Implementando uma solução de automação residencial baseada em open source e custo reduzido

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1 Implementando uma solução de automação residencial baseada em open source e custo reduzido Aluno Rafael Machado Dohms Orientador Fabiano Mariath 1

2 Motivação Crescimento da área de automação residencial 22,1% por ano de (ABI Research) Benefícios Conveniência Portadores de necessidades especiais Segurança Desvantagens dos sistemas atuais Alto Custo Sistemas proprietários Referência: Página 01 open source e custo reduzido 2

3 Objetivo Referência: Página 01 Implementar uma solução de automação residencial financeiramente viável e com recursos tecnológicos simples e open source open source e custo reduzido 3

4 Tecnologias Acesso PC PDA Celular Uso PHP MySQL HTML / XHTML / WML Integração Porta Paralela Referência: Páginas open source e custo reduzido 4

5 Soluções analisadas Referência: Página 18 Simulação de Sistema de Automação Residencial para Deficientes com Dificuldades Motoras (SAR) Ricardo Koiti Ishida (1º/2004) Projeto acadêmico de graduação PHP at Home Ron Goff Artigo em php architect, agosto de 2005 open source e custo reduzido 5

6 O SAR Rede Local ou JAVA Internet JSP/HTML Micro-controlador 8051 Referência: Páginas UCC UCP Periférico de Ação Interfaces disponíveis: PC Software no Servidor: Linux/Windows TomCat HTTP Protocolo próprio Navegação apenas textual Portas lógicas e Flip -flops open source e custo reduzido 6

7 PHP at Home IMAP e Crontab c/ Flipit PHP Wireless Rede elétrica Referência: Páginas Conector Porta Serial Transceiver X10 Lamp Module X10 - Firecracker Interfaces disponíveis: PC / PDA ou Celular (Habilitados com ) Software no Servidor: Linux Apache Flipit Sem navegação Comandos diretos Programação de ações por horário Custo: US$17- U$40 open source e custo reduzido 7

8 Resultados da análise Referência: Páginas Problemas identificados número limitado de interfaces remotas interfaces textuais não intuitivas comandos numéricos confusos Soluções propostas Adição de interfaces: PDA e Celular Implementação de navegação visual nas interfaces PDA e PC Adaptação da interface textual para se tornar mais amigável Simplificar hardware, removendo micro-processador open source e custo reduzido 8

9 Estrutura proposta HARDWARE SOFTWARE Análise Periférico Servidor Interfaces Periférico de ação Módulo de endereçamento Comunicador (Porta Paralela ) Sistema (Inteligência ) Interfaces Projeto e Implementação S SET Q R CLR Q open source e custo reduzido 9

10 Software - Análise Referência: Páginas Estrutura de 3 pontos Interface: interage com o usuário e envia comandos ao sistema Sistema: Fornecer interface Gerenciar objetos Enviar/Receber comandos ao comunicador Comunicador: responsável por acionar o hardware e receber sinais de retorno open source e custo reduzido 10

11 Software - Análise Referência: Páginas Comandos para a porta paralela Parashell (Brett Carroll) Comandos em decimal Array Número binário Número decimal Porta Paralela open source e custo reduzido 11

12 Software - Análise Referência: Páginas Interface Primária (PC) Navegação visual e intuitiva Todos comandos disponíveis Saída em HTML open source e custo reduzido 12

13 Software - Análise Referência: Páginas Interfaces Secundárias (PDA e Celular) Navegação textual ilustrada (PDA) Navegação textual (Celular) Comandos restritos ao uso Saída em XHTML (PDA) ou WML (Celular) open source e custo reduzido 13

14 Software - Análise Referência: Páginas Objetos estruturais rhcasa: representa a residência agrupando ambientes rhambiente: representa um cômodo e agrupa os periféricos rhperiferico: representa um periférico e suas capacidades rhcontroler: responsável pela comunicação externa, criado para obter transparência open source e custo reduzido 14

15 Software - Análise Referência: Páginas Levantamento de ações Visualizar Residência / Cômodos / Periféricos Alterar / Remover / Adicionar Cômodos e periféricos Identificar estado de periféricos Alterar estado de periféricos open source e custo reduzido 15

16 Software - Projeto Fluxograma de navegação Referência: Páginas Exibe planta geral da casa e dá acesso aos ambientes Página Inicial Exibe um ambiente e os periféricos que o compõem Exibe formulário para editar, adicionar ou remover um elemento Ver Ambiente Ver Formulário Exibe indicador de resultado Executar Ação Executar SQL Aciona controladores para controlar periféricos Executa comandos prontos no banco de dados open source e custo reduzido 16

