Sistema de Monitoração e Gerenciamento do Consumo Elétrico Residencial Utilizando a Malha Elétrica para Comunicação

Transcrição

1 UNIVERSIDADE POSITIVO NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO DOUGLAS ROBERSON DE BRITO Sistema de Monitoração e Gerenciamento do Consumo Elétrico Residencial Utilizando a Malha Elétrica para Comunicação Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso Superior de Engenharia da Computação da Universidade Positivo como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro da Computação Prof. Amarildo Geraldo Reichel Orientador Curitiba, 09 de novembro de 2009.

2 UNIVERSIDADE POSITIVO Reitor: Prof. Oriovisto Guimarães Vice-Reitor: Prof. José Pio Martins Pró-Reitor de Graduação: Prof. Renato Casagrande Diretor do Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas: Prof. Marcos José Tozzi Coordenador do Curso de Engenharia da Computação: Prof. Edson Pedro Ferlin

3 TERMO DE APROVAÇÃO Douglas Roberson de Brito Sistema de Monitoração e Gerenciamento do Consumo Elétrico Residencial Utilizando a Malha Elétrica para Comunicação Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso Engenharia da Computação da Universidade Positivo, pela seguinte banca examinadora: Prof. Amarildo Geraldo Reichel (Orientador) Prof. Edson Pedro Ferlin (Membro) Prof. Mauricio Perretto (Membro) Curitiba, 09 de novembro de 2009

4 Agradecimentos Para desenvolvimento desta monografia, algumas pessoas foram de suma importância. Em primeiro lugar, agradeço a Deus que me deu o dom da vida e habilidades para que eu conseguisse chegar a conclusão deste curso. Aos participantes do governo responsáveis pela criação do programa Universidade para Todos (PROUNI), já que com este projeto estou me formando e muitas outras pessoas também o fazem. Minha família que me deu e dá base pra ser o que sou hoje. Aos meus pais, Wanderley e Marlene, só tenho a agradecer por terem me educado e guiado até onde estou, além de terem me proporcionado tudo que preciso para sobreviver. Às minhas irmãs e irmão que sempre estão ao meu lado caso precise, aos meus amigos e colegas que sempre me responderam quando precisei de uma força e a minha namorada e futura esposa, Renata de Freitas Ferreira, que nos momento de desânimo e cansaço era a pessoa ao meu lado me dando força e ânimo para continuar. E por último, mas nem por isso menos importante, agradeço ao meu orientador Amarildo Geraldo Reichel que me auxiliou durante este último ano de faculdade me ajudando a trilhar os caminhos deste projeto até a sua conclusão. Por fim, agradeço a todos que de alguma forma me proporcionaram algum tipo de auxílio para a realização deste trabalho.

5 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS... 8 LISTA DE FIGURAS... 9 LISTA DE TABELAS LISTA DE EQUAÇÕES RESUMO ABSTRACT INTRODUÇÃO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Power Line Communication (PLC) A comunicação pela rede elétrica Modulação Modulação de onda contínua Multiplexação do sinal Banco de dados SQL SERVER Linguagem de programação C Sharp (c#) ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA Análise do Contexto Descrição do objeto de desenvolvimento Descrição do sistema Descrição de módulo de coleta de dados Descrição do módulo de comunicação Descrição Central de Controle de dados Descrição do Software Descrição das Interfaces... 24

6 Interface Central de controle Coletores de dados Interface de comunicação Serial Descrição de Condições Restritivas Restrição de Custos Restrição de recursos Restrição mecânica Restrições de ambiente Condições tecnológicas Condições de Interferências Elétricas Descrição dos Benefícios Esperados Benefícios econômicos Benefícios ecológicos Análise Funcional Funções de comunicação Funções de processamento de informação Funções de controle automático Funções de interface homem/máquina Funções de aquisição de dados Análise de Requisitos Funcionalidade Confiabilidade Usabilidade Eficiência Mantenebilidade Portabilidade Análise de Arquitetura: Hardware PROJETO Descrição Geral dos Módulos: Hardware Solução ST7540: Solução IT700 Module: Solução PLM-24: Solução LinkSprite Software Requisitos do Software Projeto do Software Desenvolvimento do Software Banco de Dados VALIDAÇÃO E RESULTADOS Hardware Software e Banco de Dados... 46

7 6 CONCLUSÃO REFERÊNCIAS APÊNDICE A <ARTIGO> APÊNDICE B <MANUAL>... 58

8 8 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS Hz Amp. Op UML BD PLC SQL COPEL tep kw/h CI bps V ma ANEEL Hertz Amplificador Operacional Unified Modeling Language Banco de Dados Power Line Communication Strutured Query Language Companhia Paranaense de Energia tonelada Equivalente de Petróleo kilowatts por hora Circuito Integrado bits por segundo Volts mili Amperes Agência Nacional de Energia Elétrica

9 9 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Modulação de onda contínua em amplitude. (a) Portadora. (b) Sinal a ser transmitido. (c) Sinal modulado em amplitude Figura 2.2: Modulação de onda contínua em frequência. (a) Onda portadora. (b) Sinal a ser transmitido. (c) Sinal modulado em frequência Figura 2.3: Modulação por pulso em amplitude Figura 2.4: Exemplos de modulação por pulsos digital Figura 2.5: Modulação por chaveamento de frequência Figura 2.6: Densidade espectral de um sinal em banda base e um sinal espalhado em potência Figura 3.1: Fluxo geral do sistema Figura 4.1: Circuito medidor de corrente Figura 4.2: Circuito medidor de tensão Figura 4.3: Modem PLM-24 pronto para uso Figura 4.4: Smart Outlet da LinkSprite Figura 4.5: Control Unit for Smart Outlet da LinkSprite Figura 4.6: Estrutura da rede PLC Figura 4.7: Diagrama funcional básico do Control Unit for Smart Outlet Figura 4.8: Caso de uso do Software de Monitoração e Gerenciamento Figura 4.9: Diagrama de sequência Cadastro de módulo Figura 4.10 Diagrama de sequencia - Cadastro de Eletro-eletrônico Figura 4.11: Diagrama de sequência Visualizar Consumo Instantâneo Figura 4.12: Diagrama de sequência Visualizar energia acumulada Figura 4.13: Diagrama de sequência Ligar/Desligar Eletro-eletrônico Figura 4.14: Diagrama de sequência Agendar ação Figura 4.15 Painel para conexão com porta COM Figura 4.16 Tela de consumo acumulado Figura 4.17 Tela de consumo instantâneo, gráfico com opção de zoom Figura 4.18 Tela de programação de ação Figura 4.19: Diagrama de Entidade Relacionamento Figura 5.1Gráfico da potência pelo tempo com dados da Tabela

10 10 LISTA DE TABELAS Tabela 1.1: Histórico do Saldo de Intercâmbio Tabela 5.1: Valores das resistências, e tensão e corrente medida para validação de teste do hardware Tabela 5.2: Valores de potência obtidos durante o teste Tabela 5.3: Tabela de resultado dos testes de medições utilizando o software desenvolvido... 46

