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Universidade Estadual de LondrinaCentro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica

Rodrigo Torres

HAIS - Home Automation IntegratedSystem. Sistema integrado de controle e

monitoramento wi-fi com aplicaçãoresidencial

Londrina2017

Universidade Estadual de Londrina

Centro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica

Rodrigo Torres

HAIS - Home Automation Integrated System.Sistema integrado de controle e monitoramento wi-fi

com aplicação residencial

Trabalho de Conclusão de Curso orientado pela Profª. Drª. MariaBernadete de Morais França intitulado “HAIS - Home AutomationIntegrated System. Sistema integrado de controle e monitoramentowi-fi com aplicação residencial” e apresentado à Universidade Es-tadual de Londrina, como parte dos requisitos necessários para aobtenção do Título de Bacharel em Engenharia Elétrica.

Orientador: Profª. Drª. Maria Bernadete de Morais França

Londrina2017

Ficha Catalográfica

Rodrigo TorresHAIS - Home Automation Integrated System. Sistema integrado de controlee monitoramento wi-fi com aplicação residencial - Londrina, 2017 - 88 p., 30cm.Orientador: Profª. Drª. Maria Bernadete de Morais França1. IoT. 2. Automação Residencial. 3. Controle e Automação. 4. Baixo Custo.5. ESP8266. 6. App InventorI. Universidade Estadual de Londrina. Curso de Engenharia Elétrica. II.HAIS - Home Automation Integrated System. Sistema integrado de controle emonitoramento wi-fi com aplicação residencial.

Rodrigo Torres

HAIS - Home Automation IntegratedSystem. Sistema integrado de controle e

monitoramento wi-fi com aplicaçãoresidencial

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso deEngenharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina,como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharelem Engenharia Elétrica.

Comissão Examinadora

Profª. Drª. Maria Bernadete de MoraisFrança

Universidade Estadual de LondrinaOrientador

Prof. Dr. Ernesto Fernando FerreyraRamirez

Universidade Estadual de Londrina

Prof. Me. Lucas da Silva DiasUniversidade do Norte do Paraná

Londrina, 5 de fevereiro de 2018

Dedico este trabalho a minha família e amigos que meauxiliaram na concretização desta etapa.

Agradecimentos

Agradeço este trabalho primeiramente a Deus, por sempre me mandar forças e memanter com fé e esperança. A minha família que sempre me deu o suporte necessário paraconcretização deste sonho, por todo o apoio moral e financeiro, por sempre acreditaremno meu potencial. Mãe, pai e Mateus, sem a companhia e o amor de vocês, jamais teriaforças para continuar. Um agradecimento especial também aos meus avós, que sempre sepreocuparam e fizeram questão de acompanhar minha graduação.

Agradeço aos meus amigos, que tive a oportunidade de conhecer dentro da universi-dade e que levarei para vida toda, em especial o "Clube do Bolinha"e o "Galerinha", quesempre estiveram juntos a mim nos momentos bons e ruins, momentos estes que só foramsuportados através do compartilhamento de todos.

Aos professores do DEEL, que mesmo com todas as dificuldades, lutam diariamentepara nos ensinar e contribuir na formação de engenheiros capacitados e profissionais derespeito. Um grande abraço a 3E-UEL, onde passei os melhores momentos da minhagraduação e pude me tornar uma pessoa melhor pessoalmente e profissionalmente, osangue verde para sempre correrá em minhas veias!

A minha orientadora Professora Bernadete, por toda paciência, atenção e orientações,desde os tempos de iniciação científica. Aos integrantes de minha banca avaliadora, peladisponibilidade e creditação dadas a mim.

Agradeço imensamente a empresa Celmi, onde pude estagiar e aprender muito sobreo mercado e trabalho em equipe, além de me auxiliar com o presente trabalho, cedendosua infraestrutura e vários equipamentos necessários. Ao Rodrigo Haguiuda, engenheiroque muito me ajudou com ensinamentos, dicas e suporte tanto nesse projeto como navida profissional. A qualidade e os resultados do trabalho possuem contribuição direta devocês.

Por fim, gostaria de agradecer a todos que de alguma forma passaram pela minha vidanesse período de aprendizado e conquista, a todos que torceram por mim e me ajudaram,mesmo com mínimas ações.

"Happiness is only real when shared"(Into the Wild)

Rodrigo Torres. HAIS - Home Automation Integrated System. Sistema inte-grado de controle e monitoramento wi-fi com aplicação residencial. 2017. 88 p.Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Elétrica - Universidade Estadual deLondrina, Londrina.

ResumoO universo criado pela tecnologia IoT oferece um leque enorme de combinações em siste-mas de automação e monitoramento para situações do cotidiano. A automação residencialé amplamente beneficiada por esse movimento recente. O presente trabalho busca apre-sentar um sistema de controle e monitoramento de cargas de baixo custo com aplicaçãoresidencial. O conceito do projeto baseia-se em módulos individuais com comunicaçãowi-fi para diferentes aplicações. Utilizando o módulo wi-fi ESP8266, desenvolveu-se pro-tótipos com sensor de luminosidade, temperatura e abertura de porta, assim como relésatuadores para acionamentos de cargas. A comunicação com o usuário é dada pelo sistemawireless da residência, com um IP fixo não roteado para cada módulo wi-fi. O sistema écontrolado através de um aplicativo mobile para sistemas Android desenvolvido na plata-forma MIT App Inventor, fazendo a ponte do sistema com o usuário e controlando todaa lógica de atuação e monitoramento.

Palavras-Chave: 1. IoT. 2. Automação Residencial. 3. Controle e Automação. 4.Baixo Custo. 5. ESP8266. 6. App Inventor

Rodrigo Torres. HAIS - Home Automation Integrated System. Integrated wi-fimonitoring and control system with residential application. 2017. 88 p. Mono-graph in Electrical Engineering - Londrina State University, Londrina.

AbstractThe universe created by IoT technology offers many combinations of automation andmonitoring systems to everyday situations. The home automation is widely benefitedby this new-found movement. This study presents a low cost electric charge control andmonitoring systems in home automation. The research’s concept it based on individualmodules wi-fi communicated modules made for several applications. Using the Wi-Fimodule ESP8266 it was developed prototypes with light, temperature and door-openingsensors, as well as relays for load actuators. The user communication is provided by theresidence’s wireless system, with a fixed not routed IP for each of the wi-fi modules. Thesystem is controlled through a mobile application for Android systems developed on theMIT App Inventor platform, bridging the system with the user and controlling all thelogic of actuation and monitoring.

Key-words: 1. IoT. 2. Residencial Automation. 3. Automation and Control. 4. LowCost. 5. ESP8266. 6. App Inventor

Lista de ilustrações

Figura 2.1 – Modelo de transmissão wireless. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Figura 2.2 – Distribuição da faixa ISM no espectro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Figura 2.3 – Exemplo de redes domésticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 2.4 – Módulo wi-fi OLIMEX ESP8266 -DEV. . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Figura 2.5 – Módulo wi-fi ESP8266-12f. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 2.6 – Sensor de temperatura TMP36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Figura 2.7 – Sensor magnético Reed switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Figura 2.8 – Sensor de luminosidade LDR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 2.9 – Rele eletromecânico comercializado usualmente. . . . . . . . . . . . . . 32Figura 2.10–Esquemático de funcionamento de um relé. . . . . . . . . . . . . . . . . 33Figura 3.1 – Conceito de utilização do sistema HAIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Figura 3.2 – Diagrama de blocos do hardware básico HAIS. . . . . . . . . . . . . . . 37Figura 3.3 – Fluxograma de conexão do sistema HAIS. . . . . . . . . . . . . . . . . 38Figura 3.4 – Fluxograma de comunicação do sistema HAIS. . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 3.5 – Esquemático do circuito - Módulo HAIS-Reed. . . . . . . . . . . . . . . 40Figura 3.6 – Esquemático do circuito - Módulo HAIS-TR. . . . . . . . . . . . . . . . 41Figura 3.7 – Esquemático do circuito - Módulo HAIS-Term. . . . . . . . . . . . . . 42Figura 3.8 – Esquemático do circuito - Módulo HAIS-Lux. . . . . . . . . . . . . . . 43Figura 3.9 – Disposição do protótipo HAIS na residência. . . . . . . . . . . . . . . . 45Figura 3.10–Circuito esquemático do módulo HAIS-M1. . . . . . . . . . . . . . . . 46Figura 3.11–Circuito esquemático do módulo HAIS-M2. . . . . . . . . . . . . . . . 47Figura 3.12–Circuito esquemático do módulo HAIS-M3. . . . . . . . . . . . . . . . 48Figura 3.13–Fluxograma de funcionamento do software do sistema HAIS. . . . . . . 50Figura 4.1 – Roteamento da PCI do módulo HAIS-M1. . . . . . . . . . . . . . . . . 52Figura 4.2 – Roteamento da PCI do módulo HAIS-M2. . . . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 4.3 – Roteamento da PCI do módulo HAIS-M3. . . . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 4.4 – Visualização 3D do módulo HAIS-M1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Figura 4.5 – Visualização 3D do módulo HAIS-M2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Figura 4.6 – Visualização 3D do módulo HAIS-M3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Figura 4.7 – Módulo HAIS-M1 pronto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Figura 4.8 – Módulo HAIS-M2 pronto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Figura 4.9 – Módulo HAIS-M3 pronto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Figura 4.10–HAISApp 1.0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Figura 4.11–Blocos de programação - Inicialização e botões de temperatura e alarme. 58

Figura 4.12–Blocos de programação - Controle de iluminação da sala. . . . . . . . . 59Figura 4.13–Blocos de programação - Controle de iluminação da varanda. . . . . . . 60Figura 4.14–Blocos de programação - Controle de tranca da porta. . . . . . . . . . 61Figura 4.15–Blocos de programação - Tela de desbloqueio. . . . . . . . . . . . . . . 62Figura 4.16–Teste de funcionamento para comunicação Aplicativo-Módulo. . . . . . 65

Lista de tabelas

Tabela 1 – Revisões do padrão wi-fi IEEE 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Tabela 2 – Tipos de redes domésticas e suas características. . . . . . . . . . . . . . 25Tabela 3 – Comparativo entre versões do módulo wi-fi ESP8266 . . . . . . . . . . 28Tabela 4 – Códigos de operações utilizados no projeto. . . . . . . . . . . . . . . . 64Tabela 5 – Lista de componentes utilizados no projeto. . . . . . . . . . . . . . . . 68

Lista de Siglas e Abreviaturas

3E-UEL Empresa de Engenharia Elétrica Júnior da UELAC/DC Alternating Current/Direct CurrentADC Analog-to-Digital ConvertersCI Circuito IntegradoCSMA Carrier Sense Multiple AccessDC Direct CurrentDCF Distributed Coordination FunctionDEEL Departamento de Engenharia Elétrica da UELDSSS Direct Sequence Spread SpectrumFCC Federal Communications CommissionFTDI Future Technology Devices InternationalGND Ground - TerraGPIO General Purpose Input/OutputHAIS Home Automation Integrated SystemIDE Integrated Development EnvironmentIEEE Institute of Electrical and Electronic EngineersI/O Input/OutputIoT Internet of Things - Internet das CoisasIP Internet ProtocolISM Industrial, Scientific, MedicalLDR Light Dependent ResistorLED Light Emitting DiodeMAC Media Access ControlMIT Massachusetts Institute of TechnologyOFDM Orthogonal Frequency Division MultiplexingOSI Open Systems InterconnectionPC Personal ComputerPCF Point Coordination FunctionPCI Placa de Circuito ImpressoQR-Code Quick Response CodeRF Radio-FrequênciaRFID Radio Frequency IdentificationRGB Red, Green and BlueRTOS Real Time Operating SystemSNR Signal to Noise Ratio

SOCs System On ChipsSSID service Set IdentifierTCP Transmission Control ProtocolTCP Triode for Alternating CurrentUDP User Datagram ProtocolUEL Universidade Estadual de LondrinaUSB Universal Serial BusVCC Tensão de ReferênciaWi-Fi Wireless FidelityWLAN Wireless Local Area NetworkPalavras em itálico são empregadas para identificar termos de língua inglesa não traduzidos.