17 Software - Projeto Referência: Páginas Uso de templates separar lógica de apresentação apenas um arquivo de lógica para 3 interfaces Apresentação PC Resultado Arquivo de lógica Resultado Apresentação PDA Banco de Dados Resultado Apresentação Celular open source e custo reduzido 17

18 Software - Projeto Referência: Páginas Funções padrões de objetos editregistro loadregistro gravaregistro delregistro showform loadchildren open source e custo reduzido 18

19 Software - Projeto Referência: Páginas 37 Banco de Dados Armazenar objetos Estado do periférico é obtido em tempo real open source e custo reduzido 19

20 Software - Implementação Referência: Páginas Estrutura de arquivos Raiz do diretório Arquivos index.php e iframe.php CSS folhas de estilo Images Imagens usadas pelo sistema JS Arquivos com funções em javascript Layout arquivos de template (.htm), separados por meio, área e função Uploads arquivos enviados ao sistema (plantas) open source e custo reduzido 20

21 Software - Implementação Referência: Páginas INC Arquivos de configuração e bibliotecas de funções config.php constants.inc.php header.inc.php image.funcs.php includes.inc.php pc.config.php pda.config.php site.funcs.php string.funcs.php sys.funcs.php wa.config.php open source e custo reduzido 21

22 Software - Implementação Referência: Páginas LIB Classes e objetos utilizados XUpload (David Asin Sanchez) Smarty e SmartyDMS (Smarty Group) dbclass hftimage (Yuriy Horobey) Páginas Páginas de lógica (.php) separadas por área e função open source e custo reduzido 22

23 Software - Implementação Referência: Páginas index.php Arquivo de entrada Inclui arquivo de ação (lógica) Monta template padrão Incluir arquivos externos Definir página de ação que deve ser usada. Incluir página de ação Atribuir variáveis de template e inserir conteúdo da pagina de ação Instanciar objeto de Template Incluir gerador de Menu e obter dados da residência open source e custo reduzido 23

24 Software - Implementação Visualização geral (Planta da casa) Navegação por meio de cliques na planta Mapeamento da área do cômodo: Imagens separadas Dificuldade no cadastro de cômodos Uso do tag MAP, ligado a imagem <map name="map_res1"> </map> imagem única, mapeamento por coordenadas <area shape="rect" title="cozinha" coords="285,9,428,197" href="index.php?page=verambiente&idambientes=8"> <area shape="rect" title="sala de Estar" coords="66,166,291,324" href="index.php?page=verambiente&idambientes=6"> Referência: Páginas open source e custo reduzido 24

25 Software - Implementação Referência: Páginas Visualização do cômodo Localização e estado dos periféricos (ícone ligado / desligado) Manipulação da imagem processamento excessivo DIV s flutuantes resolução de tela do usuário alterava distância DIV s flutuantes com função de ajuste de acordo com resolução, periféricos mudam de lugar Resolução 800x600 Resolução 1280x1024 planta baixa planta baixa Distância = X Distância > X open source e custo reduzido 25

26 Software - Implementação Referência: Página 45 Gerenciando periféricos Menu de opções (editar, remover ou usar) Alterar estado Recarregar página processamento excessivo Enviar comando a um iframe invisível iframe executa operação e altera ícone. open source e custo reduzido 26

27 Software - Implementação Referência: Páginas Gerenciando objetos Uso de formulários específicos Informações de endereço físico do periférico Gerador de número canônicos filtrados por uso Cadastro da posição de cômodos ou periféricos Informar coordenadas manualmente alto índice de dificuldade Derivar coordenada pelo clique ao clicar sobre a planta sistema registra coordenada. open source e custo reduzido 27

28 Software - Implementação Referência: Páginas Capturar coordenadas do clique objeto input de tipo imagem causa recarga da página atributo ismap do tag IMG iframe retorna coordenadas nos campos certos por meio de javascript url?variaveis_do_sistema&xy=23,45 Imagem da planta iframe invisível Javascript Valor dos campos é atríbuido com X e Y open source e custo reduzido 28

29 Hardware - Análise Conexão com computador Porta Paralela maior número de pinos limitação de 8 metros Divisão em duas partes Módulo de endereçamento Periférico de controle Periférico de controle Módulo de Endereçamento Referência: Páginas open source e custo reduzido 29