11 11 LISTA DE EQUAÇÕES Equação 1.1 Fórmula para o cálculo do consumo elétrico em watts hora Equação 4.1 Fórmula de potência a partir da corrente e tensão Equação 5.1 Fórmula para o cálculo da potência com utilização da resistência e tensão

12 12 RESUMO O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema para monitoração e gerenciamento de consumo de energia elétrica de dispositivos eletro-eletrônicos em uma residência, com troca de informações (dados) entre os dispositivos de medição e gerenciamento tendo como meio de transmissão a rede elétrica, utilizando a tecnologia PLC (Power Line Communication). O estudo e a elaboração do sistema estão baseados em dispositivos para comunicação PLC e sem fio, desenvolvidos especialmente para automação residencial. Estes dispositivos realizam a medição de corrente, utilizada para o cálculo do consumo de energia de um ponto desejado na rede elétrica, enviando os dados ao dispositivo de gerenciamento, quando por este solicitado. Neste projeto aborda-se a utilização da linguagem de programação C# para desenvolvimento do software pelo qual o usuário terá acesso às informações da monitoração feitas pelos dispositivos, e também do controle de liga e desliga destes equipamentos, realizando a função de um interruptor para o controle de energia. Apresenta-se a validação dos resultados do sistema durante os testes realizados em laboratório e em ambiente residencial, as conclusões e sugestões para implementações futuras do sistema em maior escala. Palavras-Chave: PLC, LinkSprite, Medição de Energia Elétrica, Automação Residencial, Gerenciamento de Rede Elétrica.

13 13 Monitoring and management system of residential electricity consumption using the power line for communication. ABSTRACT The objective of the following work is to develop a system for monitoring and management of power consumption of consumer electronics devices in a residence, transferring information (data) between the meter and manager devices through the grid, using the PLC technology (Power Line Communication). The study and development of the system are based on PLC communications devices and wireless that are designed specifically for home automation. These devices do the current measurement that is used to calculate the energy consumption of a desired point on the grid, sending the data to management device, when requested by it. This project do the use of the programming language C # to develop the software through which the user will have access to information brought by the monitoring devices, and also control the "on-off" of equipment, performing the role of a switch to control energy. The system functionality is validated through data collected during tests in laboratory and residential environment, the conclusions and suggestions for future implementations of the system on a larger scale. Keywords: PLC, LinkSprite, Electrical Energy Measuring, Home Automation, Electrical Grid Management.

14 14 1 INTRODUÇÃO A energia elétrica é resultado da energia mecânica eletromagnética ou química, proveniente de fontes hidráulica, térmica, solar, nuclear ou eólica, entre outras. Sua disponibilidade instantânea, sem odor ou sujeira e em muitos casos, vencendo imensas distâncias entre os pontos de geração e de uso, tornou-a essencial para a humanidade ao longo dos séculos. Durante todo esse período, o crescimento da população mundial também levou ao grande crescimento da demanda de energia elétrica consumida, aumentando cada vez mais a busca por novas fontes de energia, o interesse no desenvolvimento de equipamentos que consumam menos e maneiras de melhor aproveitar a energia. Com base em dados divulgados pela Companhia Paranaense de Energia (Balanço Energético do Paraná, 2007), é possível observar o crescimento do consumo energético no Estado do Paraná. No ano de 2006 o consumo energético do Estado foi de toneladas Equivalentes de Petróleo (tep). Deste total, 80% foram produzidos pela Copel, aproximadamente tep, representando um déficit energético de tep (20,3%). Desde 1997, quando a houve um superávit de tep, a soma anual tem apresentado déficits geralmente mais altos que o ano anterior conforme a tabela 1.1. Tabela 1.1: Histórico do Saldo de Intercâmbio ANO PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA CONSUMO FINAL 1000 tep PERDAS TOTAL SUPERÁVIT DÉFICIT % , , , , , , , , , ,3 tep tonelada Equivalente de Petróleo Fonte: Saldo de Intercâmbio de Energia Copel, A quantia do consumo em 2006, exibido acima, abrange vários segmentos da sociedade, e o segmento que mais nos interessa dentro do que foi proposto para o presente projeto é o residencial. Este segmento representa cerca de 9,1% do total (1.382

15 15 mil tep) e destes, 31% (427 mil tep) são referentes à energia elétrica (COPEL,2007). Convertendo para kwh, que é a unidade utilizada comercialmente para medir o consumo elétrico residencial, e dividindo entre o número de consumidores residenciais no Estado do Paraná, cerca de , chegamos a um consumo mensal médio de aproximadamente 145 kwh, que representam R$61,00 mensais, baseado na tarifa atual cobrada pela Copel aproximadamente R$0,42 (COPEL, 2009). A seguir o simula-se o seguinte cenário: - Família paranaense de três pessoas. - Chuveiro elétrico Maxi Ducha da marca Lorenzetti com potência nominal de Watts (LORENZETTI, 2009). - Tempo de banho diário de cada pessoa igual a 10 minutos. Baseado nas informações acima e na equação 1.1 chega-se a um consumo mensal, com o chuveiro elétrico, de aproximadamente 67 kwh, que representa 46% do consumo mensal de uma residência paranaense, equivalente a R$28,15 por mês. Se o tempo do banho de cada pessoa diminuísse de 10 minutos diários para 7 minutos isso representaria uma economia mensal de 30%. Equação 1.1 Fórmula para o cálculo do consumo elétrico em watts hora. Consumo = Pot t O objetivo do trabalho apresentado é criar um sistema direcionado para o usuário doméstico que esteja preocupado em obter este tipo de economia simulada acima, um sistema capaz de exibir detalhadamente quais são os destinos finais de toda energia gasta pela residência, com autonomia para inclusive controlar o fluxo de energia a esses destinos finais. Além de que toda a conexão é feita pela própria rede elétrica, evitando maiores gastos com novas estruturas de comunicação, implementando um sistema que utiliza a tecnologia de Power Line Communication. O trabalho está organizado em outros seis capítulos. No capítulo 2 são apresentados os conceitos básicos para compreensão do projeto, no capítulo seguinte mostra-se a especificação técnica feita de todo o projeto, no capítulo 4 é descrita a implementação do projeto em seus meandros, em seguida apresenta-se as validações feitas e os resultados de teste realizados, no capítulo 6 conclui-se o projeto e em seguida são exibidas as referências utilizadas durante o projeto.