Sumário

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.1 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.2 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3.1 Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.4 Organização do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1 Protocolo Wireless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1.1 Camada Física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.1.2 Camada de Enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.1.3 Protocolo UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.1.4 Padrão IEEE 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2 Redes Domésticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.1 Definição de Domótica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.2 Tipos de redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3 Circuitos e Sensoriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3.1 Módulo wi-fi ESP8266 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3.2 Sensor TMP36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.3.3 Sensor Reed Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.3.4 Sensor LDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.3.5 Relé Eletromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.4 Considerações Finais do Capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3 DESENVOLVIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.1 Conceito do Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.2 Arquitetura do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.2.1 Arquitetura do Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.2.2 Arquitetura de Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.2.3 Arquitetura do Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.3 Módulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.1 HAIS-Reed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.2 HAIS-TR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.3.3 HAIS-Term . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.3.4 HAIS-Lux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.3.5 Sistema Remoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.4 Protótipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.4.1 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.4.1.1 HAIS-M1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.4.1.2 HAIS-M2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.4.1.3 HAIS-M3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.4.2 Software e Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.5 Considerações Finais do Capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.1 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.3 Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.4 Testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.4.1 Custos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664.5 Considerações Finais do Capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5 RESULTADOS E CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . 705.1 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6 APÊNDICE A - FIRMWARE DO MÓDULO HAIS-M1 . . . 74

7 APÊNDICE B - FIRMWARE DO MÓDULO HAIS-M2 . . . 79

8 APÊNDICE C - FIRMWARE DO MÓDULO HAIS-M3 . . . 84

16

1 Introdução

O desenvolvimento da sociedade sempre baseou-se em revoluções tecnológicas, desdea época da revolução carvoeira, passando pela revolução mecânica e elétrica da indústria,até chegarmos nos dias atuais. A última grande revolução sem dúvidas foi a criação edisseminação da internet no mundo em meados dos anos 80 e 90, mudando drasticamentea maneira com que a sociedade encarava os setores produtivos e comerciais, além é claro,da maneira com que as pessoas se comunicavam.

Uma nova onda com grande potencial revolucionário tal qual as anteriores prometemudar a sociedade novamente. Com carros, eletrodomésticos e até roupas inteligentes,promete criar sistemas ramificados e interligados, com imensuráveis quantidades de in-formação e infinitas possibilidades de controle e automação a nível macro e micro nocotidiano das pessoas. Esta revolução é conhecida mundialmente por IoT (Internet ofThings, ou Internet das Coisas em tradução livre), sendo considerada por muitos a quartarevolução industrial.

A vida muda constantemente, e a promessa é que com essa nova tecnologia, mudemosa maneira que enxergamos e vivemos o mundo. O Alberto Branquinho - ComputerWorld(2016) apresenta um breve relato de um futuro totalmente factível:

O dilúvio de informações nesse cenário 100% conectado parece caótico.Tudo na era Internet das Coisas gera dados. Aparelhos de pressão com chip,informando o estado do paciente diretamente para o médico e alimentando seuprontuário eletrônico; vagas públicas de estacionamentos com QR-Codes quepermitam o controle das vagas ocupadas e o registro dos pagamentos; sensoresna rede de transmissão elétrica fornecendo em tempo real o status do consumo,índices de desperdício e pontos de falta de energia; sensores com tecnologiaRFID para saber se um enfermeiro, médico ou funcionário de um hospitallavou suas mãos antes de entrar em contato com o paciente; e até mesmosemáforos conversando entre si e com os veículos para melhorar o controle dotráfego.

Além do ramo industrial, beneficiado por sistemas cada vez mais robustos, com detec-ção de falhas, sensoriamento inteligente e aprendizado cognitivo, outro ramo bem explo-rado por esse recente crescimento da tecnologia é a automação residencial. Estimasse queaté 2025 somente o mercado brasileiro produza entre US$ 50 bilhões e US$ 200 bilhões porano (TI Inside Online, 2017), contando com rendas e investimentos públicos e privados.

A automação residencial é carregada por vantagens como aumento no controle desegurança, poder de monitoramento, melhoria em conforto e praticidade, entre outros.

Capítulo 1. Introdução 17

Estes fatores fazem com que sistemas de automação residencial avancem a passos largosno mercado de tecnologia.

Impulsionadas por este crescimento de mercado, tecnologias com foco na área de redesem fio se desenvolveram. Protocolos como ZigBee, Bluetooth Low Energy, Wi-Fi 802.11disputam ponta a ponta a preferência dos usuários no mercado, com vantagens de seremextremamente flexíveis e adaptativos, além de pouco invasivos para a instalação de umsistema residencial.

Além do desenvolvimento tecnológico, outro fator que possibilitou o impulsionamentodeste segmento foi a redução significativa nos custos dos equipamentos, sensores, atuadorese módulos, tornando-se mais acessíveis ao consumidor, popularizando a tecnologia.

1.1 Motivação

Com cada vez mais pessoas conectadas à rede, dispositivos e sensores enviando e rece-bendo informações a todo momento, possibilidades de controle e monitoramento surgem esão desenvolvidas por milhares de pessoas ao redor do globo. A possibilidade de se obtero controle total de uma residência na palma da mão é fascinante e revolucionário.

Por vários motivos sócio-econômicos e até mesmo culturais, a tecnologia ainda não édifundida na sociedade, especialmente em países com altos índices de desigualdade social.Uma maneira de buscar disseminar a tecnologia é através de projetos de baixo custo.Várias iniciativas são implementadas em escolas e projetos de extensão nas universidadescom tecnologia Arduíno, Raspberry-Pi entre tantos outros. Projetos deste cunho buscamapresentar soluções simples e criativas com baixo orçamento envolvido.

1.2 Justificativa

O projeto surge como uma alternativa aos sistemas antigos e defasados no setor de se-gurança, com controles de alarmes e sensores de portas individuais. O desenvolvimento dosistema baseando-se em módulos de automação oferecem a possibilidade de combinaçãoe adaptação à necessidade do usuário. Este modelo de projeto descentraliza a complexi-dade do hardware, aumentando sua flexibilidade, além de diminuir o impacto invasivo nomomento da instalação.

Como forma de democratização da tecnologia, buscar-se-á confeccionar o projeto abaixo custo, viabilizando sua implementação em residências de pequeno porte e/ou famí-lias com menor poder aquisitivo. A característica modular permite a implementação deum sistema de automação a partir de dois módulos, diminuindo consideravelmente custosde aquisição, caso necessário.

Capítulo 1. Introdução 18

1.3 Objetivos

O projeto tem como objetivo principal apresentar um conceito de um sistema de au-tomação residencial modular, com possibilidade de combinações entre os diferentes tiposde módulos. Buscou respeitar características como baixo custo e simplicidade de utiliza-ção. Para a parte de comunicação com o usuário, um aplicativo mobile foi desenvolvido,buscando-se a fluidez e a simplicidade do sistema, deixando-o o mais intuitivo possível.

1.3.1 Objetivos Específicos

Como parte do projeto, foram desenvolvidos módulos protótipos com funcionalidadessimilares aos apresentados no projeto, assim como um aplicativo mobile básico para testee controle dos módulos.

1.4 Organização do Trabalho

O presente trabalho de conclusão de curso possui conteúdo distribuído da seguinteforma:

1. Introdução: Apresenta a mudança da sociedade com a revolução da tecnologia dainformação e automação em residências.

Possui uma descrição a respeito de cada capítulo da monografia.

2. Fundamentação Teórica: Detalha os conceitos abordados no trabalho, resumohistórico e definições de sensores e componentes utilizados.

3. Desenvolvimento: Apresentação do conceito do projeto, expondo as etapas eformas de construção.

4. Resultados: Este capítulo apresenta resultados do sistema desenvolvido.

5. Conclusões: O capítulo expressa as conclusões do projeto, aprendizados e possíveismelhorias futuras.

6. Apêndice: Apresenta os códigos utilizados no equipamento desenvolvido.

19

2 Fundamentação Teórica

2.1 Protocolo WirelessWi-fi é um conjunto de especificações para redes locais sem fio (WLAN - Wireless

Local Area Network) baseada no padrão IEEE 802.11. O nome "wi-fi"é tido como umaabreviatura do termo inglês "Wireless Fidelity", embora a wi-fi Alliance, entidade respon-sável principalmente pelo licenciamento de produtos baseados na tecnologia, nunca tenhaconfirmado tal teoria. (Emerson Alecrim - Info wester, 2013).

Com a tecnologia wi-fi, é possível implementar redes que conectam computadores ououtros dispositivos compatíveis, como smartphones, tablets, impressoras, etc. desde queestejam próximos geograficamente. Estas redes não exigem o uso de cabos, já que efetuama transmissão de dados por meio de radiofrequência. (Guilherme Holtz - ComunidadeHardware, 2008).

Figura 2.1 – Modelo de transmissão wireless.

Fonte: Internet.

A Figura 2.1 representa um modelo básico de rede doméstica dos dias atuais, comdispositivos conectados por meio de cabos e comunicação wireless, possibilitando inúme-ras combinações e interligações na rede residencial. Dentre as vantagens, destacam-se:

Capítulo 2. Fundamentação Teórica 20

Permissão ao usuário utilizar a rede em qualquer ponto dentro dos limites de alcance datransmissão; inserção rápida de outros computadores e dispositivos na rede; evita queparedes ou estruturas prediais necessitem de furações ou adaptações para a passagem decabos e fios.

A comunicação wi-fi é uma das principais influências da democratização e desen-volvimento da automação residencial. Com ela, vários sistemas se tornaram possíveis,anexando sensores e controladores sem a necessidade de cabos ou fios por toda parte. So-mado à popularização do wi-fi, os smartphones se transformaram no principal dispositivode qualquer usuário, acessando as principais plataformas e aplicativos de comunicaçãocom o mundo externo no dia-a-dia. O smartphone, por meio de aplicativos, também en-tra na classe de controladores de sensores e sistemas em geral no segmento da automação,podendo alcançar poderes ilimitados de controle em alguns cliques. (Gim Geier - Informit,2001).

2.1.1 Camada Física

Conforme o modelo de comunicação OSI, a camada física é responsável pela trans-missão dos dados. Esta comunicação é dada por um determinado canal com parâmetroscomo modulação, frequência de transmissão e banda definidas.

O padrão wi-fi como conhecemos possui duas faixas de operação no espectro, sendo aprimeira por volta de 2, 4 GHz e a segunda 5, 0 GHz. Mais precisamente, a primeira faixade transmissão, conhecida por ISM, opera entre 2, 4 GHz e 2, 5 GHz, com 14 canais deoperação de banda de 22 MHz e espaçados em 5 MHz. (DEAN, T., 2010).

A Figura 2.2 apresenta a distribuição da faixa ISM no espectro.

Figura 2.2 – Distribuição da faixa ISM no espectro.

Fonte: Internet. Disponível em: http://gutocarvalho.net/dokuwiki/doku.php/wifi_sinal _ca-nais_interferencia

A segunda faixa de transmissão possui três divisões: 5, 15 a 5, 25 GHz (indoor), 5, 25a 5, 35 GHz (in/indoor) e 5, 725 a 5, 825 GHz (outdoor point-to-point).

Independente das definições básicas, cada região do planeta possui órgãos regulamen-tadores, com algumas particularidades entre si. No caso da América Latina, o órgão


regulamentador é o FCC - Federal Communications Comission. As duas técnicas demodulação espectral aceitas pelo FCC são DSSS e OFDM.

O DSSS começa a ser utilizado na revisão IEEE 802.11b, e possui três vantagens parautilização. Ocupação simultânea da banda por vários usuários, potência de transmissãode sinal abaixo da potência de ruído ou de interferência mútua e robustez elevada emrelação às interferências. (CCM Benchmark, 2018).

A modulação OFDM foi introduzida na versão IEEE 802.11 e está presente nos sis-temas até os dias de hoje. OFDM é uma técnica de multiplexação altamente eficiente,pois possui múltiplas subportadoras no domínio da frequência suportando vários usuáriossimultaneamente (Keysight Technologies, 2017). Dependendo da aplicação, é possível uti-lizar mais ou menos banda, realocando as subportadoras. Uma das principais vantagensdeste sistema é a capacidade de ajuste da taxa de modulação em função da SNR do canal,técnica conhecida como Watterfilling.

2.1.2 Camada de Enlace

A camada de enlace de um sistema de comunicação é a camada virtual do sistema.Todo o controle de acesso, permissões e interrupções é controlado neste nível. Este controleé gerenciado por dois modos de operação que trabalham em conjunto, o DCF e o PCF.

O protocolo DCF (Distributed Coordination Function) é um protocolo construído combase no protocolo CSMA, método de transmissão com previsão de colisões. O DCF ébaseado no sistema de temporização, sendo obrigatório para ambas arquiteturas, infraes-truturada e AdHoc. (BATES; GREGORY, 2006).

O protocolo PCF possui funcionamento baseado em polling, ou seja, verifica periodi-camente o canal. Quando o PCF identifica uma estação que possui dados a transmitir,ela ganha acesso exclusivo ao meio. Vale ressaltar que o protocolo PCF é predominanteao DCF, ficando um nível acima, na camada MAC do sistema de transmissão.

2.1.3 Protocolo UDP

O protocolo UDP é um protocolo de camada 4 (de transporte) no modelo OSI, quese caracteriza por ser mais simples que o protocolo TCP. Enquanto o protocolo TCP sepreocupa com conexão e a chegada correta dos dados no destino, o UDP por ser maissimples não tem a mesma preocupação, portanto, ele não verifica o recebimento dos dadospelo destino (também não possui o serviço de reenvio), não ordena as mensagens, ou seja,elas vão sendo agrupadas conforme vão chegando, não controla o fluxo de informações enão verifica a integridade dos dados para o destino. As possibilidades de o destino nãoreceber os dados são várias como por exemplo a perda dos dados, duplicar os dados ouagrupar de forma errada. (Fernando Dantas Nobre - CBPF, 2010).


