos com a nova tecnologia de rede de comunicação e lançando em 1992 a linha Total Home nos Estados Unidos[Bolzani 2010].

32 31 A General Eletric associada com a Pico/X10 lançou em 1984 o sistema HomeMinder que permitia controlar módulos X10 através do controle remoto [Fichetti J. Horgan 1985]. Entretanto, mesmo apresentando soluções inovadoras o departamento da GE responsável pelo produto foi fechado, fazendo este sumir do mercado [Rye 1999]. Na intenção de criar um apoio ao desenvolvimento de novos produtos de automação residencial, surgiram duas grandes iniciativas na década de 1980, o CEBus (Consumer Electronic Bus) e o SmartHouse. Em 1984, empresas participantes do Consumer Electronics Group da EIA (Electronic Industries Alliance) uniram-se na tentativa de definir um protocolo padrão para equipamentos residenciais, tentativa iniciada dois anos antes em busca de um padrão para transmissão de sinais infravermelhos. Em 1992 o padrão CEBus foi lançado, apresentando ao publico na Bright Home, uma casa desenvolvida com a infraestrutura necessária ao suporte do padrão [Davidson 1992]. Aproveitando-se de uma emenda que permitia às empresas organizarem-se para pesquisas e desenvolvimento, a National Association of Home Builders Research Foundation (NAHB), representante de construtores de residências e pequenos prédios, formou a Smart House Limited Partnership e lançou o projeto Smart House em A intenção era desenvolver um sistema que permitisse a presença de energia em um cabo se somente um dispositivo solicitasse. Posteriormente a idéia de um projeto de automação ganhou destaque resultando em um protótipo em Com receio de que o mercado de imóveis entrasse em crise devido à espera por um novo padrão de cabeamento, foi lançado um novo sistema em Entretanto a produção de grande parte dos produtos foi postergada [Bolzani 2010] Advento dos Computadores Pessoais O surgimento do computador pessoal como se conhece hoje se deu em 1975 pelo Apple I e desde então se manteve em constante evolução. Na década de 1980 usuários já podiam utilizá-los para entretenimento com jogos ou fazer o uso de processadores de textos e planilhas. Não demorou muito até o surgimento de módulos de controle de equipamentos residenciais. Esses módulos de controle eram interfaces que convertiam sinais elétricos de modo que o computador conseguisse interpretar informações de sensores e gerenciar atuadores, como relés de contato. Grande parte desses módulos fazia o uso de portas serial e paralelas do computador e fazia a transmissão direta sem o uso de redes domésticas.

33 32 A exceção eram os módulos X10, que através da rede elétrica permitia o computador atuar controlando intensidade da iluminação, liga-la e desliga-la ou ainda obter informações dos dispositivos. O uso do computador para controle de sistemas de automação apresentava também inconvenientes, como a necessidade de deixar o computador ligado constantemente e pela limitação de hardware, este só poderia executar uma aplicação por vez [Bolzani 2010] A Era dos Ambientes Inteligentes A popularização do computador pessoal e a introdução da internet alterou profundamente o estilo de vida no início da década de Inicialmente o uso do computador estava associado apenas ao trabalho, mas com o tempo ganhou novas funções e se tornou ferramenta básica ao acesso de informação. Essa popularização incentivou o desenvolvimento de novas aplicações e passou a ganhar destaque também como ferramenta social, fortalecendo motivos para sua presença em residências [Venkatesh 1996]. A evolução das interfaces tem possibilitado uma interação mais intuitivas com o computador, fazendo com que a troca de informações seja mais rápida. Entretanto, o modelo tradicionalmente conhecido, com teclado, mouse e monitor causa uma limitação, exigindo a presença física para uma interação. Ao início, pesquisas referentes ao campo de automação focavam principalmente o desenvolvimento de redes e protocolos de sistemas de controle, atualmente outra área tem ganhado um destaque especial, o estudo de interfaces, promovendo múltiplos controles do sistema, através de uma infraestrutura computacional transparente e envolvendo impulsos dos usuários [Bolzani 2010]. O ponto de partida dessa nova geração de pesquisas foi marcado por Mark Weiser, com o trabalho The Computer of the 21st Century de 1991, em que introduzia o conceito de Computação Ubíqua (UbiComp) [Weiser 1991]. A UbiComp necessitava de uma grande disponibilidade de serviços, que por sua vez dependia de recursos tecnológicos não cabíveis a época, acelerando processos de pesquisa durante toda a década de Essas pesquisas necessitavam de uma grande quantidade de protótipos, em apoio, universidades e empresas criavam com a em que usuários pudessem vivenciar situações e cenários com essa nova tecnologia. Ainda com este apoio pesquisas seguem em frente em busca de melhores métodos de desenvolvimento de projetos [Bolzani 2010].