16 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 Power Line Communication (PLC) Há aproximadamente trinta anos, foi inventado um dispositivo capaz de modular e injetar na rede elétrica os sons captados por um microfone, sendo este sinal recuperado em outro local e convertido novamente em som. Este sistema ficou conhecido como Babá-Eletrônica [...] (VARGAS, 2004, p.11). Assim como a Babá-Eletrônica, há vários equipamentos que são capazes de injetar sinais na rede elétrica, caso esses sinais não sejam controlados nem uniformes eles acabam por interferir em outros equipamentos. O controle dos sinais, desde a sua frequência até nível de propagação, só começou a ser efetuado com o avanço de técnicas de multiplexação e modulação de sinal, permitindo a transmissão de sinais diferentes em um mesmo meio físico. Logo então, pode-se pensar em transmitir dados e informações utilizando os cabos da rede elétrica e daí vem o Powerline Communication (PLC). Pode-se definir PLC como uma transmissão controlada e inteligente de dados pelas linhas de energia (VARGAS, 2004, p.11). A tecnologia PLC vem sendo muito discutida atualmente por duas vantagens muito evidentes, o baixo investimento em infra-estruturas devido às já existentes linhas de energia, assim como o fato social de democratizar a informação, chegando a lugares ainda não cobertos pelos atuais sistemas de internet existentes. Apesar de não ser uma tecnologia muito recente e estar em crescimento, sua regulamentação ainda não é universal. Nos Estados Unidos e na Europa ela já é mais desenvolvida com bandas de frequências específicas e limites de radiação eletromagnética, proveniente do PLC, enquanto outros países ainda engatinham nestas determinações. No Brasil, a Agência Nacional de Energia Elétrica aprovou, no dia 25 de Agosto de 2009, as regras para utilização da rede elétrica para transmissão de dados, voz e imagem e acesso à internet em alta velocidade (RENNER, 2009). A Resolução Normativa nº 375/2009 estabelece condições de compartilhamento da infraestrutura das distribuidoras de energia (ANEEL, 2009).

17 A comunicação pela rede elétrica Nesta seção são apresentadas as características referentes a fundamentos de comunicação de dados que formam a base da tecnologia PLC. São discutidos conceitos de modulação e multiplexação Modulação Como foi dito anteriormente, o crescimento da tecnologia PLC só foi possível com o avanço das técnicas de modulação, ou seja, devido à funcionalidade da modulação de sinais, que transforma estes em formas adequadas para transmissão em um meio físico. No transmissor quando da modulação, algum parâmetro da onda portadora é alterado de acordo com a mensagem a ser enviada pelo canal de transmissão. O receptor recria a mensagem original de acordo com o sinal recebido (demodulação). Contudo, a recriação da mensagem original exata é impossibilitada devido à presença de ruído e à distorção do sinal recebido. O tipo da modulação que é utilizado influencia na degeneração do sinal como um todo, sendo que algumas técnicas são mais sensíveis a ruídos e distorções que outras (VARGAS, 2004, p.12) Modulação de onda contínua Forma analógica de modulação, que usa uma onda portadora senoidal para transmitir informação. Há duas famílias básicas de modulação por ondas contínuas, a modulação por amplitude e a modulação angular Modulação de onda contínua por amplitude É a forma de modulação na qual a amplitude do sinal senoidal varia em função do sinal de interesse, que é o sinal modulador. A frequência e a fase da portadora são mantidas constantes. A Figura 2.1 mostra o sinal da portadora e o sinal da onda a ser transmitida e a onda resultada. Figura 2.1 Modulação de onda contínua em amplitude. (a) Portadora. (b) Sinal a ser transmitido. (c) Sinal modulado em amplitude. Fonte: (VARGAS, 2004, p.14). A vantagem da modulação por amplitude está na sua simplicidade, mas em contrapartida apresenta desperdício de potência, pois onda portadora é independente da informação e é transmitida juntamente com o sinal utilizando maior potência, e

18 18 desperdício de banda. Essas desvantagens podem ser reduzidas utilizando formas lineares de modulação em amplitude, mas deixam o sistema mais complexo (VARGAS, 2004, p.14) Modulação angular de onda contínua Nesta modulação o que varia é o ângulo do sinal da portadora, essa variação é de acordo com o sinal a ser transmitido. Os dois métodos mais comuns desse tipo de modulação são: modulação em fase (Phase Modulation PM) e modulação em frequência (Frequency Modulation FM) (VARGAS, 2004, p.14). A modulação em fase varia linearmente o ângulo do sinal modulado, enquanto a modulação em frequência varia, como diz o próprio nome, a frequência do sinal modulado. Um sinal FM pode ser obtido de um sinal PM e vice-versa. Logo, todas as propriedades de um sinal FM podem ser deduzidas de um sinal PM. A Figura 2.2 mostra o resultado de uma modulação em frequência. Figura 2.2: Modulação de onda contínua em frequência. (a) Onda portadora. (b) Sinal a ser transmitido. (c) Sinal modulado em frequência. Fonte: (VARGAS, 2004, p.14). O cruzamento em zero é o momento em que o sinal passa do positivo para o negativo e vice-versa. Esta é uma característica que distingue as modulações por amplitude das modulações por ângulo. A forma de onda também é outra diferença, sendo as dos sinais PM e FM constantes e iguais à amplitude da onda portadora, enquanto a forma de onda do sinal AM é dependente da mensagem a ser transmitida. Por ter o ângulo dependente da mensagem a ser transmitida a regularidade do cruzamento em zero dos sinais PM e FM é comprometida (VARGAS, 2004, p.15) Modulação em Pulso A modulação em pulsos é a modulação na forma digital. Antes onde havia uma onda senoidal agora há um trem de pulsos transmitindo informação, pela variação de algum parâmetro. Este tipo de modulação se baseia em amostragens. O processo de amostragem, descrito no domínio do tempo, é uma operação muito importante no processamento digital de sinais e comunicações digitais. Ele consiste na conversão de sinais analógicos em uma sequência correspondente de amostras que são dispostas de maneira uniforme quanto aos espaços no tempo. É evidente que, para o funcionamento correto do procedimento, é necessário escolher uma taxa de amostragem

19 19 apropriada para que a sequência de pulsos amostrados defina corretamente o sinal analógico original (VARGAS, 2004, p.15). Contudo, sobreposições de componentes de altas frequências sobre os de baixas frequências podem acontecer, caso o sinal não possua banda limitada, e desta maneira filtros anti-aliasing podem ser necessários. A modulação por pulsos pode ser separada em dois tipos: analógica e digital Modulação por pulsos analógica Utiliza um trem de pulsos periódico como onda portadora e tem alguma propriedade de cada pulso variando de acordo com o valor amostrado correspondente do sinal da mensagem. As variações nos pulsos podem ocorrer na amplitude (Figura 2.3), na duração e na posição. A transmissão da informação se dá por forma analógica, mas em instantes de tempo discretos (VARGAS, 2004, p.15) Modulação por pulsos digital Figura 2.3: Modulação por pulso em amplitude Fonte: (VARGAS, 2004, p.15). No caso de modulação por pulsos digital, os valores das amostras são convertidos para números binários que por sua vez são codificados em sequências de pulsos que representam cada um dos valores binários (VARGAS, 2004, p.15). Existem vários tipos de modulação por pulsos digital: unipolar sem retorno a zero, polar sem retorno a zero, unipolar com retorno a zero, bipolar com retorno a zero e código Manchester. A figura 2.4 mostra alguns sinais como exemplos dessas modulações. Figura 2.4: Exemplos de modulação por pulsos digital.

