IMPLANTAÇÃO DE SENSORES PARA AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL E USODE UM ROBÔ VIGILANTE PARA MONITORAMENTO ON-LINE.

Flavio Gomes da Silva, Maria Eduarda de Souza Fernandes – 3º ano do Ensino Médio,

Natal Henrique Cordeiro,INSTITUTO FEDERAL DE SÃO PAULO (IFSP) – CAMPUS VOTUPORANGA

Jerônimo Figueira da Costa, 3014 - Pozzobon15503110 – Votuporanga – SP

Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia paraautomatização de residências e seu gerenciamento por meio deum sistema WEB acessível por dispositivos móveis. Essesistema oferece funcionalidades que proveem otimização emtarefas domésticas, monitoramento e segurança. Este projetopossui uma arquitetura cliente-servidor para que o sistemaWEB esteja disponível a qualquer momento e que seja acessadoindependente do local que o residente esteja. O sistema permitegerenciar diversos tipos de sensores com intuito de racionalizarenergia, verificar riscos de incêndio e controlar a temperaturado ambiente. A principal contribuição desse sistema estarelacionado com a segurança com o uso de um robô vigilanteque transmite imagens do interior da residência em tempo real,por meio de imagens compartilhadas pelo sistema.

Palavras Chaves: Domótica, segurança, dispositivos móveis,robô vigilante.

Abstract: This paper presents a methodology for automationof residences and its management via a WEB system accessibleby mobile devices. This system offers features that provideoptimization on housework, monitoring and security. Thisproject has a client-server architecture for the WEB system isavailable any time and is accessed independent of the locationof the resident. The system allows you to manage various typesof sensors order to rationalize energy, check risk of fire andcontrol the room temperature. The main contribution of thissystem is related to the security with the use of a vigilant robotthat transmits images from inside the residence on-line time,through shared images by the system.

Keywords: Home automation,, security, mobile devices,vigilant robot.

1 INTRODUÇÃO

A automação residencial é uma das tecnologias maisavançadas, é a mistura das palavras: “robótica” com “casa”,que tem como base controlar qualquer dispositivo eletrônico deuma residência, por meio de sistemas acessados em qualquerlugar do mundo por: smartphones, computadores, notebooks,tablets, entre outros.

A “domótica”, ciência que estuda a relação entre ohomem e sua casa, é uma palavra que veio do latim “Domus”significa casa, e a palavra “Robótica” ato de automatizar, está

voltada para o controle de ações que são realizadas pormáquinas e o uso de equipamentos que dispõem de capacidadede comunicar-se interativamente entre si.

Segundo Bolzani (2004) podemos utilizar asresidências inteligentes para realizar os deveres repetitivos emecânicos, possibilitando um uso mais apropriado do nossoescasso tempo. Monitorar os filhos enquanto trabalhamos,executar o trabalho doméstico de forma mais prazerosa e emmenos tempo, proteger a residência e utilizar as fontes deenergia de modo inteligente e racional são apenas exemplos depossibilidades que a interligação em redes e os dispositivosinteligentes proporcionam.

Este trabalho aborda uma nova forma de acesso aresidência, por meio de um sistema WEB conectado a circuitoseletrônicos que permitem abrir a porta de uma residênciaindependente do local em que o proprietário esteja, com intuitode facilitar o acesso de qualquer pessoa sem exigir alocomoção de alguém ou a produção de diversas chaves deacesso. Esse acesso pode ser executado com apenas umaligação ou com o envio de uma mensagem via celular ou e-mail. Esse tipo de tarefa pode ser disponibilizado por umasistema WEB que comunica-se com circuitoselétricos/eletrônicos implantados em elementos de umaresidência, como portas, janelas e eletrodomésticos.

Neste artigo são apresentados na seção de trabalhosrelacionados alguns dos trabalhos que possuem uma relaçãocom a automação residencial. O trabalho proposto apresentacomo o trabalho foi construído e a partir de que ideia ele foirealizado. O tópico de materiais e métodos são descritos osmateriais e métodos aplicados no trabalho. O tópico deresultados e discussões, apresenta os resultados obtidos com odesenvolvimento do sistema WEB e da construção do robô. Aconclusão expõe as contribuições dessa metodologia e algumasideias para aprimorar o trabalho em geral.

2 TRABALHOS RELACIONADOS

Ao pesquisar sobre trabalhos relacionados foramidentificados artigos que possuem resultados referentes ao usoextremo de energia. Segundo Paiva, et al., 2013, o altoconsumo pode ser resolvido com o controle automatizado outemporização de lâmpadas. O artigo descreve como é possível

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utilizar o sistema WEB de acordo com o controle de redução deuso extremo da energia.

Osório, et al., 2010, relata que, a redução no consumode recursos, como água e energia elétrica, bem como aprovisão de segurança e conforto aos usuários, proporcionadoscom a utilização de sistemas de ambientes inteligentesintegrados, apresentam-se como atrativos e indispensáveisperante as novas exigências do mercado de consumoresidencial.

