HouseManager - Projeto de Automação Residencial Rodrigo de Moraes UNISINOS Universidade do Vale dos Sinos Av. Unisinos, 950, São Leopoldo, RS, Brasil digao@sinos.net Resumo Neste artigo será apresentada a proposta de projeto de automação residencial dos alunos da Engenharia da Computação da UNISINOS baseado no marcado atual e o que já foi desenvolvido até o momento. 1. Introdução O ramo da automação residencial (AR), ou seja, controlar diversas funções de uma residência ou estabelecimento, como, TVs, som, persianas, piscina sem sair de um cômodo ou até mesmo de fora de sua casa, vem crescendo muito no mundo nos últimos tempos. Esse crescimento é motivado por uma grande procura de tecnologias que consigam facilitar a vida do usuário proporcionando conforto e diversão, o que é uma grande necessidade humana nos tempos atuais. No Brasil esse mercado ainda está engatinhando, o que não significa que essa tecnologia já não esteja presente nas lojas do ramo da arquitetura, porém o que não ocorre, ainda, talvez por desconhecimento ou pelo custo elevado, é uma maior procura do consumidor por esse tipo de produto. 2. AR no mercado Brasileiro Hoje o mercado brasileiro disponibiliza de vários sistemas de AR, alguns mais simples apresentando somente um controle remoto para algumas funções básicas de controle de luz e outros mais completos que trazem até controles com tela touchscreen que possibilitam controle desde luzes até a visualização das câmeras de segurança de uma residência (Anexo 1). Porém, todos os sistemas ocorrentes até agora acabam falando em alguns pontos, ou por serem simples de mais não apresentando tecnologias de ponta como é o caso do sistema oferecido pela Neocontrol que oferece um completo sistema de AR mas não apresenta comunicação sem fio entre seus módulos, o que acaba dificultando sua instalação em residências já construídas[1]. Outro sistema que está sendo bem divulgado e está presente em várias lojas do ramo da arquitetura é o Control4, um sistema completo que apresenta comunicação sem fio, principal condição de criação da empresa, mas não é um produto nacional, o que acarreta num alto custo de aquisição [2] (Figura 1). 1 Figura 1 - Sistema de AR Control4 3. Proposta do Projeto Levando em conta a situação no mercado brasileiro, os alunos da Unisinos do curso de Engenharia da Computação estão desenvolvendo um projeto que tem como objetivo a automação completa de uma casa, desde um interruptor de luz até o controle da temperatura de um aparelho de ar-condicionado através de internet, usando comunicação sem fio entre os hardwares necessários (Anexo 2). O objetivo inicial do projeto é fazer a comunicação sem fio entre um computador e os diversos cômodos de uma casa possibilitando o controle das principais funções de uma TV remotamente e o controle de um relé para funções de liga/desliga (Figura 2).
Esses dois componentes já foram testados tanto no seu alcance como no código de programação que será necessário para que seja feita a comunicação. Nos testes realizados pode-se perceber que será preciso fazer um protocolo único de comunicação com certo grau de complexidade, já que os componentes trabalham em uma freqüência livre que outros equipamentos também utilizam, como é o caso de controles remotos de portões, fazendo com que o sinal oscile muito. Outro teste já realizado, foi o envio de dados de um computador utilizando o dispositivo de transmissão, ou seja, conseguiu-se enviar dados da porta serial de um PC para um microprocessador utilizando a conexão sem fio. Para isso foi necessária a adaptação do conversor de comunicação serial +/-12V para 5/0V, MAX232, já que a porta serial de um computador trabalha utilizando a primeira faixa e a comunicação serial do componente utiliza a outra. 4.1.2 Micro-Controladores Figura 2 - Modelo inicial do projeto Para que isso seja possível será preciso desenvolver módulos para cada cômodo que apresentaram componentes wireless com o computador, componentes de infra vermelho para a comunicação com a TV e relé. Outra coisa necessária para que o sistema funcione, será a criação de um software para o gerenciamento das funções através do computador e para gerenciamento remoto. 4. Desenvolvimento do projeto O projeto está sendo dividido em duas sessões, a de desenvolvimento de software e a de desenvolvimento de hardware. 