20 20 Fonte: (VARGAS, 2004, p.16) Modulação por chaveamento de frequência A modulação FSK (Frequency Shift Keying) é a frequência utilizada pelo modem utilizado neste projeto, a escolha deste modem será discutida mais adiante. Esta técnica de modulação atribui frequências diferentes para a portadora em função do bit que é transmitido. Portanto, quando um bit 0 é transmitido, a portadora assume uma frequência correspondente a um bit 0 durante o período de duração de um bit. Quando um bit 1 é transmitido, a frequência da portadora é modificada para um valor correspondente a um bit 1 e analogamente, permanece nesta frequência durante o período de duração de 1 bit, como mostrado na figura 2.5 (MALBURG, 2004). Figura 2.5: Modulação por chaveamento de frequência. Fonte: (MALBURG, 2004). A modulação FSK apresenta a desvantagem de ocupar uma banda de frequência bastante alta, devido a estas variações bruscas de frequência em função da transição de bits, além de possibilitar taxas de transmissão relativamente baixas (MALBURG, 2004) Multiplexação do sinal A Multiplexação é a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um mesmo meio físico. Dentre os tipos de multiplexação podem ser citados: Multiplexação na frequência (Frequency-Division Multiplexing - FDM): Sobre o mesmo canal de transmissão são criados subcanais cada um utilizando uma faixa de frequências. No receptor são usados vários filtros. Multiplexação no tempo Time-Division Multiplexing (TDM): Sobre o mesmo canal de transmissão são criados subcanais cada um utilizando um determinado momento no tempo. Multiplexação por código Code-Division Multiplexing (CDM): Sobre o mesmo canal de transmissão cada sinal é identificado por uma sequência de códigos diferentes. Essas técnicas servem de base para outras utilizadas na comunicação pela rede elétrica: a spread spectrum e a OFDM Spread Spectrum Esta técnica de modulação sacrifica a largura de banda e a amplitude do sinal em prol de um melhor segurança durante a comunicação. Por exemplo, quando há um sinal espalhado no espectro de potência, ele aparenta ser um sinal de ruído, podendo ser

21 21 transmitido pelo canal sem ser notado por quem possa estar monitorando a comunicação. A figura 2.6 exemplifica visualmente como fica o espectro de potência para um sinal espalhado em um sinal de banda base (VARGAS, 2004, p.16 e p.17) Figura 2.6: Densidade espectral de um sinal em banda base e um sinal espalhado em potência. Fonte: (VARGAS, 2004, p.17). As vantagens apresentadas por esta técnica são: Baixa densidade espectral de potência Rejeição a interferências. Privacidade: o código usado para o espalhamento tem baixa ou nenhuma correlação com o sinal e é único para cada usuário, sendo impossível separar do sinal a informação que está sendo transmitida sem o conhecimento do código utilizado OFDM - Orthogonal Frequency-Division Multiplexing A técnica de multiplexação OFDM foi designada para trabalhar de modo a minimizar a interferência entre dois canais de frequência próximos um do outro e está baseada na propriedade de ortogonalidade entre sinais. Dois sinais são tidos como ortogonais, quando o produto entre elas resulta em zero (VARGAS, 2004, p.17). A modulação OFDM utiliza diversas portadoras ortogonais para transmitir um sinal. Mas antes de ser modulado na portadora, este sinal passa por algumas etapas de processamento que melhoram seu desempenho. No processo de modulação OFDM, várias portadoras em frequências diferentes são utilizadas para modular o sinal digital, sendo que cada portadora transporta apenas alguns bits do sinal original. Estas portadoras são ortogonais entre si, para evitar que haja interferência entre elas. Isso quer dizer que o espaçamento entre as portadoras é igual ao inverso da duração de um símbolo (MALBURG, 2004). A tecnologia é complexa, mas apresenta alguns benefícios: maior número de canais para uma mesma faixa espectral quando comparado com a técnica FDM, resistência à interferência RF a apresenta baixa distorção causada por caminhos múltiplos (VARGAS, 2004, p.17).

22 22 OFDM foi a técnica escolhida para a televisão digital da Europa, Japão, Austrália e também para o Brasil, e a escolha é influenciada pela grande robustez demonstrada diante dos ruídos causados pela interferência de multi-percurso. Também vem sendo amplamente utilizada em transmissões sem fio (MALBURG, 2004). 2.3 Banco de dados SQL SERVER O MS SQL Server é um SGBD - sistema gerenciador de Banco de dados relacional criado pela Microsoft. Com a nova versão o MS SQL Server 2008 é fornecida uma plataforma de dados confiável, produtiva e inteligente que permite que você execute suas aplicações de missão crítica mais exigente, reduza o tempo e o custo com o desenvolvimento e o gerenciamento de aplicações e entregue percepção que se traduz em ações estratégicas em toda sua organização. O SQL É um Banco de dados robusto e usado por sistemas corporativos dos mais diversos portes (MICROSOFT, 2008). O SQL permite a encriptação de um banco de dados inteiro, arquivos de dados ou arquivos de log, com necessidade de mudanças nas aplicações. Os benefícios dessa encriptação incluem: consultas de dados encriptados usando consultas em série ou associadas, proteger os dados de consultas de usuários não autorizados e encriptação de dados sem requerer qualquer mudança nas aplicações existentes (MICROSOFT, 2008). SQL Server 2008 permite que dados possam ser usados a partir de aplicações desenvolvidas utilizando Microsoft.NET e Visual Studio. Como no projeto aqui descrito em que se utiliza a linguagem de programação C#. 2.4 Linguagem de programação C Sharp (c#) C# (ou C Sharp) é uma linguagem de programação orientada a objetos desenvolvida pela Microsoft como parte da plataforma.net. A sua sintaxe orientada a objetos foi baseada no C++ mas inclui muitas influências de outras linguagens de programação, como Delphi e Java. Durante o desenvolvimento da plataforma.net, as bibliotecas foram escritas originalmente numa linguagem chamada Simple Managed C (SMC), que tinha um compilador próprio. Mas, em Janeiro de 1999, foi formada uma equipe de desenvolvimento por Anders Hejlsberg, que fora escolhido pela Microsoft para desenvolver a linguagem. Inicia-se então à criação da linguagem chamada Cool. Um pouco mais tarde, em 2000, o projeto.net era apresentado ao público na Professional Developers Conference (PDC), e a linguagem Cool fora renomeada e apresentada como C# (MSDN, 2008). A criação da linguagem, embora tenha sido feita por vários programadores, é atribuída principalmente a Anders. Ele foi o arquiteto de alguns compiladores da Borland, e entre suas criações mais conhecidas estão o Turbo Pascal e o Delphi (MSDN, 2008). A Microsoft baseou C# nas linguagens C++ e Java, e ela é considerada a linguagem símbolo do.net, por ter sido criada praticamente do zero para funcionar na nova plataforma, sem preocupações de compatibilidade com código existente. O compilador C# foi o primeiro a ser desenvolvido, e a maior parte das classes da plataforma foi desenvolvida nesta linguagem (MSDN, 2008).

