Automação residencial
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    Automação residencial Automação residencial Document Transcript

    • UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PROJETO DE GRADUAÇÃO AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL DIANE CRISTINA SOUZA SENA VITÓRIA – ES DEZEMBRO/2005
    • DIANE CRISTINA SOUZA SENA AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL Parte manuscrita do Projeto de Graduação da aluna Diane Cristina Souza Sena, apresentado ao Departamento de Engenharia Elétrica do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, para obtenção do grau de Engenheira Eletricista. VITÓRIA – ES DEZEMBRO/2005
    • DIANE CRISTINA SOUZA SENA AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL COMISSÃO EXAMINADORA: ___________________________________ Prof. Dr. Sc. José Leandro Felix Salles Orientador ___________________________________ Profa. Dra. Sc. Jussara Farias Fardin Examinador ___________________________________ Prof. Dr. Sc. José Denti Filho Examinador Vitória - ES, 29 de dezembro de 2005.
    • “A mente que se abre a uma nova idéia nunca mais volta ao tamanho original.” (Albert Einstein) i
    • AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por tudo que tem me proporcionado, aos meus avós e tios pelo carinho, aos meus irmãos pela paciência e estímulo, aos demais familiares e amigos pela força, ao meu marido pelo carinho, pelo apoio e por ter me suportado em vários finais de período com paciência, à minha mãe a quem dedico esta conquista, por sempre ter acreditado nos meus sonhos e ajudado, na medida do possível, a realizá-los e a todos aqueles que mesmo à distância torceram pelo meu sucesso. E em especial agradeço ao professor José Leandro pela paciência, incentivo e por não ter desistido de ser meu orientador nesse projeto. Obrigada a todos! ii
    • DEDICATÓRIA Ao meu marido Glaucio Perin Corti. iii
    • LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Possibilidades em automação residencial ...................................................14 Figura 2 - Tecnologias rede doméstica ........................................................................19 Figura 3 - Topologia da rede domiciliar através da rede elétrica ................................20 Figura 4 -Rede baseada no protocolo EIB ...................................................................25 Figura 5 - Topologia de rede Sistema Smart House ....................................................31 Figura 6 - Exemplo de topologia CEBus. ....................................................................37 Figura 7 - Protocolos do Bluetooth ..............................................................................43 Figura 8 - Aplicações do ZigBee .................................................................................44 Figura 9 - Camadas do ZigBee ....................................................................................45 Figura 10 - Aparelho de ar condicionado tipo janela. .................................................50 Figura 11 - Aparelho de ar condicionado Split............................................................50 Figura 12 - Interfaces para programação de temperatura do equipamento de ar condicionado. ...............................................................................................................51 Figura 13 – Exemplo de instalação para piso aquecido...............................................52 Figura 14 - Exemplo de termostato programável ........................................................53 Figura 15 - Tipos de cabos usados em piso aquecido..................................................53 Ilustração 16 - Controle remoto para controle de iluminação .....................................56 Figura 17 - Exemplo de Sistema de Iluminação ..........................................................56 Ilustração 18 - Exemplo de motorização de cortinas ...................................................57 Figura 19 - Exemplo de aspersor para irrigação de jardins .........................................59 Figura 20 - Sensor de Chuva .......................................................................................60 Figura 21 - Exemplo de tubulação para sistema de aspiração central .........................61 Figura 22 - Exemplo de conexão com a central ..........................................................61 Figura 23 - Exemplo de sucção situado na parede. .....................................................62 Figura 24 - Central de Distribuição de Aúdio .............................................................63 Figura 25 - Controle de Aúdio e Equipamentos por ambiente ....................................64 Figura 26 - Exemplo de caixas acústicas internas e externas ......................................64 Figura 27 - Localização dos equipamentos numa sala de Home Theater ...................66 Figura 28 - Exemplo de painel de controle do sistema de alarme ...............................68 iv
    • Figura 29 - Exemplo de teclado do sistema de alarme ................................................68 Figura 30 - Exemplo de sensor de infravermelho do sistema e alarme .......................69 Figura 31 - Exemplo de sensor magnético do sistema de alarme ................................69 Figura 32 - Exemplo do botão de pânico do sistema de alarme ..................................70 Figura 33 - Exemplo da tela do monitor no sistema Quad. .........................................71 Figura 34 – Exemplo de Fechadura biométrica por impressão digital. .......................76 Figura 35 - Esquema demonstrativo do cabeamento estruturado ................................77 Figura 36 - Método de instalação do módulo IHC ......................................................86 Figura 37 - Quadro de distribuição localizado numa sala técnica ...............................90 v
    • LISTA DE TABELA Tabela 1- Principais receptores do Sistema X10 .........................................................21 Tabela 2 - Principais atuadores do Sistema X10 .........................................................21 Tabela 3 - Outros dispositivos do Sistema X10...........................................................22 Tabela 4 - Características dos módulos LonWorks mais usados.................................29 Tabela 5 - Tipos de meios físicos EHS ........................................................................34 Tabela 6 -Caracteristicas das camadas MAC e PHY...................................................45 Tabela 7 - Diferenças entr Blutooth e ZigBee .............................................................46 Tabela 8 - Comparação entre os sistemas domóticos ..................................................47 Tabela 9 - Origem das Tecnologias da Automação Residencial .................................48 Tabela 10 - Módulos do IHC .......................................................................................86 Tabela 11 - Módulos Instabus......................................................................................88 vi
    • SIMBOLOGIA vii
    • GLOSSÁRIO Home-teather: Referem-se ao sistema de áudio e vídeo de última geração [1]. Home-office: Escritório domiciliar [1]. Retrofitting: Denomina, basicamente, a adaptação de uma residência já construída para receber qualquer sistema eletrônico [1]. Interoperacional, Interoperabilidade: É a habilidade de troca de dados entre equipamentos de diversos fabricantes [1]. Domótica: Originou-se do latim domus que significa casa. É a ciência moderna de engenharia das instalações em sistemas prediais [1]. “Plug and Play”: Termo usado pela maioria dos autores de protocolos de sistemas de rede para automação residencial que significa compatibilidade entre os produtos utilizados. WAP: Interface para celulares que permite o acesso a sites formatados em wml. SMS: Formato de envio de mensagens curtas para celulares. ACKs: Pacotes de informação gerados pelo receptor no sentido de informar sobre o status dos pacotes que vão chegando, chamam-se acknowledgments.. viii