30 Hardware - Análise Referência: Páginas Funções / Operações Endereçar controlar objetos um por vez Manter memória de estado manter estado após operação Acionar dispositivo alterar estado do objeto (ligar/desligar) Retornar estado após alteração retornar novo estado ao sistema open source e custo reduzido 30

31 Hardware - Projeto Referência: Página 53 Endereçamento Produto canônico Portas AND e NOT Exemplo para duas entradas: open source e custo reduzido 31

32 Hardware - Projeto Referência: Página 54 Manter memória de estado Flip/Flop Master/Slave com set e reset open source e custo reduzido 32

33 Hardware - Projeto Referência: Página 54 Acionar dispositivo Relé Voltagem no contato 5V Malha externa com 220V Isola malhas e permite ligar/desligar luzes open source e custo reduzido 33

34 Hardware - Projeto Referência: Páginas Retorno ao computador Uso do pino ACK não há necessidade de habilitar modo bi-direcional Retorno único Porta OR retorno 1 se qualquer flip-flop estivesse em estado alto Portas AND + OR com elementos de endereçamento, somente retorno alto na leitura do flip-flop certo open source e custo reduzido 34

35 Hardware - Implementação Referência: Páginas Corrente insuficiente para ativar relé Saída do flip-flop de apenas 2mA Ic = Voltagem( V ) 5V 106mA Resistência( Ω) = 47Ω = Amplificador operacional Voltagem mantida, mas corrente de apenas 9mA Transistor NPN com alto ganho após erro de cálculo, ganho permitiu acionar o relé open source e custo reduzido 35

36 Hardware - Implementação Referência: Páginas Aplicação do Transistor Calcular ganho mínimo do transistor h FE corrente I c(ma) 106 (min) > 5* > 5* > 265 Saída do circuito(ma) 2 Calcular resistênsia de R Voltagem(V) * hfe 5*265 RB = = = 2,5 ~ 2k5Ω 5* I 5*106 c B open source e custo reduzido 36

37 Hardware - Implementação Referência: Páginas Ambiente de testes Aplicativos VBPortTest e RelaisTimer open source e custo reduzido 37

38 Hardware - Implementação Circuito Final Referência: Página 60 open source e custo reduzido 38

39 Hardware - Implementação Referência: Página 61 Custo de implementação do circuito Qnt. Componente Custo Custo Unitário Total 4 74HC08 R$ 1,00 R$ 4, HC32 R$ 1,00 R$ 1, HC04 R$ 1,00 R$ 2,00 1 KA7805 R$ 1,30 R$ 1,30 4 JW2SN-DC5V R$ 4,00 R$ 16,00 4 BC550B R$ 0,35 R$ 1,40 2 CD4027BE R$ 1,00 R$ 2,00 1 Capacitor 330nF R$ 0,60 R$ 0,60 1 Capacitor 100nF R$ 0,30 R$ 0,30 10 Capacitor 10nF R$ 0,30 R$ 3,00 4 Resistor 2k2 R$ 0,25 R$ 1,00 1 Resistor 470 R$ 0,25 R$ 0,25 4 Diodo 1N4148 R$ 0,10 R$ 0,40 1 DC Jack R$ 2,60 R$ 2,60 1 Fonte 6V, 500mA R$ 14,60 R$ 14,60 1 Led vermelho R$ 0,50 R$ 0,50 * Levantamento de preços realizado na loja Contato Eletrônica em Out/2005 Total R$ 50,95 open source e custo reduzido 39

40 Estrutura completa MySQL DB WML WAP WAP Browser Base Operacional (PHP) API WEB (PHP) HTML WWW Browser Porta Paralela Controlador XHTML Bluetooth / WWW Browser Periférico Servidor APACHE open source e custo reduzido 40

41 Demonstração Referência: Páginas Modelo de uso apresentado na monografia Roteiro da demonstração 1. Alterar dados da residência 2. Adicionar novo cômodo 3. Adicionar dois periféricos ao cômodo 4. Alterar estados de ambos periféricos 5. Manipular periféricos a partir das interfaces secundárias Conclusão do projeto open source e custo reduzido 41

42 Conclusão Referência: Páginas Viabilidade da estrutura proposta Aplicação do conhecimento obtido em matérias do curso Projetos futuros Remover limite de 8 metros Novos periféricos (portas, ar condicionado) Ampliação de número máximo Módulo de programação por horário Alertas de erro físico (lâmpada queimada) open source e custo reduzido 42

43 open source e custo reduzido 43

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