2.1.4 Padrão IEEE 802.11

O padrão wi-fi IEEE 802.11 passou por várias atualizações durante os anos, commelhorias nas taxas de transmissão, largura de banda, número de usuários, entre outros.(BRENNER, 1997).

As principais revisões foram:

IEEE 802.11a: Revisão realizada em paralelo com a 802.11b, aceita porém pos-teriormente a ela. Entre suas vantagens destaca-se o fato de operar na faixa de 5GHz, permitindo uma taxa de transferência de bits mais elevada.

IEEE 802.11b: Lançada em 1999, foi popularizada rapidamente, se tornando opadrão wi-fi. Mesmo com a taxa de transmissão mais baixa que outras revisões,o baixo custo para construção dos equipamentos de comunicação foi determinantepara consolidação no mercado. Uma desvantagem deste padrão é a frequência deoperação de 2, 4 GHz, mesma frequência que outros aparelhos eletrônicos, podendoocasionar interferências entre os sinais.

IEEE 802.11g: Revisão compatível com a revisão 802.11b porém com modulaçãoOFDM com taxas de transmissão mais elevadas. Ainda é largamente comercializadanos dias atuais.

IEEE 802.11n: Revisão que mais contou com alterações desde o lançamento dopadrão. Contou com atualizações para suporte de altas taxas de transmissão. Estamodulação acarretou em uma maior eficiência, permitindo também o uso simultâneode múltiplas antenas para transmissão/recepção dos sinais.

IEEE 802.11ag: A última revisão lançada, trouxe consigo melhorias ainda maioresnos quesitos de taxa de transmissão e número de usuários simultâneos. Conta commodulação de transmissão de múltiplas-antenas, melhorando o índice de recepçãode dados.

A Tabela 1 apresenta um comparativo entre as principais características dos padrõeswi-fi. (REIS, 2012).

2.2 Redes Domésticas

O conceito de redes domésticas está relacionado com a capacidade de interligação dedispositivos inteligentes dentro de uma residência. Os primeiros modelos de redes domés-ticas começaram em meados dos anos 90, com a popularização do computador pessoal.Neste modelo, computadores eram conectados entre si, juntamente com impressoras edispositivos como câmeras e reprodutores de mídias.


Tabela 1 – Revisões do padrão wi-fi IEEE 802.11

Padrão Lançamento Mbps (max) Mbps (típico) Banda Modulação802.11a 1999 54 23 5 GHz OFDM802.11b 1999 11 4.3 2.4 GHz DSSS802.11g 2004 54 19 2.4 GHz OFDM802.11n 2008 600 74 2.4/5 GHz OFDM802.11ac 2015 1300 433 2.4/5 GHz MIMO-OFDM

Fonte: Internet. Disponível em: https://sistemas.riopomba.ifsudestemg.edu.br/dcc/materiais/402257390_redes-sem-fio.pdf

Com a popularização do wi-fi e posteriormente dos smartphones, as redes domésticasmudaram drasticamente, aumentando a complexidade da rede e seu nível de atuaçãona residência. (BOLZANI, 2004). A Figura 2.3 apresenta um exemplo básico de rededoméstica possível.

Figura 2.3 – Exemplo de redes domésticas.

Fonte: Internet. Disponível em: http://redes-108012.webnode.pt/modulo-1-2/tipos-de-rede/

Redes domésticas podem ser consideradas o primeiro nível de um sistema de automaçãoresidencial, sendo a base para adição de sensores e atuadores, assim como as lógicas decontrole.


2.2.1 Definição de Domótica

A palavra domótica origina-se do latim domus que significa casa. Pode ser definidacomo a engenharia dos sistemas prediais e equipamentos a eles ligados, ou em um ní-vel mais filosófico, a ciência entre o homem e seu lar. (SILVA, 2014). Uma residênciainteligente difere das usuais por dois motivos:

• Utiliza dispositivos que desenvolvem funções extras contribuindo para a sua própriagestão e para a gestão da residência, substituindo ou complementando os tradicio-nalmente usados.

• Utiliza conceitos modernos de arquitetura e de construção, possibilitando o usomais apropriado de fontes naturais de energia, reduzindo a taxa de utilização deequipamentos de iluminação, ventilação, aquecimento e esfriamento, reduzindo oconsumo de energia elétrica e aumentando o conforto oferecido.

2.2.2 Tipos de redes

Vários fatores devem ser considerados quando o assunto é implementação de um sis-tema para residências inteligentes. Tarefas de alta complexidade são executadas paragerir continuamente os dispositivos e sensores. Implementação dos métodos de percep-ção, planejamento e atuação em um só sistema é um trabalho árduo e que reúne váriasdesvantagens, dentre elas destacam-se: A manutenção, a dificuldade de inserir novas ope-rações e a busca de erros.

Redes domésticas podem ser caracterizadas por alguns fatores, dentre eles: Complexi-dade, nível de conexão, atuação dos dispositivos no sistema, realimentação de informações,entre outros. Estes fatores alteram consideravelmente o custo e a complexidade de umprojeto, ficando a cargo do usuário adaptar um sistema que atenda suas necessidades semredundâncias na rede e/ou dispositivos inúteis. (BOLZANI, 2010). Os principais tipos derede doméstica e suas principais características são apresentados na Tabela 2.


Tabela 2 – Tipos de redes domésticas e suas características.

Tipo de casa Características ElementosEletrificada Controle manual e local Infraestrutura de energia elétrica.

de iluminação de cargas EletrodomésticosAutomatizada Controle automático de Eletroeletrônicos programáveis.

iluminação e cargas Dispositivos individuais decontrole

Comandada Controle remoto de iluminação Infraestrutura de rede doméstica.e cargas Dispositivos de comando remoto.

Espaços físicos conectadosConectada Reação. Controle remoto externo. Rede de acesso. Gateways.

Comunicação remota de dados Dispositivos externos de controle.Pessoas conectadas. Acesso aserviços e informação. Espaçossocial, tecnológico e físicoconectados

Inteligente Ação e tomada de decisões Inteligência artificial.baseadas na cooperação para a Dispositivos autoconfiguráveis esolução de problemas. autônomos. Robôs substituindo oPlanejamento, aprendizado e usuário nas tarefasconhecimento gerados. Orientaçãoao contexto

Fonte: BOLZANI, C. Análise de arquiteturas e desenvolvimento de uma plataforma para resi-dências inteligentes.


2.3 Circuitos e Sensoriamento

Os sistemas eletrônicos de automação têm sensores e atuadores como parte fundamen-tal de seus esquemáticos. Os sensores são responsáveis por gerar informação, sejam degrandezas físicas ou status I/O. Os atuadores por sua vez, possuem a função de execuçãode tarefas, assim como também podem reportar seus status.

Aplicações mais complexas exigem um processamento de dados e uma lógica funcionalmais profunda, necessitando de um processador dedicado para controle das tarefas. Osprocessadores são os cérebros dos sistemas, gerenciando informações e execuções de todoo script como desejado.

O sistema HAIS conta com alguns tipos de sensores e atuadores, além de ser controladopor um módulo wi-fi dedicado. Esta seção busca apresentar estes dispositivos, modos defuncionamento e particularidades.

2.3.1 Módulo wi-fi ESP8266

O módulo ESP8266 foi originalmente criado pela Expressif Systems, sendo caracteri-zado por ser extremamente pequeno, de baixo consumo e baixo custo. Quesitos como afácil conectividade com outros dispositivos são fatores positivos na escolha do dispositivo.Suas aplicações são das mais variadas possíveis, indo desde um simples receptor serial atéa criação de uma rede wi-fi completa. (Olimex, 2018).

Figura 2.4 – Módulo wi-fi OLIMEX ESP8266 -DEV.

Fonte: Internet. Disponível em: https://openhomeautomation.net/cdn/storage/Images/cwM7TzcgS7MrmTqjp/original/cwM7TzcgS7MrmTqjp.jpg


O módulo wi-fi ESP8266 possui em seu processador principal um Tensilica L106 de32-bits de ultra baixa potência, com short mode de 16-bits. Possui clock de 80 MHz e 160MHz, suporte para RTOS, wi-fi MAC/BB/RF/PA/LNA com antena integrada.

Suporta o padrão de transmissão wireless IEEE 802.11 b/g/n, protocolo TCP/IPcompleto. Os usuários podem adicionar os módulos em uma rede já existente ou criarsua própria rede com um controlador separado. O ESP8266 possui integração wirelessSOCs, é desenvolvido para plataformas mobile com energia e espaço. (Expressif Systems,2015b).

Este dispositivo fornece incontáveis possibilidades de aplicações com recursos wi-fi emoutros sistemas, ou para funcionar como aplicações independentes, com menor custo eespaço possíveis.

Os módulos ESP8266 são fornecidos em uma ampla variedade de modelos, com dife-renças perceptíveis principalmente no que tange à quantidade de GPIOs disponíveis paraacesso externo, tipos de antenas e no tamanho do módulo. No caso do OLIMEX ESP8266-DEV (Figura 2.4) não é diferente, com uma variedade de portas lógicas com possi-bilidade de utilização como entrada ou saída de sistemas, o dispositivo se transforma emum controlador totalmente adaptativo à necessidade dos usuários.


A Tabela 3 apresenta um resumo com as principais características dos módulos ESP8266disponíveis no mercado.

Tabela 3 – Comparativo entre versões do módulo wi-fi ESP8266

ID Pinos Espaçamento Disposição LEDs AntenaESP-01 8 2,54 mm 2×4 DIL Sim Gravado na PCIESP-02 8 2,54 mm 2×4 notch Não? NãoESP-03 14 2,0 mm 2×7 notch Não CerâmicaESP-04 14 2,0 mm 2×4 notch Não? NãoESP-05 5 2,54 mm 1×5 SIL Não NãoESP-06 12 misto 4×3 dice Não NãoESP-07 16 2,0 mm 2×8 pinhole Sim CerâmicaESP-08 14 2,0 mm 2×7 notch Não NãoESP-09 12 misto 4×3 dice Não NãoESP-10 5 2,0 mm? 1×5 notch Não NãoESP-11 8 1,27 mm 1×8 pinhole Não? CerâmicaESP-12 16 2,0 mm 2×8 notch Sim Gravado na PCIESP-12-E 22 2,0 mm 2×8 notch Sim Gravado na PCIESP-13 18 1,5 mm 2×9 ? Gravado na PCIESP-14 22 2,0 mm 2×8 + 6 1 Gravado na PCI

ID Soquete Blindado Dimensão (mm)ESP-01 Não Não 14,3 x 24,8ESP-02 Sim Não 14,2 x 14,2ESP-03 Não Não 17,3 x 12,1ESP-04 Não Não 14,7 x 12,1ESP-05 Sim Não 14,2 x 14,2ESP-06 Não Sim ? x ?ESP-07 Sim Sim 20,0 x 16,0ESP-08 Não Sim 17,0 x 16,0ESP-09 Não Não 10,0 x 10,0ESP-10 Não Não 14,2 x 10,0ESP-11 Não Não 17,3 x 12,1ESP-12 Não Sim 24,0 x 16,0ESP-12-E Não Sim 24,0 x 16,0ESP-13 Não Sim ? x ?ESP-14 Não Sim 24,3 x 16,2

Fonte: Internet. Disponível em: http://www.esp8266.com/wiki/doku.php?id=esp8266-module-family


Figura 2.5 – Módulo wi-fi ESP8266-12f.

Fonte: Internet. Disponível em: http://d26lpennugtm8s.cloudfront.net/stores/361/642/products/esp8266-esp-12f-11-5bc4843407a674885a14839068753697-640-0.jpg

O módulo ESP8266-12f, apresentado na Figura 2.5, é um dos modelos mais novos dafamília ESP, com uma boa gama de pinagens e tamanho extremamente reduzido, possuiainda certificação FCC, garantindo boa qualidade de transmissão aliado a um baixo índicede consumo. (Expressif Systems, 2015a).

2.3.2 Sensor TMP36

O Sensor TMP36 faz parte de uma classe de sensores de temperatura de baixa tensão.Estes sensores fornecem uma saída de tensão linear proporcional a temperatura Celsiusdo ambiente.(Analog Devices, 2015). Possui como característica a não necessidade decalibração, com um erro de ±1 C para faixa de ±25 C e ±2 C para as extensões dafaixa de temperatura até −40 C e +125 C. Possui sensibilidade de 10 µV/C na faixade −40 C e +125 C.

O sensor possui baixa impedância de saída, saída linear e calibração precisa, simplifi-cando a interface para circuitos de controle de temperatura e ADCs. O dispositivo operaa uma tensão de fornecimento única de 2, 7 V a 5, 5 V. A corrente de alimentação correabaixo de 50 µA, com vantagem de uma baixíssima potência de dissipação (menos de 0, 1C em ar parado). Além disso, a uma função de desligamento, fornecida para reduzir acorrente de fornecimento para menos de 0, 5 µA. (Analog Devices, 2015).


O sensor possui diversos encapsulamentos, sendo o TO-92 o mais conhecido. A Figura2.6 apresenta o sensor e seus pinos.

Figura 2.6 – Sensor de temperatura TMP36.