    • SUMÁRIO AGRADECIMENTOS .............................................................................................. II DEDICATÓRIA........................................................................................................ III LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... IV LISTA DE TABELA ................................................................................................ VI SIMBOLOGIA .........................................................................................................VII GLOSSÁRIO .......................................................................................................... VIII RESUMO ..................................................................................................................XII 1 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL ..................................................................13 1.1 Introdução .........................................................................................................13 1.2 Histórico da Automação Residencial ................................................................14 1.3 Características ...................................................................................................16 2 REDES DOMICILIARES .............................................................................19 2.1 Introdução .........................................................................................................19 2.2 Principais Sistemas ...........................................................................................20 2.2.1 Sistema X10 ............................................................................................20 2.2.2 Sistema EIB .............................................................................................24 2.2.3 Sistema LonWorks ..................................................................................27 2.2.4 Sistema Smart House...............................................................................30 2.2.5 Sistema EHS ............................................................................................32 2.2.6 Sistema CEBus ........................................................................................35 2.2.7 Sistema Batibus .......................................................................................37 2.2.8 Sistema Konnex .......................................................................................38 2.2.9 Bluetooth .................................................................................................41 2.2.10 ZigBee ...................................................................................................44 2.3 Conclusão ..........................................................................................................47 3 SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL DISPONÍVEIS NO MERCADO BRASILEIRO ......................................................................................49 3.1 Introdução .........................................................................................................49 3.2 Sistema HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar condicionado) ......................50 ix
    • 3.2.1 Ar Condicionado .....................................................................................50 3.2.2 Piso Aquecido..........................................................................................51 3.3 Controle de dispositivos elétricos .....................................................................54 3.3.1 Iluminação ...............................................................................................54 3.3.2 Cortinas, Persianas e Toldos ...................................................................57 3.3.3 Irrigação de Jardins .................................................................................58 3.3.4 Aspiração Central ....................................................................................60 3.4 Entretenimento (Áudio, Vídeo, Multimídia) ....................................................62 3.4.1 Som ambiente ..........................................................................................62 3.4.2 Home - Theater ........................................................................................65 3.5 Segurança ..........................................................................................................67 3.5.1 Sistema de Alarmes .................................................................................67 3.5.2 CFTV (Circuito fechado de TV) .............................................................70 3.5.2.1 CFTV Analógico ........................................................................71 3.5.2.2 Sistema Digital ...........................................................................73 3.5.3 Biometria .................................................................................................74 3.6 Informática e Comunicação ..............................................................................77 3.6.1 Cabeamento Estruturado .........................................................................77 3.6.1.1 Componentes do sistema de cabeamento estruturado. ...............77 3.6.1.2 Tipo de Cabeamento...................................................................79 3.6.1.3 Tipos de conectores ....................................................................82 3.6.1.4 Vantagens do cabeamento estruturado. ......................................83 3.7 Gerenciamento à distância. ...............................................................................83 3.8 Centrais de controle ..........................................................................................84 3.8.1 Central de controle IHC ..........................................................................84 3.8.2 Instabus EIB ............................................................................................86 4 O PROJETO ...................................................................................................89 4.1 Projetando um sistema de automação residencial.............................................89 4.2 Projeto Exemplo................................................................................................92 4.2.1 Automação Utilizada ...............................................................................92 x
    • 4.2.1.1 Pavimento Superior ....................................................................92 4.2.1.2 Térreo .........................................................................................93 4.2.1.3 Subsolo .......................................................................................94 5 CONCLUSÃO ................................................................................................95 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................97 APÊNDICE A .............................................................................................................99 APÊNDICE B ...........................................................................................................106 xi
    • RESUMO Nos últimos anos, a civilização moderna tem presenciado mudanças significativas em todos os aspectos da vida humana. Primeiramente foi a automação industrial ligada ao controle e à supervisão das linhas de produção, depois a de edifícios comercial mais voltada às áreas patrimonial e institucional. Chegamos agora à automação residencial, um mercado emergente que já é realidade em todo o Brasil com soluções interessantes e diferenciadas voltadas aos serviços para o usuário. O objetivo desse trabalho é discutir as possibilidades de aplicação dos sistemas de automação residencial disponíveis no mercado, fazer a apresentação de alguns equipamentos existentes e suas aplicações e propor um projeto exemplo de infra-estrutura básica para a automação de uma residência. xii
    • 13 1 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL 1.1 Introdução Imagine que ao se chegar a casa, a banheira de hidromassagem já esteja ligada e cheia, com a água na temperatura preferida. Agora, suponha que, após o banho, a refeição escolhida mais cedo já esteja quente, dentro do microondas, que desligará exatamente no momento em que se sair do banho. Após o jantar, pode-se deitar e assistir um filme, podendo contar com o cenário perfeito, apenas ao toque de um botão: as cortinas automaticamente se fecham, o ar-condicionado é ligado, as luzes mais fortes do ambiente são desligadas e as mais fracas são acesas, enquanto o telão desce de um compartimento no teto e para, exatamente no ponto ideal previamente determinado, onde o morador só terá que inserir o filme no equipamento e aproveitar a história. É um equívoco pensar que tudo isso é pura ficção. Algumas dessas tecnologias de automação já estão ao alcance dos usuários residenciais. Trata-se de novas tecnologias que procuram oferecer conforto, praticidade, produtividade, economia, eficiência e rentabilidade, com valorização da imagem do empreendimento e de seus usuários. Com a automação residencial o que se objetiva é a integração de tecnologias de acesso à informação e entretenimento, com otimização dos negócios, da Internet, da segurança, além de total integração da rede de dados, voz, imagem e multimídia. Isso é obtido através de um projeto único que envolve infra-estrutura, dispositivos e software de controle cuja meta é garantir ao usuário a possibilidade de controle e de acesso à sua residência à distância, dentro ou fora da mesma. O papel da automação vai além do aumento da eficiência e qualidade de vida, ele está intimamente ligado ao uso eficaz da energia e dos demais recursos naturais, sendo importante para a economia e o meio ambiente. O mercado está cada vez maior e mais acessível, visto que são inúmeros os sistemas como áudio, vídeo, segurança, telefonia, ar condicionado, persianas, dentre outros que podem ser integrados num projeto [20].
