Automacao residencial, a casa inteligente

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Artigo Cientifico relaciona ao Trabalho de Conclusão de Curos pela Universidade Paranaense, o tema trata de automação residencial

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  • 1. AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL, A CASA INTELIGENTE. Douglas Bento Scriptore, Wyllian Fressatti Sistemas de Informação – Universidade Paranaense(UNIPAR) – Campus Paranavaí Paranavaí– PR – Brasil douglasscriptore@live.com, wyllian@unipar.br Resumo. Nos dias atuais o conforto é visto como uma palavra essencial em nosso cotidiano e a tecnologia vem suprindo essa necessidade.Com a automação houve um grande desenvolvimento na linha da produção industrial, no gerenciamento de um escritório de trabalho e na manutenção de um prédio. Agora é a vez de nossas residências. Este artigo traz uma alternativa para se iniciar um projeto de automação residencial utilizando um sistema web, visando o baixo custo, explorando componentes OpenSource e a comunicação entre dois componentes com linguagens de programação distintas utilizando a network socket. Concluindo que é possível realizar uma automação utilizando a sugestão usada neste artigo, reduzindo custos de projeto.1. IntroduçãoA automação tem se mostrado eficiente no auxilio de algumas atividades em empresas,comércios e residências. Nesse contexto pode-se afirmar que automação como um todoé baseada em três princípios: conforto, economia e segurança. O conforto pode seralcançado através de um gerenciamento preciso das informações. A economia fica a parde gerenciar os gastos. A segurança pode ser alcançada pelo monitoramento de todos oscircuitos envolvidos em um sistema. A variedade de elementos que podem ser inseridas em uma residência é enorme.Existe hoje no mercado sensores que detectam, desde, a presença de pessoas atéradiação nuclear. Os componentes OpenSources, são uma excelente alternativa para sedesenvolver um projeto de automação visando o baixo custo como o arduino(Sessão3.1), que foi desenvolvido para ser adaptado as necessidades do desenvolvedorpossuindo Shields (Sessão 3.1) para ampliar as possibilidades que podem ser atingidas. Ao se tratar de um sistema web que utiliza o contexto cliente-servidor, énecessário ter um computador que possua o software de interação com o usuário paraque haja a possibilidade de enviar dados ao controlador e receber um resultado, dadafaçanha é obtida pela utilização do chamado internet socket(Sessão 3.3). Pensando emredução de custo pode ser utilizado o Raspberry PI (Sessão 3.2).2. AutomaçãoHistoricamente o conceito de Automação surgiu por volta de 3500 a 3200 a.C., com ainvenção da roda, tendo por finalidade melhorar, facilitar e agilizar o desempenho ematividades cotidianas. O objetivo deste termo segue sempre uma mesma linha de
  • 2. princípios, sendo: substituir o trabalho braçal por outros meios “mais inteligentes”,liberando o tempo gasto para outras atividades, de intelecto, das artes e do lazer(Silveira e & Santos, 1998). Porém, a definição desta palavra sofreu algumas alterações no decorrer dos anos,os softwares e hardwares evoluíram, tornando mais sofisticados, mais confiáveis, commaior capacidade de processamento. Com o surgimento da internet uma nova cultura foi criada, obrigando ossistemas já existentes evoluírem para um patamar mais elevado, onde a informaçãodigitalizada esteja ao alcance de seu proprietário, a qualquer momento em qualquerlugar. Desta forma a chamada Automação Residencial ganhou força ao decorrer dosanos pelos motivos supracitados. Entretanto ao redor da palavra tecnologia existe certomisticismo onde muitos usuários ainda creem que dispositivos assim tornam seucotidiano mais frustrante (Intille, 2002). Segundo a Associação Brasileira de Automação Residencial (Aureside)responsável por congregar fabricantes e profissionais do setor, nos últimos três anos omercado de automação residencial brasileiro cresceu em média trinta e cinco por centoao