A maioria das pessoas buscam: segurança, conforto epraticidade presentes em um espaço, principalmente em suaresidencia. A automação busca satisfazer essas necessidades,além de disponibilizar vários recursos de segurança e conforto,tem com uma das prioridades, a redução de gastos de energia eágua.

3 O TRABALHO PROPOSTO

O presente trabalho apresenta a construção de um sistema WEBque permite o controle e a visualização dos estados decomponentes eletrônicos presentes em uma residência, além depermitir a visualização dos cômodos da residência em tempoon-line, por meio de imagens compartilhadas pelo sistema, queé transmitida por um robô (Figura 1). O robô foi construídocom o intuito de proporcionar ao usuário do sistema maiorsegurança, por visualizar tudo o que acontece, permitindo-ofazer atividades diárias pela residência, mesmo estando fora.

Com o sistema WEB é possível visualizar o estado de cadacomponente elétrico/eletrônico ligado ao sistema, e tambémvisualizar cada cômodo que o robô trafega, até estabelecerfunções desejadas, como por exemplo, executar algumaatividade de limpeza como observar as ações das pessoas,verificando se ela precisa de ajuda. Outro exemplo interessanteé o monitoramento da residência para aumento da segurança.

O sistema WEB é uma tecnologia atual, em que permite, pormeio da arquitetura cliente servidor alta disponibilidade,flexibilidade e acessibilidade para controlar uma residência pormeio dispositivos móveis que possuam acesso à internet.

A ideia surgiu a partir da percepção de simplificar as rotinas deuma residência, obtendo uma certa interatividade entre ousuário (homem) e o servidor (casa).

Então construiu-se uma maquete com alguns LEDs (DiodoEmissor de Luz em inglês) para representação dos cômodos deresidência. Configurou-se um roteador (envio de dados sem anecessidade de fios para um servidor) e as placas Arduino eEthernet Shield, para controlar os circuitos e sensores pelosistema WEB (Figura 2).

Figura 1 – Representação do Robô de Telepresença.

Figura 2 – Representação da maquete.

4 MATERIAIS E MÉTODOS

Esse trabalho foi planejado em algumas etapas com tarefas deconstrução de circuitos envolvendo quatro tipos de sensores edispositivos de acionamento de energia. Para cada circuito foinecessário desenvolver um programa que permite executar umainterface entre os circuitos e um computador. A Figura 3representa a arquitetura e as tecnologias aplicadas neste projetoreferentes ao circuito construído.

A primeira etapa teve como objetivo construir os circuitos dossensores de temperatura, iluminação, umidade e de gás. Essessensores foram definidos como básicos para aumentar asegurança e racionamento de energia. Após a construção dessescircuitos foram desenvolvidos seus respectivos programas paraimplantação em uma placa de prototipagem (Arduino),permitindo capturar dados dos sensores. Todos esses circuitosnecessitaram de componentes eletrônicos e de um roteador paraenvio de dados sem a necessidade de fios para um servidor.

A segunda etapa do projeto foi desenvolver um modelo decomunicação desses sensores com qualquer tipo de dispositivo.Dessa forma, definiu-se criar uma arquitetura cliente-servidorpara possibilitar que qualquer dispositivo móvel ou que possuaacesso à internet possa comunicar-se com o servidor quecontrola os circuitos dos sensores desenvolvidos na primeiraetapa. Nessa etapa foram necessários a configuração de umcomputador com a função de servir dados na WEB. Nessaetapa foi necessário adicionar na placa Arduino uma outraplaca com a função de prover a comunicação de dados via rede.

A conexão desses componentes proporciona um acesso via redepor meio de sockets, permitindo gerenciar os circuitos por meiode qualquer dispositivos conectados na mesma rede.

Este componente integrado à plataforma Arduino otorna capaz de realizar a comunicação com um modem ou umroteador. O Shield Ethernet possui um suporte para cartãomicro-SD para armazenar qualquer tipo de informaçõestrafegada pela rede.

A comunicação socket envia as informações aousuário do sistema web, a cada momento em que o usuário ouo sistema solicita para a placa Arduino uma nova informação, amesma gerencia um circuito específico e disponibiliza os dadosdo sensor requisitado de modo automatizado.

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A terceira e última etapa referente ao circuito dosistema, foi prover a comunicação e o gerenciamento entre umsistema WEB e os circuitos desenvolvidos neste trabalho. Paraessa etapa foram estudas técnicas de comunicação via socketentre a linguagem de programação PHP, usada na sistema WEBcom a linguagem C, usada na programação dos circuitos.