    • 14 A figura 1 ilustra as possibilidades possíveis para automação de uma residência [2]. Figura 1 - Possibilidades em automação residencial 1.2 Histórico da Automação Residencial A automação residencial e predial migrou-se dos conceitos utilizados em automação industrial. Porém, em virtude da diferente realidade entre o uso dos dois tipos de arquiteturas, têm sido criadas tecnologias dedicadas para ambientes onde não se dispõe de espaço para grandes centrais controladoras e pesados sistemas de cabeamento. No entanto, nas residências não são necessárias lógicas complexas e dispositivos que controlam os processos de produção industrial, porém requer diversos tipos de interfaces, vários equipamentos, configurações diferentes de acordo com cada cliente.
    • 15 A década de 70 é considerada um marco importante na história da automação, quando são lançados nos EUA os primeiros módulos inteligentes de automação, os chamados X-10. O protocolo X-10 é uma linguagem de comunicação que permite que produtos compatíveis se comuniquem entre si através da linha elétrica existente. Para isso, não são necessários novos e custosos cabeamentos. No mercado, existe uma gama enorme de produtos X-10, de diversos fabricantes. Pela sua característica básica, o sistema X-10 é recomendado para aplicações autônomas, não integradas. Uma de suas limitações é de operar apenas funções simples tipo liga/desliga e dimerização de luzes. É um sistema de fácil implantação, pois não precisa de intervenção. Em contrapartida, torna-se um sistema instável, visto que a rede elétrica pode ocasionar comportamentos falhos dos componentes seja por duplicidade de fase, falta de energia ou descargas eletromagnéticas. Outro empecilho para sua utilização em larga escala é sua baixa integração com os demais sistemas automatizados que utilizam cabeamentos dedicados (áudio, vídeo, alarmes). Porém, a tecnologia X-10 é apontada como a de maior sucesso comercial. O mercado americano é o maior consumidor desta tecnologia onde já se venderam dezenas de milhões de dispositivos X-10. Sua divulgação e simplicidade técnica fazem com que estes dispositivos tenham um baixo custo sendo facilmente adquiridos em vários locais. Já na década de 80, com o desenvolvimento da informática pessoal (PC) com interfaces amigáveis e operações extremamente fáceis, novas possibilidades de automação surgem no mercado. Porém, o final da década de 90 é o grande responsável pela vasta gama de novidades para o mercado de automação residencial. Algumas conquistas tecnológicas incorporadas ao nosso dia a dia, como o telefone celular e a Internet, despertaram no consumidor o gosto pelas facilidades que representam. No Brasil, ainda em seus primeiros passos, a automação residencial já envolve incorporadores, construtores, arquitetos e projetistas que oferecem várias opções para sistemas integrados em residências.
    • 16 A indústria de construção civil está começando a adequar seus projetos residenciais visando criar uma infra-estrutura para automação residencial. São constatadas consultas cada vez mais freqüentes de incorporadores imobiliários que desejam adotar soluções de tecnologia e sistemas em seus novos empreendimentos como: cabeamento estruturado para dados, voz e imagem, sistemas de segurança, áudio e vídeo, controle de iluminação, cortinas e venezianas automáticas, utilidades (como aspiração central, irrigação, piso aquecido e outras), o que aponta para um crescimento exponencial da oferta de novos imóveis preparados para receber automação. Pois, mais do que tecnologia por si só, a automação residencial, procura atender os aspectos tecnológicos que possam trazer mais conforto, economia e segurança ao usuário. Embora este seja um panorama otimista para o Brasil, é preciso atentar para algumas condições que podem dificultar o ritmo deste esperado crescimento. Entre as principais, estão: • Falta de conhecimento específico dos projetistas: percebe-se um crescente interesse de arquitetos e projetistas pelo tema, no entanto muitos ainda se mostram inaccessível às novidades e nem sempre contribuem positivamente no processo de melhoria dos projetos de infra-estrutura; • Ausência da cultura da automação residencial entre os usuários finais, o que prejudica a percepção dos seus reais benefícios; Para afastar estas incertezas e reforçar os aspectos positivos da automação residencial, empresas brasileiras e profissionais têm se empenhado num trabalho de esclarecimento, divulgação e inovação, trazendo benefícios para este emergente mercado. 1.3 Características Existem hoje no mercado, sistemas que oferecem vários tipos de recursos e cabe ao usuário escolher a programação que atenda melhor às suas necessidades.
    • 17 Agregar e alterar funções aos equipamentos de segurança, de home theater e todos os eletrodomésticos da casa são algumas dessas programações. Todos os dispositivos podem ser acionados pela mesma interface, seja ele um controle remoto, telefone ou voz. Podem também, ativar a programação assim que identificarem o usuário ou receberem ordens pelo telefone simulando alguém em casa, acendendo uma luz ou abrindo as persianas. O equipamento de segurança pode emitir avisos sonoros e visuais ou discar os números dos serviços de emergência quando detectar algum intruso ou qualquer outro tipo de perigo. As características fundamentais que devemos encontrar num sistema inteligente são: • Capacidade para integrar todos os sistemas – os sistemas interligados por meio da rede doméstica devem possibilitar o monitoramento e o controle externos, bem como atualização remota de software e detecção de falhas. • Atuação em condições variadas – o sistema deve ser capaz de operar em condições adversas (clima, vibrações, falta de energia) e prover múltiplas interfaces para os diferentes usuários, segundo o entendimento tecnológico, idade, etc., bem como auxiliar portadores de deficiência. • Memória – o sistema deve ser capaz de memorizar suas funções principais mesmo em regime de falta de energia, deve possibilitar a criação de um histórico das últimas funções realizadas e prover meios de checagem e auditoria destas funções. • Noção temporal – o sistema deve ter a noção de tempo, bem como dia e noite e estações climáticas a fim de possibilitar a execução de processos e atividades baseadas nestes aspectos. • Fácil relação com o usuário – o sistema deve prover interfaces de fácil acesso e usabilidade, pois os usuários detêm diferentes níveis de instrução e entendimento sobre novas tecnologias.
    • 18 • Facilidade de reprogramação – o sistema deve permitir a fácil reprogramação dos equipamentos e prover ajustes pré-gravados em casos de falha ou mau funcionamento. • Capacidade de autocorreção – o sistema deve ter a capacidade de identificar uma seleção de problemas e sugerir soluções. Um ambiente inteligente é aquele que aperfeiçoa certas funções inerentes à operação e administração de uma residência ou edifício. Estabelecendo uma analogia com um organismo vivo, a residência moderna parecerá ter vida própria, com cérebro e sentidos [1].