34 Iniciativas Acadêmicas Adaptive House (University of Colorado) Professor da Universidade do Colorado, Michael Mozer comprou em reformou um prédio de uma antiga escola transformando-o em uma residência-laboratório em Através da observação e monitoramento contínuo de dados coletados diariamente, Mozer e sua equipe puderam criar novas técnicas de controle de dispositivos. A análise das informações geradas por sensores permitia reconhecer hábitos diários de seus moradores e dando suporte às suas necessidades. O sistema de controle ACHE (Adaptive Controlo f Home Environments) fazia o uso de redes neurais para gerenciar atuadores que controlavam o ambiente [M.Mozer 2005]. Aware Home (Georgia Tech) Fundado em 1995 por Gregory Abowd e Chris Atkeson, o Future Environment Group (FCE), no Georgia Institute of Thechnology da Universidade da Geórgia, localizado em Atlanta, EUA, tinha como objetivo o desenvolvimento de tecnologia da computação ubíqua e Ficou mundialmente conhecido pelo Living Laboratories, que são laboratórios de pesquisa que serviam como ambientes-protótipos para a produção de aplicações [Bolzani 2010]. MIT House_n (MIT) O House_n foi criado por pesquisadores do departamento de arquitetura do Massachussetts Institute of Technology (MIT). Um projeto multidisciplinar com o objetivo de desenvolver soluções para a construção civil [Bolzani 2010]. MavHome (University of Texas) Desenvolvido na universidade do Texas, por Diane Cook e Sajal Das, focado na criação de residências inteligentes, é baseado em agentes distribuídos responsáveis por atuadores que alteram o meio físico de acordo com informações coletadas por sensores. Com foco no estudo de predição das ações dos usuários [Cook 2003]. Duke Smart Home (Duke University) Iniciado como um plano multidisciplinar para estimular o desenvolvimento de novas tecnologias o Vision for 2010 foi desenvolvido pela Pratt Schll of Engeneering da Universidade de Duke, Carolina do Norte (EUA). A partir dessa iniciativa surge o Duke DELTA Smart House Program, uma casa usada como laboratório, com o objetivo de

35 34 incentivar alunos a novas pesquisas. Em 2003 o projeto foi oficialmente desenvolvido com o codinome Duke Smart Home [Bolzani 2010]. The Interactive Workspace Project (Stanford University) Iniciado em 1991 como uma extensão da pesquisa do uso de grandes telas de alta resolução como interfaces, o projeto surgiu na Universidade de Stanford (EUA). Com grande potencial de interatividade, o uso destas em ambientes inteligentes se torna evidente, a partir daí surgem os primeiros protótipos de ambientes que fazem uso dessas telas e prove uma integração para todos os dispositivos de rede. A versão mais evoluída do projeto conta com telas utilizadas como murais interativos e uma mesa com tela de toque embutida [Fox 2000]. Aura (Carnegie Mellon) Desenvolvido na Universidade Carnegie Mellon, o projeto Aura aplica o conceito de que os problemas que possam vir a ocorrer no ambiente sejam transparentes aos usuários. O ambiente é desenvolvido com um módulo que gerencie os problemas ocorridos no ambiente, para que os usuários não se distraiam e possam continuar a executar suas tarefas diárias [Garlan Daniel P. Siewiorek 2002]. Gator Tech Smart Home (University of Florida) Baseada na plataforma Atlas, a residência-laboratório Gator Tech, desenvolvida a partir de uma arquitetura genérica para a criação de ambientes pervasivos, na Universidade da Flórida, EUA, é inteiramente monitorada por uma rede de sensores sem fio, com o objetivo de coletar os dados sobre a movimentação dos usuários e suas interações com o ambiente gerando dados para que a casa mude os estados de seu ambiente automaticamente [Bolzani 2010] Iniciativas Corporativas EasyLiving (Microsoft) O interesse de Bill Gates (fundador da empresa) no tema e na construção de sua casa em 1995, de 40 milhões de dólares, toda automatizada fez com que surgisse o interesse da empresa em desenvolver plataformas para fomentar soluções para o tema. A EasyLiving foi criado em 1997, para desenvolvimento de ambientes inteligente e interativos, com mecanismos que permitem o uso concorrente de dispositivos [Bolzani 2010].

36 35 Philips HomeLab (Philips) No ano de 1996 foi criado o projeto Vision of the Future, que tinha como objetivo investigar as tecnologias que seriam desenvolvidas no prazo de 10 anos. O projeto rendeu sessenta conceitos que foram desenvolvidos e publicados. Esse projeto mostrou-se útil para disseminar as idéias referentes a ambientes que estavam por vir. A noção de ambientes inteligentes foi proposta na empresa em 1998, após quatro anos de amadurecimento surgiu a HomeLab, uma casa monitorada por câmeras e microfones onde pesquisadores observavam o cotidiano afim de avaliar de um modo mais realista as experiências de interação dos moradores com a tecnologia e propor melhores soluções [Bolzani 2010].