Após feita a parte do circuito que ira fazer arepresentação do trabalho onde foram utilizadas váriastecnologias como plataformas de prototipagem (circuitoseletrônicos), os dispositivos de comunicação sem fio eplataformas de desenvolvimento de softwares foram utilizadospara realizar os experimentos do sistema de gerenciamento deautomação residencial. O desenvolvimento do sistema degerenciamento WEB foi dividido em cinco módulos, sendo eleso sistema de login (1), a agenda de iluminação (2), oscomponentes visuais que gerenciam a temperatura, gás eumidade da residência (3), a comunicação via socket (4) efuncionalidades com dispositivos móveis (5) com os circuitoseletrônicos. O sistema de login permite a restrição de acesso aoprograma por qualquer usuário. A Figura 4 representa aarquitetura e as tecnologias utilizadas na construção do sistemaweb.Após o desenvolvimento do sistema que realiza ogerenciamento dos componentes eletrônicos citados, o mesmofoi implantado em servidor WEB para disponibilizar acesso porqualquer dispositivos móvel. Para a comunicação do sistemaWEB com os componentes eletrônicos utilizou-se acomunicação via socket, que por meio de um roteadorconectado ao dispositivo Ethernet Shield, possibilita ogerenciamento dos sensores implantados na residência.

Figura 3 - Estrutura tecnologias utilizadas na construçãodo circuito do sistema.

Figura 4 - Estrutura e tecnologias utilizadas na construçãodo sistema web.

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Ao longo do trabalho foram realizados testes utilizando aprogramação com socket, para fazer os dispositivos comunicar-se entre si e atender as requisições executadas pelosusuários ao sistema WEB. Esse sistema foi aprimorado eobteve resultados para configurações do cômodo sala,apresentado na Figura 5. Nessa figura é possível ver oscomponentes visuais que gerenciam a iluminação, temperaturae umidade. A página do sistema também permite executaragendamentos, controlar o brilho/valor da iluminação (0 à 5) everificar se a iluminação está ativada. Ao iniciar um novoplanejamento é apresentado uma nova página para configurar oagendamento da iluminação. Nessa página WEB oadministrador pode agendar a iluminação para determinadadata e horário, e também é possível escolher o valor docontrole do brilho. Na figura 6 pode ser visto o sistema deplanejamento.

Figura 5 - Sistema WEB (Página do controle do brilho e configurações do cômodo sala).

Figura 6 - Sistema WEB (Página de planejamento paraacionamento da iluminação, cômodo sala).

Foram desenvolvidas funcionalidades de um programaque integrado a um sistema WEB promove um controle àdispositivos sem fio, permitindo também a visualização devalores dos sensores. O circuito está representado em umaplaca de madeira, posicionados referente a uma plantaresidencial desenhada na superfície, os sensores foramcolocados nos cômodos referentes ao do sistema web, cadacômodo proporciona os valores sensoriais de temperatura,umidade, gás, luminosidade, e permite com que sejamcontrolados a ventilação, luminosidade, portas e janelas. Osistema de alarme também é ativado pelo sistema WEB, equando identifica alguma movimentação o sistema énotificado.

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Figura 7: Circuito do sistema.

O circuito (Figura 7) esta representado em uma placade madeira, posicionados referênte a uma planta residêncialdesenhada na superficie, os sensores foram colocados noscomodos referentes ao do sistema web. Cada comodoproporciona os valores sensoriais de temperatura, umidade,gas, luminosidade, e permite com que sejam controlados aventilação, luminosidade, portas e janelas. O sistema de alarmetambém é ativado pelo sistema web, e quando identificaalguma movimentação o sistema é notificado.

6 CONCLUSÕES

Ao final do trabalho obteve-se êxito no controle total daresidência e do sistema WEB. Foram realizados vários testes eimplementações no controle para administração da maquete(representação da residência).

Durante o desenvolvimento do trabalho, foi possível concluirque a automatização de residências é uma tendência e que trazcomodidade, praticidade e facilita a vida do usuário, além deprover um baixo custo por reduzir gastos de energias. Portanto,pode-se obter melhores resultados em futuros trabalhosaprimorando o sistema WEB e oferecendo mais recursos aousuário. Uma contribuição interessante é o uso do robôvigilante que compartilha as imagens da residência em tempoon-line, permitindo o monitoramento e até um tipo decomunicação com as pessoas da residência.

É importante ressaltar que todos os experimentos foramexecutados em uma maquete com intuito de diminuir os custose aplicar diferentes comandos sem riscos de segurança. Porém,esses experimentos podem ser aplicados em escala maior, poisa programação e o circuito estão disponíveis para uso.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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DIAS, C. L. A. Domótica: aplicabilidade às edificaçõesresidenciais. Dissertação de Mestrado, UniversidadeFluminense. Rio de Janeiro/RJ. 2004.

OLIVEIRA, D. V; PETREK, F. J. Sistema de automaçãoresidencial controlado via web.Curitiba 2014.

OSÓRIO, Arnóbio de Souza; DANTAS FILHO, Jussiê;SANTOS, Maisa Câmara; PIMENTEL, Victor Costade Andrade. AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL. Curso deEngenharia Elétrica, Universidade Federal do RioGrande do Norte Centro de Tecnologia Departamentode Engenharia Elétrica, Natal, 2010.

ROBERTA, B. S. Sistema de automação residencial de baixocusto para redes sem fio.Universidade Federal Do RioGrande Do Sul Instituto De Informática. Porto Alegre,julho de 2014.

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