23 23 O C# é constituído por características diversas. Por exemplo, a linguagem suporta ponteiros utilizando-se da palavra reservada unsafe (código não-seguro), que é obrigatório. Seu uso não é aconselhável, e blocos de códigos que o usam geralmente requisitam permissões mais altas de segurança para poderem ser executados (MSDN, 2008). Em C# não existe herança múltipla, ou seja, cada classe só pode herdar apenas outra classe e não mais do que uma, no entanto é possível simular herança múltipla utilizando interfaces. Assim, com o uso da herança reduzimos código fazendo sua reutilização. O C# suporta sobrecarga de métodos e de operadores, mas não suporta argumentos padrão. As únicas conversões implícitas por padrão são conversões seguras tais como, a ampliação de inteiros e conversões de um tipo derivado para um tipo base. Não existem conversões implícitas entre inteiros e variáveis booleanas, enumerações e ponteiros nulos. Qualquer conversão implícita definida pelo utilizador deve ser explicita, apesar do C# ser baseado em variáveis estáticas é possível converter os tipos de dados de uma variável, desde que essa conversão seja possível. A forma mais simples de efetuar a conversão é usando a classe Convert, que implementa vários métodos que permitem a conversão de qualquer tipo para outro. Todas as conversões de tipo são validadas em função do tipo real da variável em tempo de execução, sem exceções (OFICINA DA NET, 2009). Ao contrário das outras linguagens de programação, nenhuma implementação de C# atualmente inclui qualquer conjunto de bibliotecas de classes ou funções. Mesmo assim, esta linguagem está muito vinculada à plataforma.net, da qual obtém as suas classes ou funções de execução. O código é organizado num conjunto de espaços de nomes que agrupam as classes com funções semelhantes. Por exemplo, System.Windows.Forms contém o sistema Windows Forms; System.Console é usado para entrada e saída de dados (MSDN, 2008).

24 24 3 ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 3.1 Análise do Contexto Descrição do objeto de desenvolvimento O objeto desenvolvido consiste de um sistema de monitoração e gerenciamento de eletrodomésticos dentro de uma rede de energia elétrica residencial. A monitoração é realizada por uma interface de medição efetuando a leitura para trazer os números do consumo de certo equipamento e levá-los à Central de Controle, em um computador, usando a rede elétrica da residência. Com os dados recebidos é feita visualização pelo usuário. O gerenciamento utiliza o sistema PLC, iniciando por um comando dado pelo computador para desligar ou ligar o eletrodoméstico Descrição do sistema Descrição de módulo de coleta de dados O módulo de coleta de dados tem como principal objetivo amostrar valores de tensão e corrente da rede elétrica e, a partir destes dados, calcular o consumo do eletrodoméstico conectado ao módulo. Descrição do módulo de comunicação A partir de equipamentos baseados na tecnologia PLC faz o envio de dados originados do módulo de coleta de dados para a unidade centralizadora de dados, assim como faz o caminho inverso levando comando de gerenciamento do computador até a unidade PLC conectada a um ponto de saída de energia. Descrição Central de Controle de dados Faz a centralização dos dados recebidos de cada ponto da rede, armazenando em uma base de dados em um computador no qual esteja conectado. Descrição do Software O software de pós-processamento é a principal interface com o usuário, tem o objetivo de converter a informação recebida da Central de Controle de dados, em informação legível para usuários leigos, e com esta informação monitorar o consumo de todos os equipamentos ligados à rede elétrica gerenciando-os Descrição das Interfaces Interface Central de controle Coletores de dados Os dados, coletados pelo módulo de coleta de dados, são enviados por meio da própria rede de energia elétrica residencial para a Control Unit for Smart Outlet, e esta utiliza da mesma estrutura de conexão para se comunicar com os diversos pontos na rede elétrica da residência.

25 25 Interface de comunicação Serial A Control Unit for Smart Outlet conecta-se ao computador por meio de uma interface serial Descrição de Condições Restritivas Restrição de Custos Por ser um projeto acadêmico possui grande restrição nos custos. Para viabilizar a execução do projeto deve-se priorizar a utilização de recursos já disponíveis, evitando a necessidade de aquisição de novos materiais. Restrição de recursos O projeto possui restrições de recursos: Humano, por se tratar de um projeto de conclusão de curso a quantidade de autores é limitada a duas pessoas, no projeto aqui mencionado a realização foi por apenas um aluno. Financeira, também faz parte da realidade do projeto, portanto será priorizada a utilização de recursos já disponíveis, evitando a necessidade de aquisição de novos materiais ou com tecnologias muito caras. Temporal, seguindo datas de um calendário acadêmico já especificado, foi necessária uma adequação a essas datas, evitando atrasos. Restrição mecânica Por se tratar de um equipamento direcionado à residências e que é conectado a vários pontos na rede elétrica o tamanho é limitado, com isso é necessária a utilização de componentes mínimos em dimensões. Restrições de ambiente Os ambientes em que são expostos os equipamentos são variados, mas nenhum extremo em relação à temperatura, umidade, vibrações ou agressividade do meio. Os pontos importantes que devem ser levados em consideração é a proteção contra poeira e pequenos choques devidos ao manuseio dos equipamentos por usuários sem necessidade de treinamento destes. Condições tecnológicas Dentre as tecnologias utilizadas neste projeto, o PLC Power Line Communication é a que há maior restrição de informações e equipamentos no Brasil, tendo sua regulamentação legal sido redigida recentemente pelos órgãos reguladores. Países da Europa e o EUA contam com protocolos e equipamentos comerciais já regulamentados para o PLC, sendo mais fácil a aquisição de materiais nestes lugares. Condições de Interferências Elétricas Por se tratar de dados trafegando em redes elétricas é necessário levar em conta interferências que possam ser geradas por equipamentos ligados à rede, como pequenos motores, comuns em uma residência, pode-se citar o liquidificador, batedeira, secador de cabelo entre outros.