    • 19 2 REDES DOMICILIARES 2.1 Introdução Assiste-se hoje uma grande oferta de produtos de diferentes tecnologias que se propõem a fornecer recursos de rede dentro dos nossos lares e também o compartilhamento do acesso a Internet a alta velocidade. Uma rede domiciliar é um sistema de comunicação que visa à interconexão de dispositivos encontrados em residências, normalmente restritos a uma distância de 300 metros, e que tem como objetivo a comunicação, o conforto, a economia de energia, a segurança, a assistência e o lazer [14]. Cabe, agora, o usuário juntamente com o responsável pela automação, este denominado integrador de sistema, avaliar quais sistemas irá implantar, levando em conta a situação financeira do proprietário e quais tipos de protocolos melhor atenderá às expectativas de projeto. Na Figura 2 são mostrados as principais tecnologias encontradas para redes domésticas. Tecnologias Rede Doméstica Inteconexão de dispositivos Redes de controle e automação Redes de dados LAN FireWire, Bluetooth, USB, IrDa Konnes, LonWorks, X10, EIB, Ethernet, HomePlug, HomePNA, WiFi EHS, Batibus, ZigBee Figura 2 - Tecnologias rede doméstica No próximo item, é feita uma breve análise da maioria dessas tecnologias.
    • 20 2.2 Principais Sistemas 2.2.1 Sistema X10 A linha de automação doméstica criada pela companhia X-10 baseia-se em dois componentes básicos: transmissores e receptores. A comunicação entre estes dispositivos é feita pela rede elétrica (powerline). Os módulos receptores são simples adaptadores que se ligam entre o dispositivo a controlar (por exemplo, um aparelho eletrodoméstico ou uma lâmpada) e a rede elétrica. A figura 3 ilustra a topologia da rede domiciliar através da rede elétrica [3]. Figura 3 - Topologia da rede domiciliar através da rede elétrica Existem duas classes básicas de módulos receptores: os módulos de lâmpadas e os módulos de aplicativos. Os primeiros permitem ligar ou desligar e efetuar a diminuição ou aumento do nível de intensidade luminosa das lâmpadas incandescentes. Os segundos usam um relé para ligar ou desligar qualquer aplicativo que a eles se encontre conectado, pelo qual permitem controlar motores, lâmpadas fluorescentes, etc. A tabela 1 ilustra os principais receptores.
    • 21 RECEPTOR AÇÃO APLICAÇÕES Módulo de Equipamento ON/OFF Equipamentos Elétricos de som, TV Módulo de Lâmpadas ON/OFF/DIM Lâmpadas Interruptor de Parede ON/OFF/DIM Luzes Residenciais Tomadas de Corrente Elétrica ON/OFF/DIM Controle Total Módulo Universal OPEN/CLOSE Controle dos sistemas aspersões, portões de garagem. Módulo de Campainha SOM Sinal Recebido Módulo de Sirene SOM Alarme de Segurança Tabela 1- Principais receptores do Sistema X10 Os atuadores são os dispositivos que permitem controlar os equipamentos que se encontram conectados aos receptores instalados. A maioria dos atuadores apresenta botões para envio de comando aos dispositivos, podendo este ser feito de forma manual, automática e programada, desde que introduzido no sistema cronômetros e sensores. Pode-se ainda ter um controle central inteligente, gerenciado por um software, permitindo o agendamento e a programação de eventos sucessivos de ativação [5]. A tabela 2 mostra uma relação dos atuadores mais comuns: ATUADOR AÇÃO APLICAÇÕES Atuador de Mínimo/Máximo ON/OFF/DIM Controle de luzes e dispositivos fixos Mini Cronômetro Modo manual e cronômetro ON/OFF/DIM Horários e tempos para luzes e dispositivos de segurança Comando sem fio ON/OFF/DIM Envio de sinais de rádio a receptores, para ativação de dispositivos Interruptor de Parede sem fio ON/OFF/DIM Resposta Telefônica ON/OFF Controle de dispositivos X10 Atuadores de ordenação Eventos programáveis Programa de eventos sucessivos Envia sinais de rádio a receptores que ativarão dispositivos de rede X10 Tabela 2 - Principais atuadores do Sistema X10 Alguns outros dispositivos permitem uma automação mais integrada agregando controle de presença, monitoramento e sensibilidade à luz. E ainda permitem o comando remoto das funções de controle através de dispositivos de luz infravermelha. A tabela 3 detalha alguns desses dispositivos:
    • 22 DISPOSITIVO AÇÃO APLICAÇÕES Sensores de Luminosidade ON/OFF Abertura de janelas à entrada de Sol Sensores de movimento ON/OFF Acionamento de Lâmpada devido movimento dentro e fora da residência Termostatos ON/OFF Controle de equipamentos de HVAC Sensores de Janelas Aberto/Fechado Acionamento de alarme devido invasão Painel de segurança Alarme e chamada Acionamento de luzes e realização de chamadas aos serviços de segurança Comando Remoto Programação Controle similar aos controles remotos de TV e vídeos Emissão de infravermelho Sinais de infravermelho Controle de equipamentos domésticos Tabela 3 - Outros dispositivos do Sistema X10 A tecnologia X10 transmite dados binários através da corrente elétrica usando um pulso de sinal na freqüência de 60 Hz AC, quando o sinal cruza o ponto "zero" da curva de freqüência. Para reduzir erros, são usados dois "cruzamentos" no zero para transmitir ou zero ou um. O um binário é representado por um pulso de 120 kHz no primeiro cruzamento e uma ausência de pulso no segundo; um zero binário é representado por uma ausência de pulso no primeiro e um pulso de 120 kHz no segundo. Uma mensagem básica em X-10 usa 13 bits. Os primeiros 4 bits são um código de entrada, os 4 seguintes um código de ambiente, os 4 seguintes um código de função ou unidade e o último bit representa a função. Este último bit indica se os 4 anteriores devem ser interpretados como função ou como unidade. Para acionar um equipamento X-10 serão necessários dois conjuntos de 13 bits, um para transmitir o endereço e outro para transmitir o comando em si. Todo comando é transmitido duas vezes, no entanto os receptores X-10 só precisam receber uma vez para operar. A duplicação de comando ajuda a assegurar que o comando foi recebido mesmo com a presença de ruído na transmissão. Pela sua característica básica, a de operar pela linha elétrica existente, o sistema X-10 é recomendado para aplicações autônomas, não integradas. Uma de suas limitações é de operar apenas funções simples tipo liga ou desliga e dimerização de luzes. A rede elétrica, por sua vez, pode ocasionar alguns comportamentos imprevisíveis dos componentes, seja por duplicidade de fase, falta de energia ou descargas eletromagnéticas.