ano em número de projetos. Ao se tratar acessibilidade na automatização de residências, entende-se que como envolvimento da tecnologia no cotidiano, funções básicas como apagar uma lâmpadaou abrir uma porta se tornaria muito fácil para deficientes físicos.3. Como se alcançar a automaçãoDe fato existem hoje inúmeros métodos, ferramentas e hardwares no mercado quepossibilitam alcançar a automação, porém métodos já existentes possuem alto custo dedesenvolvimento e implementação, sendo o principal ponto que repreende o deslanchedesta tecnologia. Para suprir este empasse, pode ser adotado formas mais viáveis para obter umaautomação utilizando componentes OpenSource1, como o arduino.3.1. ArduinoPor trás de todo um sistema automatizado existem circuitos lógicos programáveis (CLP)que recebem uma informação devolvendo esta processada, consequentementeexecutando uma rotina. Pensando nisto, pode ser utilizado o Arduino, um CLPOpenSource1 de baixo custo com um sistema integrado de desenvolvimento, quepossibilita a escrita de linhas de comando na placa (Arduino, 2012). O conceito do Arduino é o mesmo de uma brincadeira de lego, possibilitando oencaixe de novas peças chamadas de Shields2 e assim ampliando as possibilidades,1 Open-Source – Software ou hadware que tem sua licença livre, possuindo seu código aberto paramelhorias e adaptações.2 Shields – Placa de circuito impresso normalmente fixadas no topo do aparelho, em nossa língua asShields passam a ter o nome de escudo
  • 3. tornando essa placa muito atrativa, pois assim é possível anexar novas funcionalidadescom a sua necessidade, desta forma, não precisando adquirir um super hardware quedesperdice recursos. A Figura 1 mostra como esse hardware é robusto, simples, e de fácil utilização,no exemplo foi utilizado o Arduino versão Uno, para realizar as funções lógicas e oEthernet Shield, para dar a possibilidade de interação da placa através da internet porintermédio de um dispositivo móvel. Figura 1 - Shield conectado ao Arduino (Arduino,2012) Hoje existem mais de 210 Shields submetidos para avaliação na empresa quedesenvolve o Arduino, no qual apenas 175 estão habilitadas para compra (Oxer, J,2012). O Arduino Uno (versão descrita neste projeto) utiliza um microprocessadorbaseado na tecnologia ATmega possuindo 14 pinos digitais de I/O(entrada e saída) e 6pinos analógicos I/O, seu processamento é por conta de um Crystal oscilador de 16Mhz,memória flash de 32kb , SRAM de 2kb e EEPROM de 1kg (Arduino, 2012). A escrita de linhas de códigos na placa é por conta de uma porta serial. Esta linguagem é denominada de Arduino muito parecida com o C++, onde são utilizados dois métodos principais o setup () e loop (). A primeira define variável, modos de pinos etc. A segunda faz exatamente o que seu nome sugere, percorre o loop consecutivamente identificando novos eventos enviados ao sistema.3.2 Raspberry piCom a possibilidade de acessar o dispositivo por uma interface web, surge apossibilidade de construir um sistema para facilitar a interação do usuário comhardware, porém é necessário ter um servidor para executar o software e possibilitar aconexão do mesmo com um roteador wireless, elevando os custos do projeto, já que, umservidor não possuiu custos atrativos para a aplicação em questão, podendo ser utilizadouma solução inovadora e viável tanto em aspectos de processamento quanto custos. O Microcomputador Raspberry PI é um computador de placa única desenvolvidapela fundação Raspberry PI. O objetivo principal da fundação é a utilização deste para ouso de estudantes em escolas carentes, porém surgiram n variáveis que podemaproveitar os benefícios oferecidos à um custo inicial de apenas vinte e cinco dólares.Este possui um processador de 700Mhz, uma GPU adequada para a aplicação