26 Descrição dos Benefícios Esperados Benefícios econômicos O custo e o consumo de energia elétrica têm subido constantemente nas últimas décadas e não dá sinais de que diminuirão tão cedo. Quando o consumidor escolhe, com consciência, economizar energia elétrica dentro da própria casa, sente a diferença no orçamento doméstico (YAHOO, 2009). A economia financeira do usuário é esperada, após este ter total controle de onde a energia elétrica de sua residência está sendo utilizada, podendo gerenciar os equipamentos de modo a evitar desperdício de energia. Benefícios ecológicos Ao diminuir o consumo mensal em 10 kwh, durante o período de um ano uma pessoa evita que 48kg de CO 2 sejam lançados na atmosfera (INICIATIVA VERDE, 2009). Em maior escala os valores tornam-se muito mais significativos, como para o bairro de Santa Felicidade (em Curitiba), onde em 2000 existiam cerca de domicílios (IPPUC, 2000). Se cada domicílio conseguisse reduzir o consumo elétrico em 10kWh, isso proporcionaria 350 toneladas de CO 2 a menos na atmosfera, ou seja seriam necessárias mais de novas árvores para compensar todo o CO 2 (INICIATIVA VERDE, 2009) Análise Funcional Funções de comunicação As interfaces, de captura de dados e a Control Unit for Smart Outlet, devem ser capazes de se comunicar de forma bidirecional com o computador, para o recebimento da informação a ser processada, retorno dos resultados obtidos e troca de informações com o objetivo de controle. Funções de processamento de informação Dentro do módulo de coleta de dados a informação de corrente e tensão é recebida pelo conversor A/D e enviada pelo modem para a Control Unit for Smart Outlet, esta a informação é enviada pela porta USB/SERIAL para o computador. No computador a informação é tratada de modo que a monitoração se torne mais fácil ao usuário. Funções de controle automático O módulo de captura de dados faz a leitura do consumo e a transmissão dos dados para o Control Unit for Smart Outlet de forma automática quando programado para tal. Funções de interface homem/máquina A interação do usuário se dá pelo computador, utilizando o software desenvolvido durante o projeto, em que é feita a configuração dos equipamentos e a utilização. Funções de aquisição de dados Os dados serão adquiridos pelo módulo responsável, ligado à rede elétrica residencial e ao eletrodoméstico desejado.

27 Análise de Requisitos Funcionalidade O projeto não utiliza componentes de alta precisão por se tratar de um ambiente doméstico,oa Control Unit for Smart Outlet possui um sistema proprietário que trata a resposta do módulo de captura de dados para certificar-se da informação recebida. Normas de segurança quanto ao uso indevido deste projeto não serão estabelecidas. Confiabilidade Falhas são tratadas quanto à resposta enviada para o Control Unit for Smart Outlet, que faz a certificação dos dados válidos. Se houver alguma instabilidade no hardware, para que haja a reinicialização do mesmo ele deve ser desconectado e conectado da porta USB como a maioria dos dispositivos USB, e o software caso apresente alguma instabilidade, deve ser reinicializado também. Usabilidade O software é projetado de maneira intuitiva, de forma que seja dispensado qualquer tipo de treinamento do usuário. O esforço operacional está somente na utilização do software no computador, responsável pela interação com o usuário. Eficiência Não é exigido um alto processamento do hardware, por se tratar de uma pequena quantidade de dados e velocidade de transmissão baixa. Todo o sistema deve manter-se estável por todo o tempo. Mantenebilidade O projeto tem tecnologias possíveis de melhorias no futuro, tanto no software quanto no hardware. Ambas as partes do projeto são estáveis, só apresentam instabilidade se usadas em um sistema operacional não compatível, tendo em vista que não possui as bibliotecas e drives necessários. Portabilidade O Control Unit for Smart Outlet pode ser conectada a qualquer ponto da rede elétrica e qualquer computador, que tenha as especificações mínimas, de forma que é exigida somente a instalação do software, bibliotecas e drives necessários Análise de Arquitetura: Hardware O projeto possui o hardware dividido em três sistemas, o módulo de captura de dados, em que serão obtidas as informações de corrente de tensão para o cálculo do consumo, o módulo de comunicação, com o uso de tecnologia PLC para que a informação seja enviada à terceira parte do hardware, o Control Unit for Smart Outlet, que deverá reunir os dados de todos os módulos de captura de dados espalhados na rede elétrica e enviar uma informação só para o computador. O Control Unit for Smart Outlet também recebe os comandos do computador e os envia ao receptor correto na rede. A figura 3.1 demonstra o funcionamento geral da rede.

28 28 Figura 3.1: Fluxo geral do sistema. Por meio do diagrama mostrado na figura 3.1 tem-se a idéia fundamental do funcionamento do sistema. Cada eletrodoméstico aqui representado por uma geladeira ou qualquer ponto em que haja consumo de energia elétrica, é ligado a um módulo de coleta de dados, este está conectado ao módulo de comunicação que será responsável por tratar o sinal para transmissão de dados pela rede elétrica. Em outro ponto da rede está outro módulo de comunicação, conectado a uma unidade que fará o controle dos módulos que coletam dados, este módulo de comunicação recebe o sinal e o trata para transformar em dados digitais que serão enviados a um computador no qual está instalado o software responsável por toda a interface do sistema.

29 29 4 PROJETO Neste capítulo faz-se o detalhamento do projeto e dos procedimentos adotados para o desenvolvimento. 4.1 Descrição Geral dos Módulos: O projeto é composto por três módulos com responsabilidades específicas: Módulo kit de coleta de dados (Smart Outlet): Seu objetivo é converter os dados brutos de corrente e tensão em informações digitais, e enviá-las através da rede elétrica. Módulo central de dados e comandos (Control Unit for Smart Outlet): Seu objetivo é distinguir a origem dos dados repassando-os para o computador para o devido armazenamento. Módulo software de pós-processamento: Seu objetivo é ler as informações digitais recebidas, armazenando-as e as transformando em dados visualizados em textos e gráficos, também deve possibilitar o controle dos módulos que farão a coleta dos dados. 4.2 Hardware Inicialmente houve necessidade de pesquisar as opções disponíveis no mercado, em termos de hardware. Durante as pesquisas, foram encontradas soluções diversas, mas somente uma pode ser levada adiante. Estas soluções são: Solução ST7540: Desenvolvido pela STMicroeletronics, o chip ST7540 faz parte da família Power Line Transceiver, e compõe o portfólio de produtos da ST voltados para comunicação de banda estreita usando a rede de energia elétrica (Narrowband Power Line Communications). O chip é direcionado para aplicações de baixo custo e tamanho reduzido, próprio para automação em residências, condomínios residenciais e prediais e sistemas de monitoramento remoto (JORNAL BRASIL, 2009). O componente é um transceptor half-duplex FSK, projetado para a comunicação bidirecional, usando da rede elétrica. Possui oito frequências de transmissão selecionáveis e quatro taxa de transmissão de 600 a 4800 bps. Ele oferece um regulador de tensão 3,3V e 50mA, para alimentar diferentes tipos de micro controladores, oferecendo grande flexibilidade de projeto (STMicroeletronics, 2009). Entre outros recursos, existe o reconhecimento de header programável e frame lenght count para aumentar a eficiência e reduzir o consumo de energia, ativando a