37 36 2 Pesquisa de Mercado O mercado atual de automação residencial está marcado pelo crescimento físico, uma maior divulgação do assunto e um significativo aumento na concorrência. Novas soluções entram no mercado constantemente, e as tendências de negócio mudam a todo o momento. A situação atual oferece grandes oportunidades de trabalho. O caminho percorrido desde a instalação do sistema, passando pelo fornecimento dos equipamentos e sua programação exige profissionais de áreas diversas. O número de empresas que trabalham nesta área no mercado brasileiro, seja como fabricante ou importadora, passou de 21 no ano de 2008 para 46 no ano de 2011, representando assim um crescimento de aproximadamente 120%. Do total de empresas presentes no país, apenas 47% trabalha com fabricação nacional, tendo assim 53% fazendo uso de produtos importados. Também houve um crescimento no número de projetos desenvolvidos entre os anos de 2008 e 2010, representando um aumento de 35 a 40% ao ano. Quanto ao aumento do número de empresas em projetos, houve redução nos preços finais de produtos e serviços, diminuindo pela metade nos últimos cinco anos. Como principais tendências na área se encontram controles universais (incluindo tabletes e smartphones), cuidado e monitoramento de saúde, cuidados com meio ambiente, entre outros [Bolzani 2010]. Em relação aos custos e viabilidade deste projeto foi feito uma pesquisa de mercado e selecionadas empresas consolidadas para avaliação de produto e custos. A empresa selecionada para comparativo, devido a similaridade de produtos, foi a IHC Technologies, distribuidora oficial da Global Caché no Brasil, pioneira no mercado brasileiro, foi a primeira empresa no Brasil a propor a integração de diversas tecnologias em uma única interface, o ihomeclub (disponível apenas para produtos Apple). O IHomeClub se encontra para download sem custos, porém para funcio-

38 37 namento "Full"se faz necessário registo, tendo preço de venda a R$400,00. Segue abaixo a imagem da tela inicial do aplicativo. Figura 1: IHomeClub Para controle dos equipamentos a empresa apresenta o itach IP 2 Infravermelho, que converte informações da rede estruturada para a transmissão em infravermelho, tecnologia utilizada no projeto em dispositivos que apresentam essa forma de controle, como projetores, televisões, entre outros. Este produto necessita estar conectado a um roteador wireless (TCP/IP) e possui um preço de venda de R$ 631,75. Também no mesmo valor se encontra o itach IP 2 Contato Seco, utilizado para converter informações da rede estruturada para acionamento de relés de controle, controle presente no projeto para controle de iluminação. Abaixo se encontram as imagem dos respectivos equipamentos.

39 38 Figura 2: itach IP 2 Contato Seco Figura 3: itach IP 2 IR A solução proposta neste projeto utiliza-se do Hades Tools, que mantem produtos similares e com custo inferior ao apresentado pela IHC Technologies. O produto equivalente a controle de contato seco do Hades Tools mantem um valor de R$337,00 e a ferramenta utilizada para infravermelho, R$262,00. Quanto ao valor aplicado à interface mobile desenvolvida, propõe-se que esta será disponibilizada gratuitamente e sem custos à adição de novos usuários, sem limite de licenças. O administrador do sistema tem liberdade de gerir os demais usuários sem preocupação de custos, tendo liberdade total sobre estes. A ideia é que os curtos sejam aplicados em cima do Hades Tools e do serviço prestado para desenvolvimento do projeto.

40 39 3 Fundamentação Teórica 3.1 Programação Orientada à Objetos A tecnologia de objetos apresenta componentes chaves que fundamentam a mudança no enfoque no processo de modelagem e desenvolvimento de aplicações, trazendo benefícios intrínseco à filosofia. Rumbaugh define orientação a objetos como "uma nova maneira de pensar os problemas utilizando modelos organizados a partir de conceitos do mundo real. O Componente fundamental é o objeto que combina estrutura e comportamento em uma única entidade". Por esta característica de aproximação com o mundo real, esse conceito será aplicado neste projeto, afim de facilitar o desenvolvimento da lógica programação. A tecnologia de objetos oferece modularidade de seus elementos podendo-se tomar um subconjunto existente e integrá-lo de uma maneira diferente em outra parte do sistema. Um objeto é uma ocorrência específica (instância) de uma classe e é similar a uma entidade/tabela no modelo relacional somente até o ponto onde representa uma coleção de dados relacionados com um tema em comum [Furlan 1998]. 3.2 Redes de Computadores O termo "rede de computadores"define um conjunto de computadores autônomos interconectados. Dois computadores são considerados interconectados quando podem trocar informações entre sí. A comunicação entre computadores pode ocorrer de diferentes maneiras. Quando se trata de rede de computadores autônomos leva-se em consideração computadores com mesmo grau de hierarquia. Uma rede é formada para troca de recursos ou infor-