    • 23 Por se tratar de produtos relativamente baratos e de fácil aplicação, somos tentados a utilizar o X-10 em variadas aplicações pela casa toda, tais como liga ou desliga de luzes remotas e acionamento de eletrodomésticos e portas à distância. No entanto, como sua confiabilidade é limitada, não se recomenda seu uso em aplicações críticas (ligadas à segurança doméstica, por exemplo) já que o estabelecimento de sistemas de monitoramento para avaliar o comportamento de um equipamento X-10 acrescenta complexidade e custos elevados ao sistema. Outro empecilho para sua utilização em larga escala é sua baixa integração com os demais sistemas automatizados que utilizam cabeamentos dedicados (áudio, vídeo, alarmes, por exemplo). Isto limita seu uso, pois poderia acrescentar dificuldade de manuseio para o usuário, que se veria às voltas com interfaces diferentes para cada sistema de automação. Outros problemas técnicos que podem vir a ocorrer com esse sistema são: • Ruído: em uma rede elétrica, sem blindagem, são inúmeras as fontes de ruídos, podem ser ruídos injetados pelos próprios eletrodomésticos ou ruídos de freqüência. • Distância entre os pontos de acesso: quanto mais longe os pontos, maior a atenuação do sinal e a incidência de ruído. • Descontinuidade de impedância: ao longo da rede, mesmo se as tomadas estão sendo utilizadas ou não, criam-se pontos de reflexões de sinal e interferência espectral. • Carga: todos os eletrodomésticos conectados nas tomadas, mesmo que desligados, constituem uma carga resistiva e reativa dissipando a energia transmitida em alta freqüência. • Alta freqüência: geralmente, quanto maior a freqüência, maior a atenuação do sinal em meios físicos. Concluindo, diríamos que o X10 pode ser uma boa solução nos casos de residências já construídas, onde se quer evitar transtornos com reformas custosas, e deve ser dirigido para aplicações não integradas e não críticas. Levando-se em conta
    • 24 estas restrições, pode-se obter excelente relação custo/benefício, além de sua facilidade de instalação e operação. 2.2.2 Sistema EIB O sistema EIB (European Installation Bus) é um sistema aberto e de alta confiabilidade, desenvolvido pela EIBA (European Installation Bus Association). Trata-se de um sistema operacional distribuído, baseado no modelo de referência OSI (Open Systems Interconnection), para controle de redes, otimizado para o controle de casas e edifícios. As novas exigências e o aumento do uso de sistemas de comando e de vigilância nos edifícios e habitações modernos podem ser considerados um dos principais responsáveis pelo surgimento do Sistema EIB. A evolução dos equipamentos produziu uma maior complexidade e morosidade nas instalações dos dispositivos, bem como um aumento dos riscos (em particular de incêndios) e dos custos de instalação. Então foram precisamente o aumento excessivo de cabos e dos condutores utilizados nas instalações dos equipamentos que motivou a procura de um tipo de instalação simples, mais racional e flexível, que permitisse maior descentralização das diferentes funções. A tecnologia EIB é uma resposta a essa necessidade e baseia-se numa única linha de comando de expansão radial que possibilita não apenas a transmissão de todas as funções sem qualquer restrição, mas também a redução do número de cabos, dos riscos de incêndio, sem aumentar os custos de instalação. O sistema EIB é um sistema distribuído ponto a ponto (cada dispositivo comunica diretamente com os restantes, o que se traduz por uma resposta mais rápida), que pode conter até 65536 dispositivos. Além disso, a técnica de barramento (bus) é apropriada para qualquer tipo de edifícios (sejam eles, por exemplo, residências, escritórios, hotéis ou escolas). A figura 4 mostra a configuração de uma rede baseada no protocolo EIB.
    • 25 Figura 4 -Rede baseada no protocolo EIB Apesar de no início se usar unicamente um cabo do tipo telefônico como suporte físico das comunicações, hoje se anseia que no nível MAC (Medium Access Control) do OSI o EIB possa funcionar sobre os seguintes meios físicos: • EIB.TP: Sobre o par de condutores a 9600 bps. Usa o protocolo de comunicação CSMA-CA (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance) onde são evitadas as colisões, maximizando a largura de banda disponível. Foi o primeiro meio de comunicação a ser disponibilizado. • EIB.PL: Transmite o sinal por correntes Portadoras comunicando a 1200/2400 bps sobre os 230V/50Hz. Usa a modulação SFSK (Spread Frequency Shift Keying), semelhante à FSK (Frequency Shift Keying) , mas com maior separação entre as portadoras. A distância máxima sem repetidor é de 600 metros. • EIB.net: Utiliza a rede Ethernet a 10 Mbps (IEC 802-2). É usado como linha tronco entre linhas e/ou áreas do EIB, permitindo a transferência de telegramas EIB através do protocolo IP entre instalações muito afastadas. Anteriormente este problema era resolvido utilizando modems EIB e a rede telefônica comutada.