30 30 MCU externa apenas quando uma mensagem com um header ou frame lenght específico for detectado e congelamento programável do nível de saída, para aumentar a estabilidade da transmissão em ambientes de muito ruído (JORNAL BRASIL, 2009). Para o projeto proposto, além da interface de comunicação desenvolvida com o ST7540, é necessário a implementação de sistemas externos para medição de corrente e tensão, como os mostrados nas figuras 4.1 e 4.2, respectivamente. Figura 4.1: Circuito medidor de corrente. Fonte: (CUTEDIGI.COM, 2009). Figura 4.2: Circuito medidor de tensão. Fonte: (CUTEDIGI.COM, 2009). Devido à complexidade de todo o sistema a ser desenvolvido, e a disposição a erros que tal complexidade levaria, essa solução foi descartada Solução IT700 Module: Módulo plug in que incorpora o SoC (System on Chip) IT700 com interface com MCU e fonte de alimentação. Foi criado pela Yitran Communications Ltd., empresa Israelense fundada em 1996, para fácil integração com aplicações diversas envolvendo a comunicação PLC na automação residencial (YITRAN, 2009). Solução vantajosa por possuir representantes legais da empresa no Brasil, possuindo fácil acesso à documentação e suporte. O kit de desenvolvimento já vem com as bibliotecas e protocolo proprietário para a rede. O problema constatado foi o custo para obter o kit, cerca de U$1.200,00 cada, ultrapassando o orçamento proposto e disponível para o projeto.

31 Solução PLM-24: Modem PLC de baixo custo e fácil aplicabilidade é um dispositivo capaz de enviar e receber dados seriais utilizando a rede elétrica a uma velocidade de até 2400 bps. A figura 4.3 mostra um módulo PLM-24 já construído e pronto para uso, pode ser facilmente interfaceado com qualquer computador ou MCU. É destinado para sistemas de automação residencial que usem comunicação bi-direcional como medidor de consumo energético, medidores de temperatura, controle de luzes, etc. Também é possível enviar e receber mensagens ou trocar arquivos entre um computador pessoal e dispositivos ligados à rede elétrica (HIGH TECH HORIZON, 2009). Figura 4.3: Modem PLM-24 pronto para uso. Fonte: (HIGH TECH HORIZON, 2009). Desenvolvido pela empresa High Tech Horizon, com uma arquitetura voltada para trabalhar com o chip ST7537, antecessor do ST7540, o modem PLM-24 tem a vantagem de possuir um baixo custo, e já estar integrado a um kit com todos os componentes necessários para sua montagem. Diante de suas características e vantagens esta solução só foi descartada por haver dificuldade de obter maiores informações de como adquirir o produto aqui no Brasil ou como importá-lo Solução LinkSprite A LinkSprite Technologies, Inc. fornece dispositivos para comunicação PLC e wireless. E dentre estes dispositivos a solução aqui apresentada disserta a respeito do Smart Outlet e do Control Unit for Smart Outlet,que correspondem aos módulos de coleta de dados (Smart Outlet) e central de dados e comandos (Control Unit for Smart Outlet), respectivamente. Ambos os dispositivos se assemelham muito, como é visível nas figuras 4.4 e 4.5. A principal diferença está na função que cada um exerce no sistema. Essa solução foi a mais apropriada para o projeto, isto porque cumpre com vários requisitos que foram expostos na especificação do projeto. Estes dispositivos estão

32 32 dentro do esperado quanto à suas características técnicas, levando sempre em consideração o ambientes residencial escolhido, essas características podem ser exemplificadas pela largura de banda utilizada para transmissão de sinal, a banda estreita ideal para transmissão de pequenas quantidades de dados, outro exemplo é o tamanho de cada módulo, um tamanho reduzido, ideal para domicílios. Juntamente com alguns destes requisitos técnicos que os dispositivos suprem está o fator financeiro, já que dentre as opções estudadas esta foi uma das mais acessíveis. A figura 4.4 mostra um Smart Outlet, que é o módulo responsável pela coleta de dados de consumo e gerenciamento. Figura 4.4: Smart Outlet da LinkSprite. Fonte: (CUTEDIGI.COM, 2009). A figura 4.5 mostra um Control Unit for Smart Outlet, este é módulo responsável pelo controle dos Smart Outlets ligados à rede. O Control Unit for Smart Outlet, diferentemente dos Smart Outlets, possui um soquete UART de 20 pinos para uma placa auxiliar, esta placa auxiliar será a responsável pelo interfaceamento com um computador ou micro controlador. A própria Linksprite fornece essas placas auxiliares. Na figura 4.5 é possível ver uma placa auxiliar para comunicação RS232 (serial) com computadores.

33 33 Figura 4.5: Control Unit for Smart Outlet da LinkSprite Fonte: (CUTEDIGI.COM, 2009). Para a montagem do sistema de rede PLC utilizando os dispositivos acima, assumimos a estrutura de rede da figura 4.6. Figura 4.6: Estrutura da rede PLC. Fonte: (CUTEDIGI.COM, 2009). Segundo dados da Linksprite, nesta estrutura de rede, pode-se conectar até módulos de coleta de dados para cada central de dados e comandos. Na figura 4.6 o Control Unit for Smart Outlet é representado pelo PLC-UART ligado ao Data concentrator, que nada mais é que o computador, e os Smart Outlets são representados pelo bloco Power meter PLC-UART já que esse possui ambas as funções.

34 34 O controle de cada Smart Outlet é feito por um Control Unit for Smart Outlet ligado a um micro controlador ou computador por conexão serial, no caso do projeto um computador, utilizando comandos AT, que são enviados pela rede elétrica utilizando o modem de comunicação PLC, AC-PLM-1, da Ariane Controls, que utiliza a modulação FSK para transmissão da informação com uma frequência programável entre 50 khz e 500 khz (ARIANE CONTROLS, 2009). O Smart Outlet recebe os comandos e por meio do micro controlador ATMEGA168V, da fabricante ATMEL, executa o que foi determinado (ATMEL, 2009). Para a medição do consumo, sua programação é feita para que, quando receber uma requisição, seja efetuado o cálculo de potência da equação 4.1 com os valores de tensão, pré-determinado por um jumper para trabalhar em 110 V ou 220 V, e corrente que o sensor de corrente, representado pela figura 4.1, retornar. Equação 4.1 Fórmula de potência a partir da corrente e tensão. P = I V Na placa principal do Control Unit for Smart Outlet há um receptor de 20 pinos no qual se pode utilizar diferentes placas de interface. As placas de interface disponíveis são para RS232, RS485, USB, Ethernet e Zigbee. No projeto aqui descrito foi utilizado a USB inicialmente, porém apresentou certa instabilidade na conexão com o computador, parando de responder depois de certo tempo conectado. Então foi alterado para a interface RS232 que se mostrou muito mais estável na comunicação serial com o computador. Na figura 4.7 é possível verificar o diagrama funcional básico do Control Unit for Smart Outlet. Figura 4.7: Diagrama funcional básico do Control Unit for Smart Outlet. Fonte: (CUTEDIGI.COM, 2009).