Fonte: Internet. Disponível em: https://cdn.instructables.com/F17/L3DF/IBW25LH3/F17L3DFIBW25LH3.MEDIUM.jpg

O sensor possui três pinos, sendo dois deles ligados nas referências VCC e GND, e oterceiro pino com tensão de saída variável de acordo com a temperatura. Uma equaçãogenérica para descrever a tensão de saída deste modelo de sensor pode ser descrita como:

Vout = Ztemp

Ztot

∗ Vs, (2.1)

onde Vout representa uma fração da tensão total fornecida +Vs. A impedância Ztemp

é proporcional a incidência de calor no sensor. Quando a temperatura se aproxima de+125 C, Ztemp se aproxima Ztot, quando a temperatura se aproxima de −40 C, Ztemp seaproxima de zero.

2.3.3 Sensor Reed Switch

O sensor Reed Switch é um sensor eletromagnético que funciona como chave em umcircuito eletrônico. O sensor altera seu estado de acordo quando há a presença de umcampo magnético próximo ao seu corpo. Usualmente, o sensor é utilizado em sistemas dealarmes residenciais, sendo muito pequeno e útil para verificação de abertura de portas ejanelas. (Instituto Newton Braga, 2018).


Figura 2.7 – Sensor magnético Reed switch.

Fonte: Internet. Disponível em: https://c.76.my/Malaysia/y213-reed-switch-magnetic-field-open-detector-arduino-robotedu-1703-15-robotedu@6.jpg

A Figura 2.7 ilustra de forma simples e clara o funcionamento do dispositivo. Quandohá um campo magnético próximo ao dispositivo, sua chave interna modifica seu estado,abrindo ou fechando seu circuito. Trata-se de um dispositivo simples porém extremamenteútil para sistemas de automação.

2.3.4 Sensor LDR

Assim como o TMP36, o sensor LDR (Figura 2.8) é um transdutor de grandezas físicasmuito utilizado em sistemas de automação. Seu funcionamento porém, difere do sensorjá citado, sendo um dispositivo mais simples e fácil utilização. O sensor LDR é um sensorde luminosidade, que varia a sua resistência interna de acordo com a incidência de luzaplicada em seu encapsulamento. À medida que a luminosidade aumenta, sua resistênciainterna diminui.

O LDR é construído a partir de um material semicondutor com elevada resistênciaelétrica. Quando a luz que incide sobre o semicondutor tem uma frequência suficiente,os fótons que incidem sobre o semicondutor liberam elétrons para a banda condutora,melhorando sua condutividade e diminuindo a resistência. (Resistor Guide, 2012).


Figura 2.8 – Sensor de luminosidade LDR.

Fonte: Internet. Disponível em: http://www.ashopbd.com/wp-content/uploads/2016/02/LDR-5mm-700x700-384x384.jpg

A equação do sensor LDR pode ser descrita por:

ROUT = γ ·RLDR, (2.2)

onde ROUT é a resistência de saída equivalente, γ é o índice de multiplicação variávelcom a incidência de luz no dispositivo e RLDR é a resistência total do dispositivo. RLDR éequivalente a resistência do dispositivo na ausência de luz, uma vez que γ é inversamenteproporcional a incidência de luz.

2.3.5 Relé Eletromagnético

Dispositivos do tipo relé, como o apresentado na Figura 2.9, são utilizados desde osprimórdios da tecnologia, em centrais telefônicas e computadores mecânicos. Seu fun-cionamento simples e baixo custo fez com que este dispositivo resistisse ao tempo e àsrevoluções tecnológicas de dispositivos e sensores cada vez menores e eficientes.

Figura 2.9 – Rele eletromecânico comercializado usualmente.

Fonte: Internet. Disponível em: https://www.robocore.net/upload/lojavirtual/248_1_H.png


O relé eletromecânico funciona com a movimentação de seus contatos de saída quandouma corrente elétrica de entrada é induzida. A corrente percorre as espiras da bobinado relé, gerando um campo magnético que atrai a alavanca responsável pela mudança doestado dos contatos. A Figura 2.10 apresenta o circuito básico de funcionamento de umrelé eletromecânico. (SARKAR et al., 2006).

O relé possui dois tipos de saída por padrão em sua pinagem, sendo um normalmenteaberto e outro normalmente fechado. Estes pinos são utilizados em aplicações diversas,alterando seus estados conforme aplicada corrente na entrada do dispositivo. A Figura2.10 apresenta o esquemático de funcionamento de um relé eletromagnético.

Figura 2.10 – Esquemático de funcionamento de um relé.

Fonte: Internet. Disponível em: http://autosom.net/artigos/rele00.gif

Possui inúmeras aplicações possíveis em comutação de contatos elétricos, servindo paraacionar ou desacionar dispositivos. Relês são naturalmente isoladores galvânicos, sepa-rando potenciais quando introduzidos em circuitos eletrônicos. Essa é uma das maioresvantagens do dispositivo, geralmente utilizado em equipamentos que possuem diferençasde potenciais elevadas.

2.4 Considerações Finais do Capítulo

A popularização do wi-fi juntamente com a evolução dos smartphones revolucionaramo modo como vivemos e enxergamos o mundo. O controle de dispositivos e sistemas foidescentralizado e se tornou mais viável para utilização do usuário final. Sistemas cadavez mais simples e lúdicos possibilitaram a disseminação da tecnologia nas residências detodo o globo.


O desenvolvimento dos sistemas residenciais automatizados e conectados à internet écontínuo e cresceu paralelamente ao desenvolvimento de tecnologias como a rede Wireless.A possibilidade de se moldar um projeto à demanda específica da residência e modificaçãocaso desejado tornaram os cenários mais flexíveis e mais atrativos. Todo esse movimentofez com que grandes empresas da tecnologia voltassem os olhos para este ramo do mer-cado, criando dia após dia sensores, atuadores e dispositivos em geral para automaçãoresidencial.

Com um módulo transmissor, alguns sensores e atuadores e um smartphone é possívelrealizar inúmeras funções dentro de uma residência, funções essas que antes eram operadasmanualmente pelo usuário e que agora são controladas com um simples toque na tela dosmartphone, trazendo comodidade, autonomia e segurança para as pessoas e seus lares.

35

3 DesenvolvimentoO desenvolvimento do projeto baseou-se em três vertentes macro: software, firmware

e hardware do sistema, com ramificações e particularidades de ambos os lados. Todo oplanejamento e execução do projeto tiveram como base as lições e aprendizados do projeto"Sistema Inteligente de Energização de Tomadas Residenciais com Controle de Aciona-mento e Monitoramento de Consumo de Energia"desenvolvido em Iniciação Científica pelopróprio autor.

3.1 Conceito do Projeto

O projeto modular HAIS (Home Automation Integrated System) surge como uma alter-nativa aos sistemas de automação já presentes no mercado, com possibilidade de combina-ções entre módulos e extrema flexibilidade de programação. O sistema HAIS possui quatrotipos diferentes de módulos: HAIS-Reed, HAIS-TR, HAIS-Lux e HAIS-Term.

• HAIS-Reed: Módulo de automação com sensor Reed Switch para monitoramentode portas e janelas.

• HAIS-TR: Módulo de automação com Relé Térmico, utilizado para acionamentode cargas de corrente alternada em geral, tais como trancas, lâmpadas, tomadas,sirenes, entre outros.

• HAIS-Lux: Módulo de automação com sensor de luminosidade LDR para moni-toramento de ambiente.

• HAIS-Term: Módulo de automação com sensor de temperatura para monitora-mento de ambiente.

Os módulos, por fontes na rede elétrica com fontes AC/DC, funcionam independente-mente, podendo ser replicados de acordo com a necessidade do usuário ou da complexidadeda aplicação. O número de dispositivos também é limitado pelo número de IPs disponíveisno roteador central da residência.

O sistema de controle é todo controlado virtualmente através de uma web page ouaplicativo mobile, com um IP dedicado e não roteado, visível a todo e qualquer dispositivoconectado na rede doméstica. Os módulos HAIS também possuem um IP definido e secomunicam entre si, enviando e recebendo mensagens através do sistema.

Capítulo 3. Desenvolvimento 36

A Figura 3.1 apresenta o modelo de utilização e funcionamento do sistema proposto.Sem a necessidade de ligação por cabos ou de um computador para centralização docontrole, os dispositivos são interligados entre si e as informações são centralizadas noaplicativo, que pode ser acessado por qualquer dispositivo na rede, como por exemplo umsmartphone, tão utilizado nos dias de hoje.

Figura 3.1 – Conceito de utilização do sistema HAIS.

Fonte: Do autor.

3.2 Arquitetura do Sistema

O projeto HAIS busca convergir o poder de atuação de sensores e atuadores eletrônicoscom um sistema lógico simples e intuitivo, de fácil acesso e controle para o usuário. Osmódulos, feitos para serem portáteis e independentes, podem ser instalados em qualquerambiente da residência, sem se mostrarem invasivos ao sistema elétrico e lógico da casa.

3.2.1 Arquitetura do Hardware

Independentemente do tipo de módulo produzido, o hardware do sistema segue ummodelo padrão para a construção de suas placas eletrônicas, com pequenas alterações emsuas mecânicas. A Figura 3.2 apresenta o diagrama de blocos de forma geral dos módulosHAIS.


Figura 3.2 – Diagrama de blocos do hardware básico HAIS.

Fonte: Do autor.

Como pode-se identificar na Figura 3.2, o processo de funcionamento do sistema ele-trônico é simples e opera basicamente em 4 etapas: Alimentação externa, regulador detensão, circuito lógico e atuadores, que é composta por sensores, atuadores e sinalizadores.

A alimentação externa é responsável por alimentar todo circuito, tais como os sensorese módulo wi-fi, por exemplo. O sistema regulador de tensão se faz necessário uma vez quehá diferentes níveis de potencial na placa. O circuito lógico, composto basicamente pelomódulo wi-fi, realiza toda a parte de comunicação com outros dispositivos do sistema e alógica de operação do próprio módulo. Por fim, os sensores e atuadores funcionam comoas entradas e saídas de informação do módulo, retornando valores que serão interpretadospela unidade lógica controladora e reutilizados no sistema.

3.2.2 Arquitetura de Firmware

A arquitetura do Firmware foi desenvolvida em duas vertentes básicas: Conexão domódulo à rede e comunicação entre módulo/software. Para tal, utilizou-se a IDE deprogramação arduino e linguagem C.

A conexão do módulo à rede residencial seguiu o modelo disponibilizado pela própriaExpressif, em seu acervo de exemplos no site. A Figura 3.3 apresenta o fluxograma deconexão.


Figura 3.3 – Fluxograma de conexão do sistema HAIS.

Fonte: Do autor.

As funçõesWiFi.config();,WiFi.begin();, Serial.println();,Serial.printf(); eUdp.begin();são funções provenientes da biblioteca "ESP8266WiFi.h"que foi incluída no projeto. Paraa maioria das aplicações wi-fi com o módulo ESP8266 utilizando IDE arduino se faznecessário a utilização desta biblioteca.

Ao se iniciar o módulo HAIS ele buscará os parâmetros iniciais gravados em suamemória. Parâmetros este como o SSID, Password, IP, gateway, etc. Estes parâmetrosservirão para o processo de conexão automático do dispositivo na rede residencial. Apósconferência dos dados e conexão do dispositivo concluída com sucesso, o módulo verificaa todo instante sua manutenção na rede, enviando mensagens pela serial com status("connected"ou "disconnected") e informações de rede pela qual ele se comunica (IP ePorta). Caso o dispositivo se desconecte da rede, o loop de envio para, aparecendo somentea mensagem de aviso de desconexão.

Após a conclusão do processo de conexão concluída, inicia-se o loop embarcado, exe-cutando as funções de comunicação dos módulos com a rede. Para auxílio e simplificaçãodesta comunicação, utilizou-se a biblioteca "WiFiUdp.h"também disponibilizada no acervo


da fabricante.A Figura 3.4 apresenta o fluxograma de comunicação do sistema.

Figura 3.4 – Fluxograma de comunicação do sistema HAIS.

Fonte: Do autor.

O processo de comunicação é simples e depende somente da conexão do dispositivo narede. Quando conectado, o firmware fica preso a um loop enviando e recebendo pacote dedados periodicamente. Vale ressaltar que cada módulo possui um IP fixo e definido, que éutilizado no software para organização e distribuição correta das informações do sistema.

3.2.3 Arquitetura do Software

O Software de controle do sistema pode ser desenvolvido através de um aplicativomobile ou de uma web page encapsulada dentro de um módulo. No caso do aplicativo, osistema se comunicará através de comandos enviados aos IPs dos módulos. No caso da webpage, por estar dentro de um dos módulos, utilizará a comunicação entre módulos. Nestecenário, o módulo contendo a página funcionará como o módulo principal, centralizandoo fluxo de informação e mensagens.

O software de alto nível surge como o setor do sistema que fica em contato com ousuário, necessitando de um design pensado e feito para centralizar as informações econtroles, facilitando a experiência do usuário. Além de claro sincronizar as ações com ofirmware, rodando a parte lógica do sistema proposto.