    • 26 • EIB.RF: Transmite o sinal por radiofreqüência, conseguindo-se distâncias até 300 metros em campo aberto. Para maiores distâncias podem ser usados repetidores. Também pode ser usado no interior das casas ou dos edifícios. • EIB.IR: Transmite o sinal por infravermelho, até uma distância máxima de aproximadamente 12 metros. Ideal para o uso com comandos à distância em salas ou salões onde se pretende controlar os dispositivos EIB instalados se o número destes ou as distâncias a cobrir estão dentro do limite indicado. • EIB.MMS: permite adicionar serviços multimídia dedicados. O sistema é controlado por eventos. A sua espinha dorsal percorre todo o edifício ou habitação. Os sensores e atuadores ligam-se à linha de bus. Uma vez ligados, todos os dispositivos, podem trocar informação que é transmitida em série, de acordo com certas regras (protocolo de bus). Para isso é necessário que a informação obtida pelos sensores seja armazenada em pacotes. São estes pacotes que serão enviados, através do bus, a um ou mais atuadores. Por exemplo, um sensor de luz pode não estar somente programado para comunicar com certas lâmpadas, mas também para comunicar com as persianas das janelas, enviando-lhes mensagens para abrirem ou fecharem, de acordo com a luz do dia [4]. Para que tudo isto funcione, os sensores e atuadores possuem um endereço físico. Deve-se então proceder a uma programação das configurações para decidir quais sensores comunicam com quais atuadores. Isto permite a criação de uma única função ou uma comunicação em grupo (criação de uma cena). Uma das vantagens do sistema bus é que qualquer dispositivo é capaz de se comunicar com outro pela rede elétrica sem a necessidade de se instalar um novo cabeamento. E, muitos não necessitam de um controlador central, o que o torna simples e escalável para qualquer ambiente de automação residencial. São ideais para retrofitting, pois não requerem cabeamento adicional nem mão de obra especializada em redes e cabeamento estruturado.
    • 27 2.2.3 Sistema LonWorks LonWorks, ou simplesmente LON (Local Operating Network), é uma tecnologia produzida pela Echelon Corporation e introduzida no início dos anos 90. Trata-se de uma tecnologia que tem como principais objetivos a criação e a implementação de redes de controle interoperacionais, habilitando as ferramentas necessárias à construção de nós inteligentes, subsistemas e sistemas, bem como a sua instalação e manutenção. Trata-se de uma tecnologia e não de um produto final, uma vez que é exclusivamente vendida para a indústria e não aos utilizadores finais, sendo uma solução completa para redes de controle distribuído. A alta confiabilidade demonstrada, assim como a possibilidade da sua ligação à Internet, aliadas à facilidade de obtenção de todo o material hardware e software necessário ao suporte do seu desenvolvimento, instalação e gestão, levaram a que a tecnologia LonWorks fosse rapidamente aceita no mercado da automação doméstica. Todo o sistema LonWorks é controlado pelo grupo LonMark Interoperability Association, o qual garante a compatibilidade de todos os produtos utilizados ("Plug and Play"), ainda que provenientes de diferentes fornecedores. A priori, para se conectar à rede é necessário incluir apenas um transceptor adequado, tornando viável que a tecnologia seja integrada ao dispositivo sem que haja o aumento de tamanho. Os transceivers também merecem destaque pela variada gama de opções e velocidades de comunicação: Par trançado (1.25Mbps), Power link (par trançado com alimentação embutida - 78 Kbps), Powerline (rede elétrica - 10 Kbps), Cabo Coaxial (1.25 Mbps) , Fibra Ótica (1.25 Mbps) ou RF (4.8 Kbps). A plataforma LonWorks é constituída pelos seguintes componentes: • Nós; • Neuron Chips; • Protocolo LonTalk; • Variáveis de rede; • Ferramentas de desenvolvimento, monitoramento e teste.
    • 28 Qualquer dispositivo LONWorks usa um microcontrolador especial Neuron Chip. Este chip atribui um Neuron ID (48 bits) a cada dispositivo de uma forma unívoca dentro de uma rede de controle LONWorks. O controle dos dados é feito através do protocolo LonTalk que faz o endereçamento e o transporte da informação ponto-a-ponto. Em relação ao Neuron Chip podemos salientar: • Tem um identificador único, o Neuron ID, que permite direcionar qualquer nó de forma unívoca dentro de uma rede de controle LonWorks. Este identificador, com 48 bits, é gravado na memória EEPROM durante a fabricação do circuito. • O suporte lógico que implementa o protocolo LonTalk, proporciona serviços de transporte e roteamento ponto a ponto. Está incluído um sistema operacional que executa e planifica a aplicação distribuída e que manipula as estruturas de dados que são comunicadas pelos nós. • Estes circuitos comunicam entre si enviando mensagens que contêm a direção do destinatário, informação para o roteamento, dados de controle, assim como os dados da aplicação do utilitário e um lista como código detector de erros. Todas as comunicações de dados são iniciadas num Neuron Chip. Uma mensagem pode ter até 229 octetos de informação para aplicação distribuída. Os dados podem existir sob duas formas: A mensagem explícita ou a variável de rede. As mensagens explícitas são a forma mais simples de enviar e receber dados entre duas aplicações residentes em dois Neuron Chip do mesmo segmento LonWorks. As variáveis de rede proporcionam um modelo estruturado para a troca automática de dados distribuídos num segmento LonWorks. São menos flexíveis que as mensagens explícitas, mas evitam que o programador da aplicação distribuída esteja dependente dos detalhes das comunicações.