4.1 Desenvolvimentos de Hardware 4.1.1 Comunicação Wireless Para a criação dos módulos que ficaram em cada cômodo da casa optou-se por utilizar componente wireless que se comunicam através do protocolo serial, sendo de fácil comunicação com a maioria dos microcontroladores e usado na maioria dos hardwares desse tipo, possibilitando a troca do componente sem grandes ajustes no projeto. Para o início do projeto, optou-se pelos componentes wireless RWS-371-6 e TWS-315 da marca Wen Shing para recepção e transmissão, respectivamente, que operam na freqüência de 433MHz com um alcance entre trinta e cem metros dependendo da antena que pode ser adaptada. 2 Para os primeiros testes da comunicação sem fio, foram realizados os micro-controladores Basic Stemp BS2 que suportam a linguagem de programação Basic, ou seja, uma linguagem de fácil programação, mas limita a execução de códigos mais complexos. Porém o processador apresenta a comunicação serial implementada, ou seja, com uma linha de comando é possível mandar um dado sem a necessidade de dividi-lo em bits. Atualmente o projeto está utilizando o processador PIC-16F877A que suporta uma linguagem também de fácil programação que é a C e também apresenta a porta serial implementada. Outra vantagem desse microcontrolador é o número de portas disponíveis. Para a programação do PIC, está-se utilizando o compilador CCS versão 4.03 que apresenta fácil configuração da porta serial e dos pinos de controle. 4.1.3 Comunicação via Infravermelho Para a comunicação entre cada módulo de controle a uma TV, será utilizado um LED emissor de infravermelho comum que será configurado para a freqüência de 38KHz a qual as TVs utilizam. Atualmente o grupo está utilizando o sensor infravermelho ROM-N338LM, que já possui um filtro da freqüência de 38KHz para a leitura e construção de um banco de dados inicial dos sinais de cada comando de um controle remoto de cada marca[3]. Esse procedimento está sendo feito para teste, pois o objetivo final do sistema, é que cada residência que ele for implantado, tenha um desses leitores com um gravador de banco de dados, pois cada TV de cada marca possui um código diferente para cada comando. O grupo está estudando o funcionamento de um controle remoto universal, pois seria de grande ajuda o conhecimento do mesmo para a criação de um banco de dados inicial.
4.2 Desenvolvimentos do Software O sistema em desenvolvimento requer um software capaz de armazenar um banco de dados com as informações de cada cômodo e aparelho que possuem. Já foi desenvolvido para desktop, utilizando a linguagem Java, um software que aa partir de uma base de dados genérica, exibe ao usuário os cômodos e seus aparelhos, e ao final da combinação de escolhas, exibe um controle remoto virtual, que ao ser pressionado um comando, envia, através da porta serial de um computador, uma séria de dados obedecendo a um protocolo criado que pode ser recebido em um módulo de controle. O programa desenvolvido, só trata da parte lógica de exibição em telas e combinação de escolhas. Ainda está faltando o tratamento de base de dados, ou seja, inserção, edição e leitura de dados e ainda a parte de comunicação remota. Para a parte de comunicação remota, o grupo pretende desenvolver uma página de internet que será ligada diretamente com o programa de gerenciamento, onde o proprietário da residência poderá acessar de onde estiver através de dispositivos móveis que possibilitem acesso a internet, necessitando assim, da criação de um WebService. 5. Próximos Passos O desenvolvimento do projeto está focado hoje para a criação de um pequeno banco de dados de códigos de comando de TVs, onde será necessário a implementação de um código para o micro-controlador capaz de ler o sinal emitido por um controle remoto e o armazená-lo, para que depois seja gravado em um banco de dados do programa Desktop. Após isso, o grupo se focará na montagem de dois módulos distintos de controle, que servirão para testes de protocolo e de alcance dos comunicadores wireless e da estrutura do projeto. O teste será realizado de maneira que a partir do programa do computador já desenvolvido, o computador possa emitir um coando que poderá ser analisado por cada módulo de controle de tal forma a reconhecer se o comando é destinado a ele ou não e analisar o que deverá faze com tais informações. Após esse teste ser concluído, se não houver nenhum contratempo, o grupo se dedicará no desenvolvimento completo do programa Desktop. resposta do módulo