  • 4. demonstrada neste artigo e uma memória RAM de 256 megabytes dando suporte parasistema operacional Linux diminuindo o custo do projeto (Raspberry, 2012).3.3 ComunicaçãoA web tem sido construída no paradigma solicitação/resposta de HTTP, em que ousuário acessa uma página web, em seguida, nada acontece ao menos se ele clique paraatualizar a página (Ubl M, Kitamura E. 2010). Pensando em sistema Web de automação,isso se tornaria desagradável e geraria certa confusão, pois, imagine dois usuáriosutilizando o mesmo sistema simultaneamente, e ambos ativassem o sistema desegurança, o mesmo seria ativado e desativado. Para solucionar este deficiência, na década de 80 uma parceria entre aARPA(Advanced Research Projects Agency) e a Universidade da Califórniadesenvolveram um projeto com a finalidade de oferecer uma implementação Unix dopacote de protocolo TCP/IP3, conhecido hoje como interface socket (Hopson, 1997). Aodecorrer da história essa tecnologia foi desenvolvida e surgiram novos métodos como oAJAX em 2005, Push/Comet e WebSocket. Pensando em uma aplicação Web para automação devemos programar doislados: o cliente, onde fica o sistema com interface amigável; o servidor onde fica nossoCLP com a linguagem arduino. Para enviar comandos do cliente para o servidor énecessário realizar uma conexão socket entre dois códigos no caso Java e Arduino, vistana figura 2. Figura 2 - Lado cliente e servidor Pode-se notar que no lado cliente é criado uma nova conexão socket, fazendouma ligação bidirecional entre o cliente-servidor, assim é criado duas formas decomunicação via Stream no qual o “DataInputStream” recebe uma informação doservidor e o “DataOutputStream” envia uma informação para o servidor. No lado servidor em um pequeno trecho de código é definido o mac,IpAddress(Endereço de IP), gateway e subnet, o vector Luz[] é inicializado por“0000L#” onde os zeros identificam o estado de cada dispositivo, 0 desligado, 1 ligado,e o L# indica que aquela vector de caracteres é do tipo lâmpada. Quando é passado umainformação para o arduino através da aplicação web, ele percorre esse vetor identifica aposição que foi passada a ele, sobrescrevendo o mesmo, ligando ou desligando umalâmpada, quando ligada o conteúdo do vetor que antes era “0000L#” pode passar a ser“0100L#” não sendo necessariamente nesta ordem, pois cada 0/1 indica uma lâmpada.3 TCP/IP – Transmission Control Protocolo ou protocolo de controle de transmissão
  • 5. Na figura 3, nota-se um exemplo na prática de como é enviado uma informaçãopara o controlador. Figura 3 - Código Java Web de envio de informações para o arduino. Na interface onde o usuário executa o evento é invocado um método lâmpada(s)que recebe uma String “s”, verificada por uma condição, ao verificar essa condição éfeita outra verificação que compara o estado do vetor que é enviado para o arduino.4. ConclusãoÉ possível alcançar a automação utilizando novas alternativas já existentes no mercado,como o arduino e o RaspberryPI, nos testes realizados estes dois componentes semostraram eficazes, atendendo as perspectivas. Porém como a automação ainda não éuma ciência consolidada, muito ainda tende a evoluir. As empresas estão desenvolvendointerfaces que facilitam a conexão de seus produtos em um CLP, consequentementefacilitando o desenvolvimento do projeto em uma residência e reduzindo ainda mais oscustos, a Aureside revela que nos próximos cinco anos a automação já estará presente naclasse C da população brasileira.5. ReferênciasArduino Corp. Arduino Uno. 2012. Disponível em:<http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno>. Acessado em 31 de maio de 2012.Aureside. Associação Brasileira de Automação Residencial. 2012. Disponivel em:<http://www.aureside.org.br> acessado em 23 de maio de 2012.Oxer, J. Shield List. 2012. Disponivel em: <http://shieldlist.org>. Acessado em 31 demaior de 2012.Raspberry Corp. Raspeberry PI. 2012. Disponível em<http://www.raspberrypi.org>.Acessado em 28 de agosto de 2012.Silveira, Paulo R. da, Santos, Winderson E. - Automação e Controle Discreto –Editora Érica, São Paulo, 1998Ubl M, Kitamura E. Apresentando WebSocket: Trazendo soquetes para a web. 2010.Disponivel em: <http://www.html5rocks.com/pt/tutorials/websockets/basics/>.Acessado em 28 de maio de 2012.