3.3 Módulos

Cada módulo foi desenvolvido sobre um modelo estrutural, com as adaptações ne-cessárias para os respectivos sensores. Realizou-se todo o desenvolvimento dos circuitoseletrônicos e roteamento da placa de circuito impresso utilizando os conhecimentos teóri-cos e práticos adquiridos ao longo da graduação.

3.3.1 HAIS-Reed

Omódulo HAIS-Reed é um módulo de automação com sensor Reed witch. Este módulofoi desenvolvido com intuito de se monitorar o status de portas e janelas de uma deter-minada residência. O Reed witch é um dispositivo que funciona como uma chave eletro-magnética, alterando seu estado quando aproximado um ímã com campo eletromagnéticodefinido. A Figura 3.5 apresenta o esquemático do circuito do módulo HAIS-Reed.

Figura 3.5 – Esquemático do circuito - Módulo HAIS-Reed.

Fonte: Do autor.

A entrada da alimentação externa é conectada no componente ’CN1’, que passa peloregulador de tensão ’U2’ MCP1703, um regulador linear com saída DC de 3, 3 V. Oscapacitores ’C1’ e ’C2’ são capacitores de filtragem do sinal, diminuindo variações natensão provenientes de ruídos externos da rede e do próprio regulador. A tensão de saídado filtro é linear e próxima a 3, 3V .

O módulo wi-fi ’U1’ faz a parte lógica do sistema, com alimentação 3, 3 V provenientedo regulador. O jump da chave ’CH’ é utilizado para deslocar o pino 21 (GPIO0) paranível lógico baixo, fazendo com que o módulo wi-fi inicie em modo UART. Este modo éutilizado para gravação de firmware no módulo.


O LED ’D1’ é o indicador de saída, acionado sempre que a saída ’REED1’ está ativa.A saída ’REED1’ lê o status do circuito do Reed Switch, mudando seu nível lógico deacordo com o estado de atuação do sensor. Este circuito ainda conta com um transistormosfet e resistores, que compõem o circuito de funcionamento do Reed witch. O capacitor’C3’ atua como filtro na entrada VDD do circuito.

O transistor ’Q1’ é do tipo MOSFET canal N, acionando a carga quando há tensãopositiva no terminal gate. No circuito do Reed Switch, quando o dispositivo se encontrarfechado (com presença do ímã) o terminal gate de MOSFET estará aterrado, fazendo comque o MOSFET abra e deixando a variável ’REED1’ em nível lógico baixo. Quando oReed Switch estiver aberto (ausência do íman) o MOSFET fechará, uma vez que o resistorde pull up ’R2’ joga a tensão do terminal gate para 3, 3 V, alterando a variável ’REED1’para nível lógico alto.

3.3.2 HAIS-TR

O módulo HAIS-TR é um módulo de automação com Relé Térmico. Desenvolveu-seeste módulo com intuito de se controlar cargas de corrente alternada em geral. Acio-namento de lâmpadas e tomadas, eletrodomésticos e eletro-eletrônicos, sirenes e trancaseletromagnéticas de portas e portões são exemplos de utilização deste módulo.

A Figura 3.6 apresenta o esquemático do circuito do módulo HAIS-TR.

Figura 3.6 – Esquemático do circuito - Módulo HAIS-TR.

Fonte: Do autor.

Assim como o módulo HAIS-Reed, o circuito de entrada é idêntico. Os setores de ali-mentação, regulador da tensão de entrada, alimentação do módulo e sinalização com LEDpossuem as mesmas características, funções e componentes já apresentados anteriormente.


Para a parte de atuação, as variáveis ’RELE1’ e ’RELE2’ funcionam tanto como leiturade status quanto como escrita, acionando e desacionando os relés. Os transistores ’Q1’ e’Q2’ juntamente com os resistores servem para polarização da bobina do relé, garantindoseu acionamento sem variações quando desejado.

Os diodos ’D1’ e ’D3’ são chamados diodos de roda livre. Os diodos de roda livresão polarizados reversamente, servindo para descarga da tensão da bobina do relé quandoeste é desacionado, evitando a sobrecarga no restante do circuito. Os transistores ’Q1’ e’Q2’ são do tipo MOSFET canal N, com polarização com tensão positiva no terminal gate.Quando as saídas ’RELE1’ ou ’RELE2’ foram jogadas para nível lógico alto, os transistorespolarizarão e fecharão a bobina dos relés, acionando seus contatores e invertendo a saída.Os relés são alimentados com 5 V, mesma tensão de entrada da fonte de alimentação.

3.3.3 HAIS-Term

O módulo HAIS-Term é um módulo de automação com sensor de temperatura. Esteequipamento foi desenvolvido visando o controle e monitoramento de um determinadoambiente, podendo adicionar lógicas de automação a partir da leitura da temperatura doambiente.

A Figura 3.7 apresenta o esquemático do circuito do módulo HAIS-Term.

Figura 3.7 – Esquemático do circuito - Módulo HAIS-Term.

Fonte: Do autor.

Assim como os módulos anteriores, o circuito de entrada é idêntico. Os setores de ali-mentação, regulador da tensão de entrada, alimentação do módulo e sinalização com LEDpossuem as mesmas características, funções e componentes já apresentados anteriormente.

O LED ’D1’ é o indicador de saída, acionado sempre que algum dado oriundo da lógicade programação é enviado para o sistema central. O sensor térmico TMP36 possui trêspinos, com referências em VDD e GND, com o terceiro pino gerando um valor de tensãoanalógica de acordo com a temperatura do ambiente. Este valor de tensão é jogado no


pino ADC do módulo wi-fi, a fim de se converter a grandeza física em um valor conhecidoe lógico, para ser utilizado como informação ou instrução na lógica de implementação dosistema de automação. O capacitor ’C3’ atua como filtro na entrada VDD do circuito dosensor.

Como o sensor TMP36 atua na faixa de 0 V - 3, 3 V, necessita-se de um divisor detensão, formado por ’R1’ e ’R2’, adaptando a faixa de operação para 0 V - 1, 0 V que éa faixa suportada pelo canal ADC do módulo. O circuito possui ainda um buffer ’IC1’para isolar o sensor TMP36 da entrada ADC do módulo. Essa isolação garante que nãohaverá interferência da impedância da porta ADC no TMP36, garantindo um valor maispreciso e real, sem interferências do circuito.

3.3.4 HAIS-Lux

O módulo HAIS-Lux é um módulo de automação com sensor de luminosidade LDR.Este equipamento foi desenvolvido visando o controle e monitoramento de um determi-nado ambiente, podendo adicionar lógicas de automação a partir do status luminoso doambiente.

A Figura 3.8 apresenta o esquemático do circuito do módulo HAIS-Lux.

Figura 3.8 – Esquemático do circuito - Módulo HAIS-Lux.

Fonte: Do autor.

Assim como os módulos anteriores, o circuito de entrada é idêntico. Os setores de ali-mentação, regulador da tensão de entrada, alimentação do módulo e sinalização com LEDpossuem as mesmas características, funções e componentes já apresentados anteriormente.

O sensor de luminosidade LDR é um sensor que varia sua resistência de acordo coma incidência luminosa em seu encapsulamento, tendo o valor de aproximadamente 1 MΩquando colocado em baixa luminosidade e menos de 1 KΩ para altas incidências de luz.O capacitor ’C3’ atua como filtro na entrada VDD do circuito do sensor.


Como o LDR é um resistor variável, adicionou-se o componente em um divisor resistivocom o resistor ’R4’ de 1 KΩ, variando a tensão de saída da variável ’LUX’ conectada noADC do módulo. Assim como no TMP36, adicionou-se um divisor de tensão com ’R1’ eR3’ pois o canal ADC do módulo wi-fi opera em uma faixa de tensão de 0 V - 1, 0 V. Ocircuito divisor possui também o buffer ’IC1’ de ganho unitário para isolação da tensão,garantindo o valor de referência sem interferências do restante do circuito.

3.3.5 Sistema Remoto

O sistema remoto de interação com o usuário foi construído na suíte de desenvol-vimento de aplicativos Android App Inventor, do MIT. O App Inventor baseia-se naconstrução de aplicativos por meio de programação por blocos "Drag & Play". O softwareconstruído busca-se alcançar um nível de controle básico sobre as funções dos módulos,interação entre eles e fácil usabilidade com o usuário.

Um sistema onepage com as principais informações a vista do usuário, com o poderde modificação das saídas a um toque foram os principais objetivos no desenvolvimentodo software.

3.4 Protótipo

Para facilitar a exemplificação do sistema e pela limitação da quantidade de módulosadquiridos ao longo do projeto, definiu-se três módulos para montagem de um protótipoteste e um software específico para o funcionamento deste sistema. Os protótipos, deno-minados HAIS-M1, HAIS-M2 e HAIS-M3 foram desenvolvidos a partir do conceitoapresentado, com adaptações buscando abranger um sistema mínimo viável.

O sistema protótipo simulou o controle de parte de uma residência, mais precisamenteuma sala de estar e uma varanda. Nestes cômodos, será possível controlar a iluminação,tranca da porta e sirene, assim como saber status de porta, luz acesa ou apagada etemperatura.


A Figura 3.9 apresenta a disposição dos módulos na residência.

Figura 3.9 – Disposição do protótipo HAIS na residência.

Fonte: Do autor.


3.4.1 Hardware

3.4.1.1 HAIS-M1

O módulo protótipo HAIS-M1 conta com a junção de dois módulos, o HAIS-Lux eHAIS-TR. O HAIS-M1 controlará a iluminação e fará a leitura de luminância na sala,enquanto os outros sistemas cuidarão do restante do sistema de automatização. Nestemódulo, utilizou-se o o módulo wi-fi ESP8266-DEV da Olimex.

A Figura 3.10 apresenta o esquemático do circuito eletrônico do módulo.

Figura 3.10 – Circuito esquemático do módulo HAIS-M1.

Fonte: Do autor.


3.4.1.2 HAIS-M2

O módulo protótipo HAIS-M2 conta com a junção de dois módulos, o HAIS-Reed eHAIS-TR. O HAIS-M2 controlará o sistema de trancas da porta da sala, assim como seustatus em tempo real de abertura. Neste módulo, utilizou-se o o módulo wi-fi ESP8266-12f.



Fonte: Do autor.


3.4.1.3 HAIS-M3

O módulo protótipo HAIS-M3 conta com a junção de três módulos, o HAIS-Term edois módulos HAIS-TR. O HAIS-M3 controlará a iluminação da varanda e a sirene doalarme, assim como gerará dados em tempo real da temperatura interna da sala. Nestemódulo, utilizou-se o o módulo wi-fi ESP8266-12f.



Fonte: Do autor.


3.4.2 Software e Firmware

Como mencionado anteriormente, o software foi desenvolvido utilizando a suíte de cri-ação de aplicativos Android App Inventor, com uma mecânica especifica para os módulosprotótipos desenvolvidos. O Firmware foi desenvolvido utilizando a IDE Arduino.

O Firmware foi desenvolvido para conexão dos módulos na rede, recebimento e envio dedados para o aplicativo e controle das saídas. O Software foi desenvolvido para controledas cargas pelo usuário, acionamento e desacionamento do alarme e visualização dasprincipais informações como status das saídas e leituras de sensores.

A figura 3.13 apresenta o fluxograma do sistema de controle, com todas as condiçõese variações possíveis dentro do aplicativo.

O sistema possui uma condição primária de acionamento de alarme, caso ela estejadesacionada, o controle das cargas é independente e pode ocorrer a qualquer momento.Ao se acionar o alarme, a tranca da porta é acionada e as luzes apagadas. O sistemaentão possui uma validação para condição de saída, se o desacionamento é feito de dentroda casa, o desacionamento é simples e retorna ao estado inicial. Caso o desacionamentofor feito fora de casa, um procedimento de automação é iniciado, com acionamento edesacionamento de cargas conforme os status apresentados pelos sensores.


Figura 3.13 – Fluxograma de funcionamento do software do sistema HAIS.

Fonte: Do autor.



O sistema HAIS possui um conceito claro e definido sobre seu sistema. Módulosadaptáveis e comutativos, sistema de conexão simples e de fácil operação, com opções depersonalização de acordo com a demanda do projeto. Os módulos atuam como clientesna rede wi-fi residencial, utilizando IPs fixos não roteados para identificação no roteador.A comunicação entre o sistema se dá por comandos enviados aos IPs dos módulos.

Para efeito de didática do projeto, definiu-se algumas variáveis do conceito do sistemaapresentado, simulando um projeto real. Três placas foram confeccionadas para realizara automação de parte de uma residência. O aplicativo possui funções limitadas e semopção de alterações nos comandos por parte do usuário.

52

4 Resultados

A partir do conceito de sistema apresentado nas seções anteriores, construiu-se o pro-tótipo através da confecção do hardware físico e o desenvolvimento lógico do firmware esoftware do projeto. O sistema foi testado em protoboard e bancada, utilizando uma fonteDC linear 0 V - 15 V, simulando uma fonte AC/DC que seria utilizada no equipamentofinal.