de controlo que receberá o comando para que o software verifique se há ou não a necessidade de um novo envio do mesmo comando. Outra dificuldade que o grupo está enfrentando é quanto à leitura e armazenamento de dados do comando de um controle remoto, já que o micro controlador escolhido, o PIC16F877A, não possui uma memória RAM suficientemente grande para o armazenamento temporário de um vetor com o valor de tempo de cada estado do sinal. Esse problema ainda está em resolução e o grupo tem como prioridade a análise, através de um osciloscópio digital do sinal, que permitirá saber o tamanho mínimo do vetor necessário para o armazenamento do sinal. Caso o micro controlador realmente não suporte o tamanho do vetor, o grupo pretende utilizar a memória EEPRON do micro controlador, que oferece mais espaço, porém é de velocidade inferior a RAM. A possibilidade de envio direto ao computador através da comunicação serial, da análise do sinal também foi cogitada, porém devido à velocidade do protocolo serial, não seria possível, já que o sinal infravermelho apresenta uma velocidade muito maior a da serial. 6.1 Tecnologia Z-Wave Há também a hipótese de estudo de um protocolo chamado Z-Wave, tecnologia pesquisada por grandes empresas como Intel e CISCO. Esse protocolo permite que uma rede sem fio trabalhe ao invés de modos como estrela, serial ou anel, com rede em malha fazendo como que o controlo de ações não precise de alcance com o módulo central de controle, pois cada interruptor de luz, ou dispositivo que venha a ser controlado possui capacidade envio e recebimento de informações, podendo assim passar o comando, não sendo para ele, para o próximo módulo (Figura3)[4]. 6. Dificuldades encontradas Durante o desenvolvimento do projeto o grupo encontrou várias dificuldades, porém algumas mais relevantes que outras, como é o caso da comunicação wireless que possui o sinal muito oscilante por atuar em um freqüência livre e comum, o que será resolvido com a criação de um protocolo complexo ou com um sinal de 3 Os dispositivos em que esse protocolo atuam com se fossem processadores independentes capazes de executar qualquer comando suportado pela tecnologia, caso o comando não seja para a unidade em questão, é passado
adiante. Esses processadores ainda são capazes de aprender um caminho mais rápido para a chegada ao destino, ou seja, da primeira vez que se pede um comando, ele pode demorar um minuto para ser executado, mas uma semana depois, pode ser executado em menos de dez segundo[5]. Outra característica é que devido a utilização de rede em malha, os dispositivos não apresentam um alcance de sinal muito grande, podendo chegar ao máximo a trinta metros um do outro. Porém essa tecnologia não permite uma transferência de dados mais complexos, como imagem e som, por apresentar baixa velocidade de transmissão. Outro ponto negativo é quanto ao custo, cada interruptor de luz que está presente no mercado hoje que utiliza essa tecnologia chaga a custar quatrocentos reais, ou seja, para uma casa que necessite de muitos equipamentos como esse, o custo total acaba se tornando inviável. 7. Conclusão Levando em conta as pesquisas feitas e o desenvolvimento do projeto até agora, está se pensando em como será feito a criação do módulo de controle de som, o que seria interessante se desenvolver de maneira a ter um Player somente, que poderá ser o próprio computador, que tocaria musicas, ou rádios diferentes em cada ambiente da residência, ou seja, um módulo com um tocador e várias saídas de áudio. O mercado hoje já disponibiliza uma grande variedade se sistemas de AR sondo que uns bem completos fazendo com que o desenvolvimento de mais um seja com, no mínimo, contendo os outros já possuem, mas com diferenciais importantes, como preço, fácil adaptação e funcionamento confiável e estável. 8. Referências Bibliográficas [1]Disponível em: http://www.neocontrol.com.br/, acesso em 27/09/08. [2] Disponível em: http://www.sennart.com.br/produtos_interna.asp?d=30&s =56&p=410, acesso em: 27/09/08. [3] Disponível em: http://www.tato.ind.br/files/rom-n338lm.pdf, acesso em 28/09/08. [4] Disponível em: http://www.zwave.com.br/, acesso em 28/09/08. [5] Disponível em: http://www.centropaulasouza.sp.gov.br/posgraduacao/pd F_II_Worshop/Principais_Evandro.pdf, acesso em 28/09/08. 4
9. Anexos Anexo 1 Tela touchscreen do sistema de AR da GDS Automação Anexo 2 Modelo completo do Projeto 5