35 Software Requisitos do Software Foram levantados os seguintes requisitos para o software de monitoração e gerenciamento do sistema: Possibilidade de cadastrar diversos eletro-eletrônicos e relacioná-los aos Smart Outlet s desejados. Possibilidade de visualizar os dados de consumo instantâneo e energia acumulada enviados pelo Smart Outlet. Possibilidade de visualizar dados coletados anteriormente, armazenados no banco de dados, utilizando como filtro a data e o eletro-eletrônico. Possibilitar agendar coleta de dados para monitoração. Possibilidade de visualizar os dados convertidos em gráficos Projeto do Software As principais funções do software estão descritas a seguir nos casos de uso, representado pela figura 4.8, e nos diagramas de sequência entre as figuras 4.9 e Figura 4.8: Caso de uso do Software de Monitoração e Gerenciamento

36 36 Descrição dos casos de uso do software: Caso de uso: Cadastrar Smart Outlet e/ou eletro-eletrônico. Ator: Usuário. Descrição: O Usuário entra com os dados referentes ao módulo de coleta de dados instalado na rede, e, ou somente, do eletro-eletrônico, que serão armazenados no banco de dados. Caso de uso: Visualizar consumo instantâneo. Ator: Usuário. Descrição: O Usuário requisita o consumo instantâneo de acordo com o eletroeletrônico desejado, e sistema busca os dados automaticamente. Caso de uso: Visualizar energia acumulada. Ator: Usuário. Descrição: O Usuário requisita a energia consumida por certo eletro-eletrônico, e o sistema busca os dados automaticamente. Caso de uso: Ligar ou desligar eletro-eletrônico. Ator: Usuário. Descrição: O Usuário liga ou desliga determinado eletro-eletrônico ligado à rede PLC. Caso de uso: Agendar ação. Ator: Usuário. Descrição: O usuário programa uma ação a ser realizada e o sistema aciona automaticamente a função de liga ou desliga.

37 37 Figura 4.9: Diagrama de sequência Cadastro de módulo. Figura 4.10 Diagrama de sequencia - Cadastro de Eletro-eletrônico.

38 38 Figura 4.11: Diagrama de sequência Visualizar Consumo Instantâneo. Figura 4.12: Diagrama de sequência Visualizar energia acumulada. Figura 4.13: Diagrama de sequência Ligar/Desligar Eletro-eletrônico.

39 Desenvolvimento do Software Figura 4.14: Diagrama de sequência Agendar ação. O software é desenvolvido em C# com a utilização do Microsoft Visual Studio 2008 para seu desenvolvimento e funciona em plataforma Windows. A metodologia utilizada para a análise do software foi a Análise Orientada a Objeto, utilizando partes da UML para documentar o software. Segundo a metodologia de Análise Orientada a Objeto, primeiramente foram definidos os casos de uso do sistema, então foram levantados os objetos do sistema, seus atributos e relacionamentos Levantado os objetos e atributos, então foi possível montar o diagrama de entidade relacionamento para o banco de dados, com esta etapa concluída, foi criado o banco de dados no SGDB Microsoft SQL Server 2008 e implementadas as telas e rotinas do sistema. Para programar o sistema, a primeira abordagem foi levantar os dados básicos comuns a todo o sistema enquanto ele estiver rodando; com este levantamento, foi possível identificar que um dispositivo Control Unit for Smart Outlet precisa estar conectado e disponível em comum a todas as abas e objetos do sistema, por isso chegou-se a conclusão que o sistema deverá bloquear as entradas até que um dispositivo Control Unit for Smart Outlet se torne disponível. Para isto, foi necessário criar um painel para controle desta conexão como pode ser visualizado na figura 4.15 abaixo. Figura 4.15 Painel para conexão com porta COM. Neste painel são mostradas as configurações da porta de conexão do dispositivo, que são automaticamente detectadas pelo Windows. Além de possibilitar a configuração da conexão com o dispositivo, este painel também fornece um botão para que o usuário abra a porta corrente que será disponibilizada em comum ao sistema. Também se constatou a necessidade do servidor de dados utilizado estar disponível e configurado com o software para a troca segura e estável de informações, já que em muitas das opções do software a troca de dados com o banco de dados é constante.

40 40 Depois de configurada a conexão serial com o Control Unit for Smart Outlet e a conexão com o banco de dados, o software realiza automaticamente uma rotina de verificação dos dados armazenados no banco, onde o sistema compara a data atual com a data armazenada no banco de dados. Essa verificação é realizada cada vez que se inicia o programa, e as datas são armazenadas no intervalo de um mês entre elas. Esse armazenamento corresponde à função de traçar gráficos relacionados à energia consumida durante os meses, na figura 4.16 tem-se um exemplo com um suposto consumo da luz da cozinha e do micro-ondas para o mês de Agosto de Figura 4.16 Tela de consumo acumulado. Caso o usuário opte por visualizar o consumo elétrico instantâneo, primeiramente ele seleciona quais eletro-eletrônicos, já devidamente conectados em seus respectivos Smart Outlets, ele deseja monitorar, o Smart Outlet responsável receberá o comando enviado pelo Control Unit for Smart Outlet e enviará os dados a cada 2 segundos, o software receberá os dados e traçará um gráfico utilizando a biblioteca pública ZedGraph, desenvolvida em C#, para interromper a monitoração há um botão parar na aba relacionada. Para visualizar os dados de consumo energético mensal de um eletro-eletrônico ele poderá selecionar o mês e o ano além do eletro-eletrônico desejado, e requisitar pelos dados armazenados no banco de dados, o software traçará um gráfico em barras mostrando o consumo informado. Todos estes gráficos possuem controles na tela para deslocamento no tempo e zoom como mostra a figura 4.17 na tela de consumo instantâneo.

41 41 Figura 4.17 Tela de consumo instantâneo, gráfico com opção de zoom. A última aba disponível no aplicativo é referente ao gerenciamento dos equipamentos como mostra a figura 4.18, onde o usuário consegue ter o controle de ligar ou desligar os eletro-eletrônicos, esse controle se dá por um comando enviado pelo Control Unit for Smart Outlet a um específico Smart Outlet, este ao reconhecer o comando correto corta o fornecimento de energia ao eletro-eletrônico ligado a ele. Essa opção ainda pode ser acionada automaticamente pelo próprio software caso o usuário o tenha programado para tal.

42 42 Figura 4.18 Tela de programação de ação Banco de Dados O modelo do banco de dados do sistema está descrito na figura Figura 4.19: Diagrama de Entidade Relacionamento. A figura 4.19 mostra as entidades (tabelas) eletro-eletrônicos, PLC-Eletro, Smart Outlet e Consumo. A tabela eletro-eletrônicos contém as informações referentes ao cadastro dos eletro-eletrônicos, como o índice de referência ao eletro-eletrônico, e chave primária, (id_eletro) que também faz o relacionamento com a tabela PLC-Eletro, o nome (nome_eletro), o consumo nominal do eletro-eletrônico fornecido pelo fabricante (consumo_nominal) e um relacionamento com a tabela Smart Outlet através do índice