4.1 HardwareO hardware do sistema protótipo HAIS fora desenvolvido na suíte de criação Altium

Designer, com a confecção das Placas de Circuito Impresso nos próprios laboratórios daUniversidade, com processos de corrosão e pintura. As placas dos circuitos HAIS-M1,HAIS-M2 e HAIS-M3 foram projetadas para ocupar o mínimo espaço possível e boadisposição dos blocos, mantendo um padrão entre si.

As Figuras 4.1, 4.2 e 4.3 apresentam a visualização 2D das placas HAIS-MI, HAIS-M2 e HAIS-M3, respectivamente. As imagens, ainda no ambiente de desenvolvimento,apresentam o roteamento completo dos circuitos.

Figura 4.1 – Roteamento da PCI do módulo HAIS-M1.

Fonte: Do autor.

Capítulo 4. Resultados 53


Fonte: Do autor.


Fonte: Do autor.

As três placas possuem dimensão de 80mm x 50mm, com duas camadas de roteamentoe planos de terra interligados. A entrada do circuito é dada por meio de um conector dedois pinos e a saída por um KRE de três pinos, além dos sensores que captam dadosperiodicamente.


As Figuras 4.4, 4.5 e 4.6 apresentam a visualização 3D dos módulos M1, M2 e M3,respectivamente.

Figura 4.4 – Visualização 3D do módulo HAIS-M1.

Fonte: Do autor.


Fonte: Do autor.



Fonte: Do autor.

Após confecção e roteamento das placas, montou-se os circuitos com os componentespertinentes. Com as placas montadas, iniciou-se o processo de teste e verificação dossetores do circuito.

As Figuras 4.7, 4.8 e 4.9 apresentam os módulos após a confecção das placas e damontagem dos componentes.

Figura 4.7 – Módulo HAIS-M1 pronto.

(a) Vista frontal (b) Perspectiva

Fonte: Do autor.




Fonte: Do autor.



Fonte: Do autor.

As placas foram montadas, com os componentes PTH e SMD soldados nas placas.Os testes setoriais foram realizados e as placas apresentaram comportamentos desejados.Após medições realizadas nas saídas dos reguladores de tensão, obtiveram-se os valoresde 3, 35 V para o módulo M1, 3, 38 V para M2 e 3, 42 V para M3.


4.2 SoftwarePara desenvolvimento do software do sistema, utilizou-se o sistema App Inventor, do

MIT. O software desenvolvido foi compilado em forma de aplicativo mobile, desenvolvidopara sistema Android. Buscou-se fazer um app simples e intuitivo, somente uma página decontrole, sem opções de customização por parte do usuário e com as principais informaçõese botões de controle na página principal.

As Figuras 4.10a e 4.10b apresentam prints tirados do aplicativo rodando em umsmartphone com sistema Android.

Figura 4.10 – HAISApp 1.0.

(a) Home Page (b) Tela de Desbloqueio de alarme

Fonte: Do autor.

Como pode-se analisar, o sistema possui um controle mestre de alarme, que quandodesativado, os controles de iluminação, temperatura e porta são independentes. Quandoo alarme é acionado, os controles individuais do sistema são ocultados, fazendo com queos módulos travem no estado de alarme ativado.


Quando ativado, o aplicativo apresenta somente o botão de desativar alarme. Quandodesacionado, o sistema pergunta ao usuário se o mesmo está chegando em casa ou jáestá dentro dela. Independentemente da resposta do usuário, o aplicativo retorna paraa tela inicial. Caso a resposta seja positiva para a pergunta, o sistema roda um scriptde automação pré-definido. Caso a resposta seja negativa, os comandos simplesmentedestravam e o usuário pode controlá-los independentemente.

A programação do App Inventor é baseada em eventos, sejam de mecanismos deentrada como botões ou variáveis do sistema como inicialização, scroll, entre outros. AsFiguras 4.11 até 4.15 apresentam os blocos de programação do aplicativo.

Figura 4.11 – Blocos de programação - Inicialização e botões de temperatura e alarme.

Fonte: Do autor.

Ao se inicializar o aplicativo, a primeira configuração a ser realizada é a definiçãoda cor do botão de ativar alarme, setando o parâmetro de BackgroundColor do bo-tão ’BTN_Alarm_Ativar’ para um RGB 80, 200, 50. Em seguida a variável de texto’LB_StatusGeral’ é setada para mostrar a mensagem de boas vindas ao usuário.


Outros dois eventos que acontecem em paralelo são as condições de clique dos botões’BTN_Temp’ e ’BTN_Alarm_Ativar’ que representam a atualização da temperatura noaplicativo e o acionamento do alarme, respectivamente.

Quando pressionado o botão ’ATUALIZAR’ do campo da temperatura, o sistemachama o recurso ’WebViewer1’, fazendo com que o aplicativo acesse o IP 192.168.20.102/?30.Na seção sobre firmware, o uso deste IP será explicado com maiores detalhes. Assim quechamado esse IP, o módulo retorna uma string para o aplicativo com o valor da tempera-tura, essa string então é utilizada para atualizar a variável de texto ’LB_Temp_Value’.A variável de texto de status também é atualizada para mostrar ao usuário que a tempe-ratura foi atualizada.

Quando pressionado o botão ’ATIVAR’ do campo alarme, o sistema chama o recurso’WebViewer1’, fazendo com que o aplicativo acesse o IP 192.168.20.102/?5. A variável detexto de status também é atualizada para mostrar ao usuário que o alarme foi ativado.Por fim, o aplicativo vai para uma segunda página denominada ’Locked’.

Figura 4.12 – Blocos de programação - Controle de iluminação da sala.

Fonte: Do autor.


Figura 4.13 – Blocos de programação - Controle de iluminação da varanda.

Fonte: Do autor.

As Figuras 4.12 e 4.13 apresentam os blocos de controle da iluminação da sala e davaranda. Como o aplicativo possui os botões para acionar e desacionar as lâmpadasseparadamente, os eventos ocorrem simultaneamente.

Quando pressionado o botão ’BTN_Varanda_On’ o recurso ’WebViewer1’ é chamadoe o IP 192.168.20.102/?11 é acessado. A variável de status ’LB_Varanda_Status’ é atu-alizada para "Aceso"e a variável de status geral é atualizada mostrando ao usuário que ocomando foi concluído. Analogamente, quando pressionado o botão ’BTN_Varanda_Off’o recurso ’WebViewer1’ é chamado e o IP 192.168.20.102/?10 é acessado. A variável destatus ’LB_Varanda_Status’ é atualizada para "Apagado"e a variável de status geral éatualizada mostrando ao usuário que o comando foi concluído.

A lógica de acionamento da iluminação da sala é a mesma já explicada para a varanda,com diferenças somente no IP acessado pelo ’WebViewer1’. O IP 192.168.100/?11 é aces-sado para acionamento da lâmpada e o IP 192.168.20.100/?10 para para desacionamento.


Figura 4.14 – Blocos de programação - Controle de tranca da porta.

Fonte: Do autor.

Por fim, a Figura 4.14 apresenta o bloco de controle da tranca da porta. Quandopressionado o botão ’BTN_Porta’, o sistema faz uma verificação de texto do botão.

Caso a string seja igual a "TRANCAR", ou seja, caso a porta esteja destrancada,o recurso ’WebViewer1’ é chamado e o IP 192.168.20.101/?21 é acessado. O texto dobotão então é atualizado para "DESTRANCAR"e a variável de status geral é atuali-zada mostrando ao usuário que o comando foi concluído. Caso a string seja diferente de"TRANCAR", ou seja, a porta esteja trancada, o recurso ’WebViewer1’ é chamado e o IP192.168.20.101/?20 é acessado. O texto do botão então é atualizado para "TRANCAR"ea variável de status geral é atualizada mostrando ao usuário que o comando foi concluído.


Figura 4.15 – Blocos de programação - Tela de desbloqueio.

Fonte: Do autor.

A Figura 4.15 apresentam os blocos da página de bloqueio do App. Nela, algumasconfigurações são utilizadas antes de retorno para a Home Page. A primeira configuração,ao se abrir a página é a definição da cor do botão ’DESATIVAR’ para o RGB 200, 90, 0,setando a configuração BackgroundColor do botão ’BTN_Alarm_Desat’.

Quando clicado no botão ’DESATIVAR’ do campo alarme, uma caixa com a pergunta"Você está chegando em casa?"e dois botões de resposta se tornam visíveis para o usuário,setando a configuração Visible das variáveis ’LB_Check’ e ’BLK_Check’ como true. Nestemomento a página apresentada é a mesma da Figura 4.10b.

Caso o botão ’SIM’ seja pressionado, o recurso ’WebViewer1’ é chamado e o IP192.168.20.100/?68 é acessado. Caso o botão ’NÃO’ seja pressionado, o recurso ’Web-Viewer1’ é chamado e o IP 192.168.20.100/?69 é acessado. Nos dois casos, a caixa detexto e os botões são ocultados, setando a configuração Visible das variáveis ’LB_Check’e ’BLK_Check’ como false. O layout da página retorna para o modelo inicial e o sistemaretorna para a Home page.


4.3 FirmwareO Firmware foi desenvolvido na IDE do arduino e transferido para os módulos wi-

fi através de um adaptador usb-serial FTDI. Os códigos foram construídos buscandocomplementar o aplicativo mobile desenvolvido, realizando o acionamento dos atuadoresdos módulos, bem como a captação, filtragem e conversão dos dados de sensores.

Para construção deste firmware utilizou-se duas bibliotecas de suporte ao módulo wi-fiESP8266, disponibilizadas pela própria Olimex, são elas: ’ESP8266WiFi.h’ e ’WiFiUdp.h’.A biblioteca ’ESP8266WiFi.h’ possui recursos para conexão na rede, leitura e escrita deserial, e protocolo IP. A ’WiFiUdp.h’ disponibiliza recursos para comunicação UDP, comoenvio e recebimento de pacotes de informação, tais funções foram utilizadas para fazerema comunicação entre os módulos.

Os códigos, presentes nos Anexos A a C, seguiram o diagrama de blocos apresentadona Figuras 3.3 e 3.4, com as variações pertinentes para cada módulo. Os anexos 1, 2e 3 referem-se aos códigos dos firmwares dos módulos HAIS-M1, HAIS-M2 e HAIS-M3,respectivamente.

O firmware baseia-se em quatro funções principais: ’connectToAccessPoint()’, ’rece-bePacoteIP()’, ’recebePacoteUDP()’ e ’trataPacote()’.

A função ’connectToAccessPoint()’ busca conectar o módulo na rede wi-fi da resi-dência como um dispositivo cliente e o mantém nela até que alguma interrupção sejalançada. A função ’recebePacoteIP()’ realiza a leitura dos dados transmitidos pelo apli-cativo HAISApp, onde cada função possui um valor inteiro definido. As informações IPsão transmitidas somente aplicativo-firmware e vice-versa. Estas duas funções utilizamrecursos da biblioteca ’ESP8266WiFi.h’.

A função ’recebePacoteUDP()’ funciona analogamente à ’recebePacoteIP()’, porémesta função busca receber e converter os pacotes de dados transmitidos módulo a mó-dulo, com operações especiais em que mais de um módulo está envolvido, como é o casodo acionamento e desacionamento do alarme. Esta função utiliza recurso da biblioteca’WiFiUdp.h’.

Por fim, a função ’trataPacote()’ realiza toda a lógica de operação de acordo comas informações que chegam ao módulo. Esta função possui duas variáveis chamadas de’key_ip’ e ’key_udp’, que são valores inteiros distintos para cada operação do sistema.


A Tabela 4 apresenta a relação de códigos disponíveis no sistema protótipo e quais asrespectivas operações.

Tabela 4 – Códigos de operações utilizados no projeto.

CÓD. OPERAÇÃO MÓDULO IP5 Acionamento de Alarme M1, M2, M3 192.168.20.10010 Desacionamento - Iluminação Sala M1 192.168.20.10011 Acionamento - Iluminação Sala M1 192.168.20.10010 Desacionamento - Iluminação Varanda M3 192.168.20.10211 Acionamento - Iluminação Varanda M3 192.168.20.10220 Desacionamento - Tranca Porta M2 192.168.20.10121 Acionamento - Tranca Porta M2 192.168.20.10130 Atualização de Temperatura Ambiente M3 192.168.20.10277 Acionamento de iluminação automático após M1, M2, M3 Trans. UDP

abertura de porta88 Desacionamento de Alarme - Fora de casa M1, M2, M3 192.168.20.10089 Desacionamento de Alarme - Dentro de casa M1, M2 192.168.20.100

Fonte: Do autor.

Mesmo nas operações em que mais de um módulo é atualizado, a informação inicial érepassada para o módulo M1 (IP 192.168.20.100) via transmissão IP, e após identificaçãoda instrução, repassa o código via UDP para os outros módulos. Caso haja necessidadede resposta, como é o caso do desacionamento de alarme fora de casa, onde após desativaro alarme a porta destrava e após aberta desativa o iluminação da varanda e aciona dasala, a resposta é feita via UDP.

Após as instruções serem executadas, as variáveis de comando são zeradas evitandoque o sistema trave em um loop indesejado.