41 40 mações, neste projeto aplicado para comunicação entre os dispositivos do ambiente. Neste sentido pode-se obter maior confiabilidade do sistema, de modo que não se tem uma única fonte de dados, estes podem vir de diferentes pontos da rede evitando assim perca da informação por indisponibilidade de um ponto [Tanenbaum 2001]. 3.3 Aplicações Multimídia de Rede As redes de computadores foram desenvolvidas para conectar computadores em diferentes locais com o intuito de estabelecer comunicação e compartilhar dados. Inicialmente, a maioria dos dados que trafegavam nas redes era textual; hoje, com o avanço da multimídia e das tecnologias de rede, transmitir informação multimídia vem tornando-se um aspecto indispensável na Internet. Os últimos anos testemunharam um explosivo avanço no desenvolvimento de aplicações de rede que transmitem e recebem conteúdo multimídia pela Internet. Novas aplicações, também conhecidas como aplicações de mídia contínua, como entretenimento, telefonia IP, rádio pela Internet, sites multimídia, teleconferência, jogos interativos, mundos virtuais, ensino à distância e outros, são anunciadas diariamente [Kurose 2004]. Para os desenvolvedores, multimedia networking significa desenvolver uma infraestrutura de hardware e software para suportar o transporte de informação multimídia na rede, podendo esta encontrar-se no contexto de uma rede local ou na Internet. Aplicações multimídia possuem duas características a serem levadas em consideração que diferem de outras aplicações em rede. Considerações com o Tempo, aplicações multimídia são sensíveis a atrasos na transmissão e as variações que podem ocorrer nesses atrasos. Tolerância a perda, dados podem ser perdidos podem ocasionar falhas em exibição de vídeos, estes podem ser parciais ou totalmente mascarados. Tais diferenças mostram que uma rede inicialmente projetada para comunicação confiável de dados pode não se adequar para aplicações multimídia. Estes conceitos serão aplicados no projeto visando obter uma maior confiabilidade na transmissão multimídia de informação, como no uso de transmissão de imagens de câmeras de segurança [Tschoke 2004].

42 Protocolo HTTP Segundo Hilgenstieler, o protocolo HTTP é um protocolo do nível de aplicação que possui objetividade e rapidez necessárias para suportar sistemas de informação distribuídos, cooperativos e de hipermídia. Suas principais características são as seguintes: propicia busca de informações e atualizações; envia mensagens em um formato similar aos utilizados pelo correio eletrônico da internet e pelo Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME); possui comunicação entre os agentes usuários e gateways, permitindo acesso a hipermídia e a diversos protocolos da internet; obedece ao paradigma de cliente-servidor, isto é, um cliente estabelece uma conexão com um servidor e envia um pedido, o qual o analisa e responde. A conexão deve ser estabelecida antes de cada pedido de cliente e encerrada após a resposta [Hilgenstieler 2003].

43 42 4 Android 4.1 Android Segundo Ricardo Lecheta, o mercado de celulares está crescendo cada vez mais. Estudos mostram que atualmente o número de aparelhos celulares no mundo supera a população mundial. O mercado corporativo também está crescendo muito e diversas empresas estão buscando incorporar aplicações móveis com seus sistemas de beck-end para agilizar seus negócios. Já os usuários comuns usam celular de fácil navegação e com uma infinidade de recursos, como integração com , redes sociais, sistemas bancários, entre outros serviços. O Android é a resposta da Google para a inovadora maneira de usar o celular. Consiste em uma nova plataforma de desenvolvimento para aplicativos móveis, baseada no kernel Linux. O Android é um sistema operacional voltado à dispositivos móveis com diversas aplicações já instaladas e, ainda, um modo desenvolvimento bastante poderoso, ousado e flexível [Lecheta 2009] Open Handset Alliance A Open Handset Alliance (OHA) é o grupo formado por gigantes do mercado de telefonia de celulares liderados pelo Google. Entre os integrantes do grupo estão grandes nomes do mercado de eletrônicos como HTC, LG, Motorola, Samsung, Sony, Toshiba, Sprint Nextel, China Mobile, T-Mobile, ASUS, Intel, Garmin e muitos mais. O grupo tem como objetivo definir uma plataforma única e aberta para deixar os consumidores mais satisfeitos com o produto final. Outro objetivo dessa aliança é criar uma plataforma moderna e flexível para o desenvolvimento de aplicações cooperativas, pois se cada uma das empresas mantivesse uma plataforma própria, os custos do