    • 29 No que diz respeito aos fabricantes, Echelon só concedeu licença a três fabricantes de semicondutores, os quais devem pagar royaltis por cada circuito fabricado. Além disso, o desenho do Neuron Chip permanece secreto e nenhum outro fabricante, além destes três, pode fabricar este produto. A não existência de concorrência real e a produção ser controlada pela Echelon, faz com que os nós LonWorks não tenham um preço competitivo para as aplicações residenciais. Portanto, apesar da Echelon se empenhar em dizer que é um sistema aberto, a realidade vem demonstrando que não o é. O Neuron Chip proporciona uma porta específica de cinco pinos que pode ser configurada para atuar como interface de diversos transmissores-receptores de linha e funcionar a diferentes velocidades binárias. O LonWorks pode funcionar sobre RS-485 com isolamento óptico, acoplado a um cabo coaxial ou de pares do tipo telefônico, sobre correntes portadoras, fibra óptica, radiofreqüência ou infravermelho. O transmissor-receptor é encarregado de adaptar os sinais do Neuron Chip aos níveis necessários a cada meio físico. Na tabela 4 resumem-se as características mais importantes de cinco modelos mais usados atualmente. Transceiver Meio Físico PLT-22 Correntes Portadoras TT-10A Par de condutores tipo telefônico 78 Kbps LPT-10 Par de condutores do tipo telefônico 78 Kbps TPT/XF 78 TPT/XF 1250 Velocidade Binária 5,4 Kbps Topologia de rede Qualquer uma em redes de baixa tensão, o par de condutores sem alimentação. Bus, estrela ou anel. Qualquer combinação destes. Distância Nº Nodos Outros Máxima Depende da Depende da Compatível com atenuação entre atenuação PLT-20 e PLT-21 o emissor e entre o receptor e do emissor e ruído na linha receptor e do ruído na linha 500 metros, até 64 Compatível com 2700 metros FTT-10 e LPT-10 com duplo bus e impedâncias nos extremos. Bus, estrela ou 500 metros, até 32,64,128 em Capaz de anel. Qualquer 2700 metros função do alimentar à combinação com dois bus e consumo distância nós do destes. impedâncias nos mesmo par de extremos. condutores Par de 78 Kbps BUS 1400 metros condutores Par de 1,25 Kbps BUS 130 metros condutores Tabela 4 - Características dos módulos LonWorks mais usados 64 64 Isolado com transformador Isolado com transformador
    • 30 2.2.4 Sistema Smart House O Sistema SMART HOUSE (Casa Inteligente) foi criado nos Estados Unidos (Washington D.C.), na segunda metade dos anos oitenta, pela SMART HOUSE L. P. (Limited Partnership), para National Association of Home Builders (NAHB). Comporta cinco subsistemas: controle/comunicações, telecomunicações, energia elétrica, rede coaxial e energia natural. Destes, o núcleo é sem dúvida o subsistema de controle/comunicações, que transmite sinais de controle a 50 kbps. Inclui um controlador (System Controller), uma fonte de energia de 12V DC, cabeamento específico, sensores e atuadores. Possui, além disso, circuitos integrados que formatam mensagens, efetuam a conversão entre protocolos série, implementam o endereçamento dos nós e proporcionam uma interface de controle. Definem-se três tipos de aplicações, subdivididas em três classes: simples, normal e complexa. As aplicações das três classes ligam-se ao sistema através de conectores que possuem três linhas de estado e uma linha de controle. As duas últimas classes requerem um circuito integrado que implementa as camadas física e lógica do protocolo. As aplicações complexas exigem o uso adicional de um microprocessador. O custo elevado das instalações, decorrente da variedade de cabos empregados, que exigem muitas vezes o recurso de técnicos especializados, levou a SMART HOUSE à criação de um tipo de cabeamento único e de fácil aplicação, constituído por três grupos de cabos: • Cabo de Derivação (Branch Cabling): Cabo de potência convencional + cabo digital de dados para minimizar a interferência mútua e reduzir custos. O cabo digital consiste em quatro pares de cabos entrelaçados; • Cabo de Aplicações (Applications Cable): Cabo digital de dados + cabo de potência DC para os sensores); • Cabo de Comunicações (Communications Cable): Cabo coaxial para vídeo + cabo telefônico).
    • 31 A maior parte das mensagens é transmitida por sensores, aplicativos, tomadas e pelo controlador do sistema, num cabo de seis condutores. O subsistema de telecomunicações usa quatro pares entrelaçados e permite a acomodação de aplicativos telefônicos, digitais e analógicos, modems, decodificadores de multifreqüência e dispositivos de voz. Em conjunto com o subsistema de controle/comunicações, o sistema de telecomunicações permite que se efetue o acesso por telefone às funções de segurança da casa e que se efetue o controle remoto dos dispositivos. Os cabos digitais de sinalização são utilizados para o controle de dispositivos, status e mensagens de dados. O sistema utiliza uma topologia em estrela, no centro da qual se encontra o controlador de sistema. A figura 5 ilustra a topologia de rede de um sistema Smart House. Figura 5 - Topologia de rede Sistema Smart House O controlador de sistema é um módulo eletrônico que tem como função a gestão e o controle da comunicação de até 30 ramos de rede (cada um destes pode ter até 30 nós ou pontos de ligação). É também responsável pela implementação de todos os protocolos, executa eventos programados e seqüenciais temporizados, é responsável pela gestão da base de dados, do encaminhamento e coordenação de outras funções.
    • 32 Nesse sistema, sempre que os interruptores são ativados, é enviado um sinal de 12V DC, que será detectado pelo controlador do sistema. Este, por sua vez, envia a potência AC para as tomadas adequadas (segundo tabelas pré-programadas), as quais a aplicarão, desde que esteja ligado um dispositivo. O subsistema de controle/comunicações implementa um par de canais série assíncronos, a 9600 bps, via RS232. Um desses canais serve de interface entre subsistema de controle/comunicações e o subsistema de telecomunicações. O outro permite aos técnicos de serviço o acesso ao sistema. 2.2.5 Sistema EHS O EHS (European Home System) foi desenvolvido pela indústria européia de microprocessadores, com o devido suporte da Comissão Européia, criando uma tecnologia econômica que iria permitir a implantação da domótica no mercado residencial. O resultado foi a especificação do EHS no ano de 1992. O modelo OSI (Open Standard Interconnection) foi a topologia escolhida. Desde o seu início ficaram envolvidos nesta tecnologia a maior parte dos fabricantes de eletrodomésticos e de áudio e vídeo, empresas distribuidoras de eletricidade, água e gás, as operadoras de telecomunicações, fabricantes de microprocessadores e fabricantes de equipamento elétrico e eletrônico. O conceito base foi a de criar um protocolo aberto que permita cobrir as necessidades de conectividade dos produtos de todos os fabricantes, utilitários e fornecedores de serviços. O objetivo principal do EHS foi cobrir às necessidades da automação da maioria das habitações européias cujos proprietários não usavam sistemas com maior potência, por ser mais caro (como o EIB ou o Lonworks), devido à necessidade de mão de obra especializada para a sua instalação. O campo de aplicação do EHS é mesmo a área residencial. Em 1990 foi criada a EHSA (European Home System Association), que integra firmas pertencentes a diferentes ramos de atividade, tais como: construção civil,
    • 33 indústrias de instalação e fornecimento de sistemas de telecomunicações, arquitetos, etc. A partir da data da sua constituição a EHSA vem criando novas condições que possibilitem a introdução de aplicações interativas, integradas em casas e edifícios, o que vem conseguindo graças à implementação das seguintes medidas: • Transformar a especificação EHS numa norma aberta; • Promover facilidades de ensino, treinamento e venda de produtos; • Definir especificações de testes de conformidade; • Organizar seminários e participações em exposições; • Distribuir EHSA demonstrativos; • Iniciar o processo de convergência dos sistemas EHS, EIB e Batibus num sistema único, pela junção dos dois últimos (trata-se de sistemas incompatíveis) com elementos da especificação EHS. A EHSA impulsionou o desenvolvimento de um circuito integrado (St7537HS1) que permitia transmitir dados por um canal série de modo assíncrono através da rede elétrica de baixa tensão (correntes portadoras). Esta tecnologia, baseada na modulação FSK (Frequency Shift Keying), suporta a velocidade de 2400 bps e também pode-se utilizar cabos de pares, do tipo telefônico, como suporte de sinal. Atualmente, tem-se usado ou desenvolvido os seguintes meios físicos: • PL-2400: Correntes Portadoras a 2400 bps. • TP0: Cabo de dois pares a 4800 bps (idêntico ao meio físico do Batibus). • TP1: Cabo de dois pares/Coaxial a 9600 bps. • TP2: Cabo de dois pares a 64 Kbps. • IR-1200: Infravermelho a 1200 bps. • RF-1100: Radiofreqüência a 1100 bps. As características de cada meio físico suportado pelo protocolo são mostradas na tabela 5 [6].