4.4 Testes

O projeto contou com testes ao longo de toda sua construção, seja na parte de hardwarecom testes em protoboard e simulações teóricas dos circuitos, quanto na parte lógica dosoftware e firmware, com testes lógicos de debug.

Como simulação do sistema implantado em uma residência, adicionou-se 3 lâmpadas àssaídas dos módulos, testando a comunicação entre placa e o aplicativo e o funcionamentodos sistemas eletrônicos. A Figura 4.16 apresenta um retrato do teste de bancada realizadocom o protótipo conectado à fonte linear.


Figura 4.16 – Teste de funcionamento para comunicação Aplicativo-Módulo.

Fonte: Do autor.

O teste iniciou-se com a conexão dos módulos na rede wi-fi e o controle via aplicativofoi testado por algumas vezes, acionando e desacionando o sistema de alarme. Os controlesdas iluminações, da porta e da aquisição da temperatura foram testados por um período detempo, realizando várias combinações possíveis e analisando o comportamento do sistema.

A Figura 4.16 apresenta o estado do sistema com o alarme desativado, com os controlesoperando individualmente. As lâmpadas das extremidades representam as iluminações dasala (direita) e da varanda (esquerda). A lâmpada central representa a tranca da porta.

A fonte linear apresenta um consumo de aproximadamente 20 mV, com o sistemaoperando em estado de espera. Este valor é referente ao acionamento do módulo HAIS-M1, quando acionado todas as saídas, o valor da fonte sobe para 50 mV, com algumasvariações quando os módulos entram em modo de operação.


4.4.1 Custos

Uma das intenções iniciais do projeto era a construção de um sistema de baixo custo,que fosse acessível para a população em geral. De acordo com os protótipos desenvolvidos,utilizam-se os seguintes componentes eletrônicos:

HAIS-M1

• 1x Conectores de dois pinos fêmea;

• 1x Conectores KRE de três pinos;

• 1x Reguladores MCP1703AT;

• 3x Capacitores 10 µF;

• 1x Módulo wi-fi ESP8266-12f;

• 1x Relé eletromagnético MPA-S-105-C;

• 1x Diodo Schottky BC360A;

• 1x Diodo LED;

• 1x Transistor MOSFET Si2304;

• 1x Resistor 220 Ω;

• 1x Resistor 100 KΩ;


• 1x Resistor 1 MΩ;

• 1x Sensor de luminosidade LDR.

HAIS-M2









• 1x Diodo LED;





• 1x Sensor eletromagnético Reed-Switch.

HAIS-M3








• 1x Diodo LED;






• 1x Sensor de temperatura TMP36.


A tabela 5 apresenta a relação de custo total dos componentes utilizados.

Tabela 5 – Lista de componentes utilizados no projeto.

QTDE Descrição Valor unit. (R$) Valor total (R$)3 Conectores de dois pinos fêmea 0,10 0,304 Conectores KRE de três pinos 0,95 3,803 Reguladores MCP1703AT 1,92 5,769 Capacitores 10 µF 0,15 1,353 Módulo wi-fi ESP8266-12f 12,00 36,004 Relé eletromagnético MPA-S-105-C 2,90 11,604 Diodo Schottky BC360A 1,50 6,003 Diodo LED 0,20 0,605 Transistor MOSFET Si2304 1,50 7,503 Resistor 220 Ω 0,10 0,301 Resistor 1 KΩ 0,10 0,103 Resistor 100 KΩ 0,10 0,301 Resistor 200 KΩ 0,10 0,104 Resistor 1 MΩ 0,10 0,401 Sensor de luminosidade LDR 0,75 0,751 Sensor eletromagnético Reed-Switch 6,50 6,501 Sensor de temperatura TMP36 4,80 4,80

TOTAL 86,16

Fonte: Do autor.

Todos os custos foram retirados de lojas virtuais como Mouser, Filipe Flop e MercadoLivre. Cada placa de circuito impresso custou R$9,00 a unidade, ou seja, R$27,00 decusto total com o roteamento das placas.

O custo total de projeto girou em torno de R$113,00, tendo um valor médio de R$35,00a R$40,00 por módulo produzido. O componente de maior custo é o módulo wi-fi, repre-sentando uma parcela significativa de aproximadamente 32 % do projeto. O custo, apesarde expressivo em um primeiro momento, pois se trata apenas da parte eletrônica, é baixoquando comparado a equipamentos comercializados atualmente. O projeto desenvolvidonão obteve custos para o desenvolvimento do firmware e do aplicativo mobile.



Com módulos pequenos, simples e de baixo custo, montou-se um sistema satisfatório eútil para um usuário em suas atividades domésticas. As placas eletrônicas se mostraramestáveis e o aplicativo mobile simples e intuitivo, com comandos básicos definidos.

Através de uma lógica baseada em eventos, montou-se um programa de comunicaçãoentre o smartphone e os módulos, ficando a cargo dos módulos realizarem as operaçõesdo sistema como acionamento de cargas e leitura dos sensores.

Para se comprovar o funcionamento do sistema proposto, montou-se o protótipo embancada, simulando o funcionamento de suas saídas e comunicação com o smartphone.

70

5 Resultados e Conclusões

Com um grande potencial criativo, o projeto se mostrou abrangente e generalistadesde o momento de sua concepção, envolvendo conceitos de automação, programação,instrumentação eletrônica, design gráfico entre tantos outros. Destaca-se positivamente amultidisciplinaridade que o projeto proporcionou, porém, tal abrangência dificultou porvezes o avanço e aprofundamento do projeto.

A possibilidade de criar um conceito de sistema e não somente um projeto de cunhodidático elevou o nível do projeto, fazendo com que fosse necessário pensar além do sis-tema eletrônico e de seus mecanismos. Variáveis como design do projeto, usabilidade eexperiência do usuário, custos e relevância no cotidiano foram visadas desde o princípio,buscando-se criar um projeto que de fato pudesse ser utilizado em uma aplicação real.

Apesar de várias variáveis terem sido suprimidas e os recursos limitados para o sis-tema protótipo, o projeto se mostrou de alta complexidade, especialmente na parte decomunicação entre hardware e software. Materiais encontrados na internet e fóruns dediscussão foram de grande ajuda na construção do projeto.

Algumas ressalvas ficam por conta da não utilização de todos os recursos propostos,como o circuito de leitura de luminosidade e a opção de monitoramento e disparo dealarme. Limitações do código de comunicação do sistema restringiu o resultado final àaplicações simples de atuação dos módulos. O módulo ESP8266 se mostrou sensível àqualidade da rede wi-fi, ficando instável quando colocado distante do módulo principal ouquando havia variações da rede oriundas do próprio modem.

Ao final desta jornada pode-se afirmar que o projeto satisfaz as metas desejadas inici-almente, com um sistema simples, funcional e de baixo custo.

5.1 Trabalhos Futuros

Em qualquer projeto eletrônico existente há a possibilidade de melhoria, seja na partede consumo, hardware, tamanho ou uma atualização qualquer. No caso do projeto desen-volvido não é diferente. A primeira versão do sistema desenvolvido possui várias limitaçõese áreas ainda pouco exploradas, fazendo com que haja um grande campo para evoluçãodo projeto.

Como primeira opção para melhoria, destaca-se a conexão do módulo wi-fi na rede.Como o atual sistema não utiliza os vários benefícios da conexão de fato com a internet,mas somente o roteador como um gerenciador de IPs e dados, o potencial do projeto ficaextremamente limitado às opções já definidas no aplicativo e o próprio usuário amarradoao wi-fi da residência, uma vez que nessa condições o sistema não pode ser acessado pordados móveis, por exemplo.

Capítulo 5. Resultados e Conclusões 71

Utilização de banco de dados, comutação do sistema com informações da rede, possi-bilidade de acesso remoto, histórico e análise de perfil são alguns dos infinitos recursos quea conexão com a internet pode trazer para o sistema. Vale ressaltar que a conexão com arede exigiria uma melhor arquitetura do sistema, com níveis de proteção mais avançados,prevenindo o sistema de ataques indesejados.

Uma solução contrária a anterior, porém com vantagens distintas é a substituição domódulo wi-fi por um com transmissão via bluetooth. O bluetooth 4.0 LE é extremamenteeficiente, tanto em alcance quanto em consumo energético. Como o módulo não estáconectado na rede, a substituição do método de transmissão não diminuirá a capacidadedo sistema, pelo contrário, tende a aumentar a estabilidade de conexão e autonomia dabateria.

A opção por fontes de energia portáteis como baterias foram pouco exploradas peloautor, podendo ser melhor analisadas, melhorando a usabilidade do sistema, possibilidadede inserção dos módulos em locais remotos e autonomia do sistema.

Uma melhoria importante a se fazer é a migração de complexidade do sistema lógicodo firmware para o software. A programação em alto nível permite a combinação earranjos de funções de uma maneira mais simples e clara, facilitando o desenvolvimentoe amadurecimento do sistema.

A possibilidade de customização do aplicativo dentro dele próprio e inserção de no-vos módulos automaticamente são horizontes distantes devido a complexidade embutidaporém se mostrariam como revolucionários no propósito apresentado atualmente.

Além das melhorias destacadas, há opções de menor impacto porém mais simples,como por exemplo a criação de web page para controle via PC, caixa com design específicodo sistema, proteção com senha, opção de criação de perfil do usuário, utilização deTRIACs substituindo os relés, entre outros.

72

Referências

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Referências 73

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74

6 Apêndice A - Firmware do Mó-dulo HAIS-M1

1 #inc lude <ESP8266WiFi . h> // B ib l i o t e c a para u t i l i z a c a o de dados Wifi2 #inc lude <WiFiUdp . h> // B ib l i o t e c a para u t i l i z a c a o de dados UDP3

4 #i f n d e f ADDRESS_ESP_NETWORK5 #de f i n e ADDRESS_ESP_NETWORK 0 // Ut i l i z ado 0 para HAIS−M1, 1 para HAIS

−M2 e 2 para HAIS−M36

7 #i f ADDRESS_ESP_NETWORK == 08 IPAddress ip (192 , 168 , 20 , 100) ; // IP desta p laca ESP9 byte IP_ESP_1 [ ] = 192 , 168 , 20 , 101 ; // responde para e s t e

endereco10 byte IP_ESP_2 [ ] = 192 , 168 , 20 , 102 ; // responde para e s t e

endereco11 #e l i f ADDRESS_ESP_NETWORK == 112 IPAddress ip (192 , 168 , 20 , 101) ; // IP desta p laca ESP13 byte IP_ESP_0 [ ] = 192 , 168 , 20 , 100 ; // responde para e s t e




endereco19 #end i f20

21 const char ∗ s s i d = " HouseWifi " ; // nome da sua rede .22 const char ∗ password = " 1234 .5 .4321 " ; // Senha da sua rede .23

24 IPAddress gateway (192 , 168 , 25 , 1) ; // gateway padrao da sua rede .25 IPAddress subnet (255 , 255 , 255 , 0) ; // Mascara de rede , gera lmente e s ta e

a padrao .26

27 WiFiUDP Udp ; // Instanc iamos a u t i l i z a c a o do UDP;28

29 unsigned i n t localUdpPort = 4210 ; // Porta l o c a l para t r a f e g o de dados .30 char incomingPacket [ 2 5 5 ] ; // bu f f e r para recebimento de pacotes .31 uint8_t key_ip , key_udp ;32

Capítulo 6. Apêndice A - Firmware do Módulo HAIS-M1 75

33 #de f i n e PIN_LED 1134 #de f i n e PIN_TR 1735 #de f i n e PIN_LUX 1236

37 // Declara todas as funcoes u t i l i z a d a s .38 void connectToAccessPoint ( void ) ;39 uint8_t recebePacoteUDP ( void ) ;40 uint8_t recebePacoteIP ( void ) ;41 void trataPacote ( i n t key_ip , i n t key_udp) ;42

43 void setup ( ) 44

45 S e r i a l . begin (115200) ;46

47 pinMode (PIN_LED, OUTPUT) ;48 pinMode (PIN_TR, OUTPUT) ;49 pinMode (PIN_LUX, INPUT) ;50

51 connectToAccessPoint ( ) ;52 53

54 void loop ( ) 55

56 recebePacoteIP ( ) ;57 recebePacoteUDP ( ) ;58 t rataPacote ( key_ip , key_udp) ;59 60

61 // Conecta ao roteador .62 void connectToAccessPoint ( void ) 63

64 S e r i a l . p r i n t l n ( ) ;65 S e r i a l . p r i n t f ( " Connecting to %s " , s s i d ) ;66

67 // S t a t i c IP Setup In fo Here . . .68 WiFi . c on f i g ( ip , gateway , subnet ) ;69 WiFi . begin ( s s id , password ) ;70

71 whi le (WiFi . s t a tu s ( ) != WL_CONNECTED)72 delay (500) ;73 S e r i a l . p r i n t ( " . " ) ;74 75 S e r i a l . p r i n t l n ( " connected " ) ;76

77 // Star t the s e r v e r78 s e r v e r . begin ( ) ;79 Udp . begin ( localUdpPort ) ;


80 S e r i a l . p r i n t f ( " Escutando IP : %s , UDP port : %d\n" , WiFi . l o c a l IP ( ) .t oS t r i ng ( ) . c_str ( ) , localUdpPort ) ;

81 82

83 // Esta funcao recebe os pacotes IP .84 uint8_t recebePacoteIP ( void ) 85

86 WiFiClient c l i e n t = s e r v e r . a v a i l a b l e ( ) ;87 i f ( ! c l i e n t ) 88 re turn ;89 90

91 S e r i a l . p r i n t l n ( "new c l i e n t " ) ;92 whi le ( ! c l i e n t . a v a i l a b l e ( ) ) 93 delay (1 ) ;94 95

96 St r ing req = c l i e n t . r eadSt r i ngUnt i l ( ’ \ r ’ ) ;97 S e r i a l . p r i n t l n ( req ) ;98 c l i e n t . f l u s h ( ) ;99

100 key_ip = req . t o In t ( ) ; //Converte a s t r i n g para va l o r i n t e i r o101 re turn key_ip102 103

104 // Esta funcao recebe os pacotes UDP.105 uint8_t recebePacoteUDP ( void ) 106

107 i n t packe tS i z e = Udp . parsePacket ( ) ; // pega dados do ana l i s ado r depacotes .