44 43 desenvolvimento seriam elevados e o número de desenvolvedores para cada sistema seria reduzido. Mantendo uma única plataforma o número de desenvolvedores para a mesma é bem maior, pois as empresas que desenvolvem nessa plataforma podem atingir um quantitativo bem maior de usuários [Lecheta 2009] Kernel Linux O sistema operacional do Android foi baseado no kernel 2.6 do Linux e é responsável por gerenciar a memória, processos, threads, a segurança dos arquivos e pastas, de energia, além de redes e drivers. Diversos processos e aplicativos podem ser executados simultaneamente e o kernel do Linux é o responsável por realizar todo o controle de memória e escalonamento dos processos. Toda a segurança do Android é baseada na segurança do Linux. Ou seja, cada aplicação que é instalada é criado um usuário, e toda vez que a aplicação é executada em um único processo é criado para a aplicação, e o processo por sua vez possui uma thread dedicada. Isso garante que cada aplicação terá acesso apenas a sua estrutura de diretórios. Dessa forma, nenhuma outra aplicação terá acesso aos dados de outra aplicação [Lecheta 2009] Máquina virtual No Android é usada a linguagem Java para construir aplicações, mas o sistema operacional não utiliza uma máquina virtual Java (JVM) para a execução das aplicações. É utilizada uma máquina virtual chamada Dalvik, que é otimizada para executar aplicativos feitos para dispositivos móveis. Ao desenvolver para Android, utiliza-se a linguagem Java e todos os seus recursos normalmente, porém o bytecode (.class) é compilado e convertido para.dex (Dalvik Executable), que representa a aplicação Android complilada [Lecheta 2009] Código aberto e livre O Android é a primeira plataforma para aplicações móveis completamente livre e de código-aberto, o que representa uma grande vantagem para seu desenvolvimento, uma vez que qualquer pessoa interessada em colaborar com o projeto pode estudar

45 44 e sugerir alterações. Programadores de qualquer parte do mundo poderão contribuir para melhorar a plataforma, isso também é uma vantagem para os fabricantes de celulares, pois eles não precisam pagar para colocar o sistema operacional Android em seus produtos. A licença na qual o Android foi publicado, a Apache Software Fundation (USF), permite que alterações sejam feitas no código-fonte para criar produtos customizados sem a necessidade de disponibilização das mesmas. É possível que duas empresas usem o sistema operacional Android em seu celular, e os dois sistemas tenham características diferentes como detalhes na interface, software de gerenciamento de câmera, entre outras possíveis alterações [Lecheta 2009] Proposta Tecnológica De acordo com as informações apresentadas, a plataforma Android se mostrou a melhor solução para interface de controle de dispositivos no projeto em questão. Sua popularização e seu código aberto são pontos chave nesta decisão.

46 45 5 Framework Hades Tools Para controle dos dispositivos presentes no protótipo do ambiente foi utilizado a framework de automaçao Hades Tools, desenvolvido para auxílio neste projeto através do Trabalho de Conclusão de Curso "Framework Web Para Automação"[Prado 2012]. O framework permite um alto poder de abstração dos componentes, grande flexibilidade de implementação e integração de dispositivo que inicialmente não são suportados pelo mesmo. 5.1 Infraestrutura O framework oferece suporte não só para parte física do controle de dispositivos, mas também ao desenvolvimento da aplicação de interface com o usuário. O controle físico do projeto é feito através instalação dos componentes disponibilizados pelo framework. São módulos de controle de dispositivos a fim de facilitar a aplicação. Os módulos presentes no protótipo são: Módulo contato seco, responsável pelo controle de corrente, permitindo apenas o controle de ligar e desligar a mesma; Módulo de dimerização, responsável pelo gerenciamento de intensidade da corrente aplicado aos dispositivos presentes, Módulo IR, responsável pelo comando de dispositivos de controle IR, como televisores, projetores e demais controles remotos que usam esta tecnologia. Como mencionado anteriormente, o Hades Tools se faz presente também no desenvolvimento da aplicação, em que este oferece agregado aos seus serviços um servidor, utilizado neste projeto. No servidor serão armazenados as informações geradas a partir do ambiente, como informações dos dispositivos presentes e informações sobre os usuários.

47 Consumo do Framework O consumo do Hades Tools é feito através de requisições HTTP. São aceitos dois tipos de requisições: GET, mandando informações concatenadas ao endereço do servidor, como por exemplo: &request=<valor JSON> POST, mandando informações dentro do cabeçalho do protocolo, exemplificado na figura 4; Figura 4: Requisição POST A validação destas requisições exige uma autenticação do usuário para que deste modo apenas pessoas autorizadas e já cadastradas possam ter acesso ao controle de ações. Essa autenticação é feita através do envio do login do usuário e da senha no formato MD5 do mesmo para o framework que verifica sua existência. As requisições a serem feitas exigem um formato especifico de mensagem, que deve conter os seguintes atributos: user_id, identificação do usuário; type, tipo da requisição enviada; pwd, senha do usuário ; request, requisição solicitada; As requisições podem ser dos seguintes tipos:

48 47 select_devices, mostra todos os dispositivos os quais o usuário em questão pode controlar; device_description, exibe as informações de um dispositivo; automation, é a mensagem para acionamento de um dispositivo; insert_data, utilizado para inserir dados no sistema. 5.3 Implementação de Novos Módulos É possível que em um projeto nem todos os módulos estejam desenvolvidos, desta maneira o framework permite a criação de drivers de controle de novos dispositivos aplicados ao ambiente. No protótipo em questão descrito posteriormente no capítulo de implementação foi verificada a necessidade de criação de um driver para controle da câmera de segurança. Inicia-se a criação do driver a partir da implementação da classe responsável pela comunicação do servidor com a câmera e criação de uma classe que represente, valide e traduza ordens recebidas do usuário em ordens compreendidas pela câmera. Criação da primeira classe necessita de pelo menos quatro métodos que são requisitos fundamentais: Construtor, responsável pela inicialização da classe no servidor, adquirindo informações básicas para seu funcionamento no momento em que a classe é instanciada. A identificação única desta nova classe nos servidor se faz através de quatro atributos: Código de identificação (ID), Endereço IP do dispositivo, Porta de comunicação em que se encontra e a Referência do próprio servidor de automação. Gerenciamento da Fila de Execução, o framework possibilita a manipulação da fila de execução das atividades do dispositivo. Quando uma ordem de execução é enviada ao servidor, este a coloca em uma fila de execuções a serem feitas deste dispositivo, a possibilidade de sobrescrever este método permite que seja alterado a maneira como os elementos são inseridos na fila. Este caso é útil quando se tem uma maior urgência na execução das atividades, podendo ser classificado este nível de prioridade da maneira como desejar, mantendo uma maior prioridade para ordens enviadas por um determinado usuário ou ainda uma ordem que necessite de uma maior prioridade. Para a câmera a qual foi implementado o driver no projeto não se fez necessário alterar este método.

49 48 Envio de Ordens, faz o envio de ordens (mensagens) do servidor ao dispositivo em questão e também é responsável por receber a confirmação deste envio. Verificação de Ordens, toda ordem é inserida em uma fila de execução do dispositivo, este método é responsável por verificar se existe uma ordem para este dispositivo, executando assim as ordens inseridas na fila. A primeira ação a ser tomada é a recuperação do comando a ser executado, este estará integrado a ordem recebida. Em seguida é feito a validação da ordem recebida (descrito posteriormente). Se a avaliação for bem sucedida a ordem será convertida para o formato que é compreendido pelo dispositivo. O envio de uma ordem ao dispositivo gera uma resposta de sucesso ou fracasso que será passada ao servidor de automação para ser disponibilizado ao cliente que solicitou a ordem. A criação da classe de validação compreende aos seguintes passos: Construtor, assim como a classe de comunicação, a validação também possuirá um método construtor responsável pela inicialização da classe no servidor, adquirindo informações básicas para seu funcionamento no momento em que a classe é instanciada. Possuindo do mesmo modo uma identificação única desta nova classe nos servidor, através de dois atributos: Código de identificação (ID), e Código de identificação do próprio servidor de automação (ID). Validação, responsável pela verificação se os dados que compõe a mensagem recebida se encontram no formato correto. Este também pode buscar dados de acordo com a necessidade da ordem a ser executada. A ordem recebida é composta apenas pelo identificador da ação, através deste identificador é feita a busca pelo real comando a ser executado. Tradução, esta se utiliza das informações obtidas na busca feita na Validação para montar a mensagem de ação a ser enviada no formado de compreensão da câmera. 5.4 Interface com o Usuário A framework utilizada prove acesso às informações do ambiente e comunicação com os dispositivos de maneira genérica, possibilitando assim a implementação de diferentes interfaces com o usuário. Como solução para o projeto foi desenvolvida uma aplicação Android para controle através de dispositivos móveis, descrita posteriormente.

50 49 6 Desenvolvimento da Aplicação A execução deste projeto tem por finalidade efetuar o monitoramento e controle de entradas e saídas aplicadas em dispositivos elétricos e eletrônicos através de uma rede interna de comunicação, aplicado a automação residencial. Neste capítulo será detalhado o desenvolvimento da aplicação Android. 6.1 Mini-mundo Uma empresa de Tecnologia da Informação (TI) acaba de abrir um escritório em uma nova cidade a fim de apresentar a empresa a novos clientes. O escritório consiste em três cômodos, uma sala utilizada para recepção, um pequeno banheiro e uma sala de reuniões. A recepção possui uma câmera de segurança a qual pode ser observada a partir da sala de reuniões. A sala de reuniões possui um projetor utilizado nas apresentações de projeto e controle de iluminação dimerizável. O gerente responsável pela administração do escritório deseja adquirir um sistema capaz de controlar a iluminação dos ambientes, controlar o projetor e exibir imagens da câmera de segurança por acesso externo, além de controlar seus movimentos. Para sua comodidade o sistema deverá prover os controles através de uma aplicação para dispositivo móvel, tendo em vista que este está sempre de posse de seu smartphone com sistema operacional Android. 6.2 Análise de Requisitos De acordo com a especificação apresentada na descrição do Mini-mundo foi feita a análise dos requisitos necessários ao projeto. As tabelas de requisitos que seguem abaixo representam as necessidades dos usuários que deverão ser supridas pelo projeto.