108

109 // Se r e c ebe r algum pacote .110 i f ( packe tS i z e > 0) 111 msgRecebidaConvertida = " " ; // sempre zera a mensagem an t e r i o r .112

113 // recebe pacotes UDP de entrada114 S e r i a l . p r i n t f ( " Received %d bytes from %s , port %d\n" , packetS ize ,

Udp . remoteIP ( ) . t oS t r i ng ( ) . c_str ( ) , Udp . remotePort ( ) ) ;115 i n t l en = Udp . read ( incomingPacket , 255) ;116

117 i f ( l en > 0) 118 incomingPacket [ l en ] = 0 ;119 120

121 msgRecebidaConvertida . concat ( incomingPacket ) ;122 key_udp = msgRecebidaConvertida ;123 re turn key_udp ;


124 125 126

127 // Trata os pacotes r e c eb ido s128 void trataPacote ( unsigned i n t key_ip , unsigned i n t key_udp) 129

130 switch ( key_ip ) 131 case 11 :132 //Acionamento do r e l e − acender lampada s a l a133 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, HIGH) ;134 key_ip = 0 ;135 break ;136 case 10 :137 //Desacionamento do r e l e − apagar lampada s a l a138 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, LOW) ;139 key_ip = 0 ;140 break ;141 case 5 :142 //Acionamento do alarme − apagar lampada s a l a e mandar mensagem para

outros modulos143 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, LOW) ;144

145 // envia dados para o ESP_1146 Udp . beginPacket (IP_ESP_1, localUdpPort ) ; // beginPacket ( IP ,

Porta )147 Udp . wr i t e (5 ) ; // mensagem a s e r enviada .148 Udp . endPacket ( ) ; // f i n a l i z a a comunicacao an t e r i o r .149


Porta )152 Udp . wr i t e (5 ) ; // mensagem a s e r enviada .153 Udp . endPacket ( ) ; // f i n a l i z a a comunicacao an t e r i o r154

155 key_ip = 0 ;156 break ;157 case 88 :158 //Desacionamento do alarme dentro de casa − acender lampada s a l a e

mandar mensagem para outros modulos159 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, HIGH) ;160


Porta )163 Udp . wr i t e (88) ; // mensagem a s e r enviada .164 Udp . endPacket ( ) ; // f i n a l i z a a comunicacao an t e r i o r .165


166 key_ip = 0 ;167 break ;168 case 89 :169 //Desacionamento do alarme f o r a de casa − apagar lampada s a l a e

mandar mensagem para outros modulos170 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, LOW) ;171 // envia dados para o ESP_1172 Udp . beginPacket (IP_ESP_1, localUdpPort ) ; // beginPacket ( IP ,

Porta )173 Udp . wr i t e (89) ; // mensagem a s e r enviada .174 Udp . endPacket ( ) ; // f i n a l i z a a comunicacao an t e r i o r .175


Porta )178 Udp . wr i t e (89) ; // mensagem a s e r enviada .179 Udp . endPacket ( ) ; // f i n a l i z a a comunicacao an t e r i o r180

181 key_ip = 0 ;182 break ;183 184

185 i f ( key_udp == 77) 186 //Acionamento do r e l e − acender lampada s a l a187 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, HIGH) ;188 key_udp = 0 ;189 190

79

7 Apêndice B - Firmware do Mó-dulo HAIS-M2











21 const char ∗ s s i d = " HouseWifi " ; // Nome da sua rede .22 const char ∗ password = " 1234 .5 .4321 " ; // Senha da sua rede .23 uint8_t key_ip , key_udp ;24


a padrao .27


30 unsigned i n t localUdpPort = 4210 ; // Porta l o c a l para t r a f e g o de dados .31 char incomingPacket [ 2 5 5 ] ; // bu f f e r para recebimento de pacotes .32

Capítulo 7. Apêndice B - Firmware do Módulo HAIS-M2 80

33 #de f i n e PIN_LED 1634 #de f i n e PIN_TR 435 #de f i n e PIN_REED 636

37 // Declara todas as funcoes u t i l i z a d a s .38 void connectToAccessPoint ( void ) ;39 uint8_t recebePacoteUDP ( void ) ;40 uint8_t recebePacoteIP ( void ) ;41 void trataPacote ( i n t key_ip , i n t key_udp) ;42


45 S e r i a l . begin (115200) ;46

47 pinMode (PIN_LED, OUTPUT) ;48 pinMode (PIN_TR, OUTPUT) ;49 pinMode (PIN_REED, INPUT) ;50


54 void loop ( ) 55


61 // Conecta ao roteador .62 void connectToAccessPoint ( void ) 63



71 whi le (WiFi . s t a tu s ( ) != WL_CONNECTED)72 delay (500) ;73 S e r i a l . p r i n t ( " . " ) ;74 75 S e r i a l . p r i n t l n ( " connected " ) ;76

77 // Star t the s e r v e r78 s e r v e r . begin ( ) ;79 Udp . begin ( localUdpPort ) ;


80 S e r i a l . p r i n t f ( " Escutando IP : %s , UDP port : %d\n" , WiFi . l o c a l IP ( ) .t oS t r i ng ( ) . c_str ( ) , localUdpPort ) ;

81 82

83 // Esta funcao recebe os pacotes IP .84 uint8_t recebePacoteIP ( void ) 85


91 S e r i a l . p r i n t l n ( "new c l i e n t " ) ;92 whi le ( ! c l i e n t . a v a i l a b l e ( ) ) 93 delay (1 ) ;94 95


100 key_ip = req . t o In t ( ) ; //Converte a s t r i n g para va l o r i n t e i r o101 re turn key_ip102 103

104 // Esta funcao recebe os pacotes UDP.105 uint8_t recebePacoteUDP ( void ) 106


108

109 // Se r e c ebe r algum pacote .110 i f ( packe tS i z e ) 111 msgRecebidaConvertida = " " ; // sempre zera a mensagem an t e r i o r .112



117 i f ( l en > 0) 118 incomingPacket [ l en ] = 0 ;119 120

121 msgRecebidaConvertida . concat ( incomingPacket ) ;122 key_udp = msgRecebidaConvertida ;123 re turn key_udp ;


124 125 126


130 switch ( key_ip ) 131 case 21 :132 //Acionamento do r e l e − t rancar porta133 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, HIGH) ;134 key_ip = 0 ;135 break ;136 case 20 :137 //Desacionamento do r e l e − des t rancar porta138 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, LOW) ;139 key_ip = 0 ;140 break ;141

142 143

144 switch (key_udp) 145 case 5 :146 //Desacionamento do r e l e − t rancar porta147 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, HIGH) ;148 key_udp = 0 ;149 break ;150

151 case 88 :152 //Desacionamento do r e l e − des t rancar porta153 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, LOW) ;154 key_udp = 0 ;155 break ;156 case 89 :157 //Desacionamento do r e l e − des t rancar porta158 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, LOW) ;159

160 //Condicao de abertura de porta para acionamento da lampada da s a l a161 i f (PIN_REED == LOW)162 // envia dados para o ESP_0163 Udp . beginPacket (IP_ESP_0, localUdpPort ) ; //

beginPacket ( IP , Porta )164 Udp . wr i t e (77) ; // mensagem a s e r enviada .165 Udp . endPacket ( ) ; // f i n a l i z a a comunicacao an t e r i o r .166

167 // envia dados para o ESP_2168 Udp . beginPacket (IP_ESP_2, localUdpPort ) ; //

beginPacket ( IP , Porta )


169 Udp . wr i t e (77) ; // mensagem a s e r enviada .170 Udp . endPacket ( ) ; // f i n a l i z a a comunicacao an t e r i o r .171 172

173 key_udp = 0 ;174 break ;175 176

84

8 Apêndice C - Firmware do Mó-dulo HAIS-M3











21 const char ∗ s s i d = " HouseWifi " ; // Nome da sua rede .22 const char ∗ password = " 1234 .5 .4321 " ; // Senha da sua rede .23 uint8_t key_ip , key_udp ;24


a padrao .27


30 unsigned i n t localUdpPort = 4210 ; // Porta l o c a l para t r a f e g o de dados .31 char incomingPacket [ 2 5 5 ] ; // bu f f e r para recebimento de pacotes .32

Capítulo 8. Apêndice C - Firmware do Módulo HAIS-M3 85

33 #de f i n e PIN_LED 1634 #de f i n e PIN_TR1 735 #de f i n e PIN_TR2 436 #de f i n e PIN_TERM 237

38 // dec l a ra todas as funcoes u t i l i z a d a s .39 void connectToAccessPoint ( void ) ;40 uint8_t recebePacoteUDP ( void ) ;41 uint8_t recebePacoteIP ( void ) ;42 void trataPacote ( i n t key_ip , i n t key_udp) ;43


46 S e r i a l . begin (115200) ;47

48 pinMode (PIN_LED, OUTPUT) ;49 pinMode (PIN_TR1, OUTPUT) ; //Lampada varanda50 pinMode (PIN_TR2, OUTPUT) ; // S i r ene ( nao u t i l i z a d o no s i s tema )51 pinMode (PIN_TERM, INPUT) ;52


56 void loop ( ) 57

58 i n t va lorL ido = analogRead (0 ) ;59 temperatura = ( va lorL ido ∗ 0 .00488) ;60 temperatura_real = temperatura ∗ 100 ;61


67 // conecta ao roteador .68 void connectToAccessPoint ( void ) 69



77 whi le (WiFi . s t a tu s ( ) != WL_CONNECTED)78 delay (500) ;79 S e r i a l . p r i n t ( " . " ) ;


80 81 S e r i a l . p r i n t l n ( " connected " ) ;82

83 // Star t the s e r v e r84 s e r v e r . begin ( ) ;85 Udp . begin ( localUdpPort ) ;86 S e r i a l . p r i n t f ( " Escutando IP : %s , UDP port : %d\n" , WiFi . l o c a l IP ( ) .

t oS t r i ng ( ) . c_str ( ) , localUdpPort ) ;87 88

89 // e s ta funcao recebe os pacotes IP .90 uint8_t recebePacoteIP ( void ) 91


97 S e r i a l . p r i n t l n ( "new c l i e n t " ) ;98 whi le ( ! c l i e n t . a v a i l a b l e ( ) ) 99 delay (1 ) ;

100 101


106 key_ip = req . t o In t ( ) ; //Converte a s t r i n g para va l o r i n t e i r o107 re turn key_ip ;108 109

110 // e s ta funcao recebe os pacotes UDP111 uint8_t recebePacoteUDP ( void ) 112


114

115 // Se r e c ebe r algum pacote .116 i f ( packe tS i z e ) 117 msgRecebidaConvertida = " " ; // sempre zera a mensagem an t e r i o r .118



123 i f ( l en > 0)


124 incomingPacket [ l en ] = 0 ;125 126

127 msgRecebidaConvertida . concat ( incomingPacket ) ;128 key_udp = msgRecebidaConvertida ;129 re turn key_udp ;130 131 132


136 switch ( key_ip ) 137 case 11 :138 //Acionamento do r e l e − acender lampada varanda139 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, HIGH) ;140 key_ip = 0 ;141 break ;142 case 10 :143 //Desacionamento do r e l e − apagar lampada varanda144 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR, LOW) ;145 key_ip = 0 ;146 break ;147 case 30 ;148 // Atua l i zacao de v a r i e v e l de temperatura149 c l i e n t . p r i n t ( temperatura ) ;150 key_ip = 0 ;151 break ;152 153

154 switch (key_udp) 155 case 5 :156 //Desacionamento do r e l e − Alarme at ivado − Lampada apagada157 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR1, LOW) ;158 key_udp = 0 ;159 break ;160 case 89 :161 //Acionamento do r e l e − Alarme at ivado − Lampada acesa162 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR1, HIGH) ;163 key_udp = 0 ;164 break ;165 case 77 :166 //Apaga lampada varanda quando abre a porta167 d i g i t a lWr i t e (PIN_TR1, LOW) ;168 key_udp = 0 ;169 break ;170


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