51 50 Tabela 2: Validação de Segurança RF1: Validação de Segurança Descrição: Identificação de maneira única para que seja possível definir permissões de acesso provendo maior segurança. Deve-se definir login e senha para cada usuário do sistema. Requisitos não funcionais Nome Restrição Categoria NF 1.1 Possuir interface gráfica com usuário intuitiva e simples. Usabilidade NF 1.2 Senha deverá ser formada por números e letras Segurança Tabela 3: Controle via Mobile RF2: Controle via Mobile Descrição: Apresentar interface mobile, permitindo o controle através de dispositivos com o sistema operacional Android. Requisitos não funcionais Nome Restrição Categoria NF 2.1 Possuir interface gráfica com usuário intuitiva e simples. Usabilidade Tabela 4: Controle de Iluminação RF3: Controle de Iluminação Descrição: O sistema deverá ser capaz de ligar, desligar e controlar intensidade (quando compatível com a funcionalidade) da iluminação do ambiente. Requisitos não funcionais Nome Restrição Categoria NF 3.1 Possuir interface gráfica com usuário intuitiva e simples. Usabilidade NF 3.2 Deve ser reconhecido unicamente cada conjunto de lâmpadas do ambiente, não apenas o controle da iluminação do cômodo geral. Usabilidade Tabela 5: Controle de câmera de segurança RF4: Controle de câmera de segurança Descrição: O sistema deverá possuir controle de câmeras de segurança presente no ambiente, exibindo imagens em tempo real e controlando a movimentação das mesmas. Requisitos não funcionais Nome Restrição Categoria NF 4.1 Possuir interface gráfica com usuário intuitiva e simples. Usabilidade

52 51 Tabela 6: Controle de projetor RF5: Controle de projetor Descrição: O sistema deverá possuir total controle do dispositivo, apresentando todas as funcionalidades do controle remoto. Requisitos não funcionais Nome Restrição Categoria NF 5.1 Possuir interface gráfica com usuário intuitiva e simples. Usabilidade Tabela 7: Gerenciamento de perfis RF6: Gerenciamento de perfis Descrição: O sistema deverá contar com criação e execução de perfis (ações predefinidas) de controle dos dispositivos que o sistema agrega Requisitos não funcionais Nome Restrição Categoria NF 6.1 Possuir interface gráfica com usuário intuitiva e simples. Usabilidade NF 6.2 Deve-se possuir perfis padrões do sistema Usabilidade 6.3 Casos de uso O modelo de casos de uso é uma representação das funcionalidades observáveis do sistema e dos elementos externos ao sistema que interagem com ele. A ferramenta utilizada pela UML na modelagem de casos de uso é o diagrama de casos de uso, que tem o objetivo de ilustrar em um nível alto de abstração quais elementos externos interagem com as funcionalidades do sistema [Bezerra 2007]. A figura 5 ilustra o diagrama de casos de uso.

53 52 Figura 5: Diagrama de Casos de Uso Atores Na terminologia da UML, qualquer elemento externo ao sistema que interage com o mesmo é, por definição, denominado ator. O termo externo nessa definição indica que os atores não fazem parte do sistema. O termo interage significa que um ator troca informações com o sistema (troca informações para o sistema processar, ou recebe informações processadas do sistema) [Bezerra 2007]. Os atores identificados durante a etapa do projeto foram: Usuário: quem interage com a interface gráfica do sistema, solicitando informações ou enviando instruções; Administrador: mantem o direito de executar todas as ações que o usuário possui, além de poder gerenciar usuários, perfis e dispositivos; Hades Tools: é o framework de automação utilizado, este possui total direito de controle de todas as funcionalidades do sistema.

54 Tabela de Casos de Uso Foram apresentadas nas tabelas a seguir as ações tomadas pelo usuário (U) e pelo sistema (S) na execução dos casos de uso apresentados anteriormente. Embora presente como ator no diagrama de casos de uso, o Hades Tools não se enquadra nas descrições a seguir, pois este se encontra integrado com o sistema mas não necessita de interação com usuário. Descrição: Sumario: Ator: Pré-condição: Pós-condição: Regra de Negócio: Fluxo Principal: U S U S S Tabela 8: Autenticar Autenticar Autenticar usuário Este caso de uso visa a descrever o processo para que o usuário seja autenticado um usuário do sistema. Usuário/Administrador O usuário deve estar cadastrado Usuário autenticado na aplicação N/A Entra na aplicação Apresenta a tela de login Usuário digita login e senha Executa validação Apresenta tela de Home Descrição: Sumario: Ator: Pré-condição: Pós-condição: Regra de Negócio: Fluxo Principal: U S U S Tabela 9: Selecionar Dispositivo Selecionar Dispositivo Seleciona dispositivo e ação associada a este Este caso de uso visa descrever o processo para que um usuário possa selecionar uma ação e um dispositivo associado a este. Usuário/Administrador O usuário deve estar autenticado Enviar ação N/A Seleciona dispositivo Exibe possíveis ações do dispositivo Seleciona ação Envia ação

55 54 Descrição: Sumario: Ator: Pré-condição: Pós-condição: Regra de Negócio: Fluxo Principal: U S U S Tabela 10: Selecionar Perfil Selecionar Perfil Seleciona um perfil do sistema Este caso de uso visa descrever o processo para que um usuário possa selecionar uma perfil do sistema. Usuário/Administrador O usuário deve estar autenticado Enviar ação N/A Seleciona opção de perfis do sistema Exibe possíveis perfis Seleciona perfil Envia ação Descrição: Sumario: Ator: Pré-condição: Pós-condição: Regra de Negócio: Fluxo Principal: S S Tabela 11: Enviar Ação Enviar Ação Envia uma ação Envia solicitação de uma ação a um dispositivo N/A N/A N/A N/A Recebe ação Envia ação ao dispositivo

56 55 Tabela 12: Manter Usuário Manter Usuário Descrição: Manter usuário Sumario: Este caso de uso visa descrever a administração de usuários, permitindo a inclusão e exclusão. Ator: Administrador Pré-condição: O usuário deve estar autenticado como administrador Pós-condição: N/A Regra de Negócio: Login Único Fluxo Principal: U Seleciona configurações U Seleciona opção de usuários U Seleciona ação (#A1, #A2 ) Fluxo Alternativo (A1) Criar novo usuário S Exibe fixa de cadastro U Preenche fixa U Confirma S Exibe lista de dispositivos que usuário poderá controlar U Seleciona dispositivos U Confirma U Seleciona opção de usuários Fluxo Alternativo (A2) Excluir usuário S Exibe usuários U Seleciona usuário S Exibe confirmação de exclusão U Confirma

57 56 Tabela 13: Manter Perfil Manter Perfil Descrição: Manter perfil Sumario: Este caso de uso visa descrever a administração de perfis, permitindo a inclusão e exclusão. Ator: Administrador Pré-condição: O usuário deve estar autenticado como administrador Pós-condição: N/A Regra de Negócio: Login Único Fluxo Principal: U Seleciona configurações U Seleciona opção de perfis U Seleciona ação (#A1, #A2 ) Fluxo Alternativo (A1) Criar novo perfil S Exibe fixa de cadastro U Preenche fixa U Confirma S Exibe lista de dispositivos que serão modificados U Seleciona dispositivos U Confirma Fluxo Alternativo (A2) Excluir perfil S Exibe perfis U Seleciona perfil S Exibe confirmação de exclusão U Confirma Descrição: Sumario: Ator: Pré-condição: Pós-condição: Regra de Negócio: Fluxo Principal: U U S U Tabela 14: Manter Dispositivos Manter Dispositivos Manter dispositivos Este caso de uso visa descrever a administração de dispositivos, permitindo a inclusão e exclusão. Administrador O usuário deve estar autenticado como administrador N/A Login Único Seleciona configurações Seleciona opção de dispositivos Exibe dispositivos Seleciona visibilidade do dispositivo

58 Arquitetura Para o projeto em questão foi definido a arquitetura cliente-servidor, com a característica de cliente magro e servidor gordo. O cliente apenas faz requisições e o processamento fica por conta do servidor, devido ao baixo processamento do cliente, que são os dispositivos mobile Cliente Para o cliente foi utilizada a interface através de um aplicativo para plataforma Android, pois este modelo é o que melhor se enquadra nas necessidades do usuário. De acordo com a modelagem utilizada no desenvolvimento da aplicação, foi definido o seguinte diagrama de classes. Figura 6: Classes Android Através do diagrama de sequência seguinte pode ser observado o caminho que se segue para a execução de ações no ambiente.

59 58 Figura 7: Diagrama de Sequencia Para uma melhor compreensão do aplicativo, segue o modelo de fluxo que ocorrerá entre as telas.

60 59 Figura 8: Fluxo de Telas Os layouts das telas podem ser adaptados a cada projeto feito, segue o prototipo das principais telas. A imagem a seguir mostra a tela inicial do aplicativo, onde se faz necessário que o usuário entre com seu login e senha para ter acesso ao controle dos dispositivos.