    • 34 Par Trançado tipo2 TP1 Meio Físico Par Trançado tipo1 TP2 Cabo Coaxial CX Linha de Energia PL Rádio Infra- vermelho RF IR Aplicação Tlefonia, Propósito geral, ISDN, dados, controle. controle. Áudio, Vídeo, TV, dados, controle. controle Telefone sem fio, controle. Controle remoto Taxa de Transmissão 9.6 kbps 64 kbps 9.6 kbps 2.4 kbps 1.2kbps 1.1 kbps Accesso CSMA/CA CSMA/CD CSMA/CA CSMA/ack CT2 - Alimentação 35 V 35 V 15 V 230 Vac - - Codificação - TDM FDM - FDM - Topologia livre barramento barramento livre livre Livre Unidades 128 40 128 256 256 256 Alcance 500 m 300 m 150/50 m casa 50-200 m sala Tabela 5 - Tipos de meios físicos EHS A especificidade do meio físico de transmissão não afeta a confiabilidade da comunicação, graças às camadas mais baixas do protocolo. Este decide o momento em que cada dispositivo pode iniciar a transmissão (utilizando a técnica do CSMA Carrier Sense Multiple Access). Todas as mensagens deverão ser confirmadas através de mensagens de confirmação (ACKs - acknowledgments). Se estas não forem recebidas, proceder-se-á à retransmissão das primeiras. As técnicas de detecção de erros empregadas dependem do meio de comunicação utilizado. No caso da rede elétrica, por exemplo, é usada a seguinte técnica: emprego de códigos redundantes para detectar e corrigir erros tanto ao nível da linguagem de computador como ao nível da mensagem. A configuração usa códigos únicos de endereçamento, permitindo a cada seção de rede a utilização até 256 terminais de endereço (sensores e atuadores). As seções de rede podem ser interligadas através de encaminhadores, o que permite o aumento da sua capacidade até 1012 endereços. O protocolo apresenta as seguintes características: “Plug and Play”, interoperabilidade, possibilidade de expansão e configuração automática.
    • 35 EHS é um protocolo criado baseado nos requisitos que a automação residencial exige, sendo um protocolo muito amplo e com várias camadas de implementação. 2.2.6 Sistema CEBus O CEBus (Consumer Electronic Bus) ou HPnP (Home Plug and Play) é um protocolo de comunicação, ponto-a-ponto, de mensagens de controle relativamente curtas sobre os meios de comunicação disponíveis numa casa. Este protocolo para automação doméstica é uma norma dos Estados Unidos (EIA - Electronics Industries Association) e surgiu há mais de dez anos [7]. A norma CEBus surgiu em 1984, para dar resposta às necessidades da automação doméstica decorrentes dos seguintes fatos: • Inexistência de uma forma padronizada que permitisse aos diferentes dispositivos comunicarem entre si; • Incompatibilidade entre os diferentes produtos existentes no mercado, provenientes de fabricantes distintos; • Incompatibilidade entre formatos (designadamente no que diz respeito aos dispositivos de controle remoto para televisões, rádios, etc.), responsável pela enorme confusão no meio dos consumidores. Este protocolo apresenta as seguintes características: • Arquitetura aberta; • Expansível; • Comunicação e Controle Distribuído. Não necessita de um controlador centralizado; • “Plug and Play”. CEBus possui os seguintes meios de comunicação: • PLBus: rede de energia elétrica; • TPBus: Par trançado. Normalmente usado em aparelhos de baixa potência; • IRBus: Infra-Vermelho a 10 kbps/s com freqüência portadora de 70 a 80 KHz;
    • 36 • RFBus: Rádio freqüência que opera a 902 MHZ; • CXBus: Cabo coaxial. Normalmente usado em circuito de TV. Com esta variedade de escolha do meio de comunicação, alguns sistemas de automação podem ser instalados, sem necessidade de colocar novo cabeamento. Estes sistemas podem usar a rede elétrica para troca de dados entre os componentes e, para o controle remoto, infravermelhos ou radiofreqüência. Todos os meios físicos de comunicação transportam o canal de controle CEBus e transmitem a informação com o mesmo rítmo de transmissão (cerca de 8000 bits por segundo). Também podem transportar canais de dados com larguras de bandas adequadas para vídeo e áudio, dependendo do meio de comunicação físico. Os comandos e as informações de estado são transmitidos no canal de controle na forma de mensagens, compostas por pacotes de bytes. A maior parte da especificação do CEBus é dedicada à especificação do canal de controle. O formato das mensagens CEBus de controle é independente do meio de comunicação usado. Cada mensagem contém o endereço destino, sem nenhuma referência aos meios de comunicação onde o emissor e o receptor estão colocados. O CEBus suporta uma topologia flexível. Um dispositivo pode ser colocado em qualquer lugar onde seja necessário e poderá ligar-se a qualquer meio de comunicação, para o qual terá uma interface CEBus apropriada. As mensagens podem ser enviadas entre os diferentes meios de comunicação, através do uso de um dispositivo eletrônico denominado encaminhador. Na Figura 6 pode-se visualizar uma rede CEBus típica, com três meios de comunicação interligados por encaminhadores. Os sensores e atuadores são colocados nesta rede, no local que for mais conveniente. O controlador (cluster controller), ilustrado na figura, é responsável pela organização de uma aplicação que pode ser, por exemplo, a iluminação ou a gestão de energia.
    • 37 Figura 6 - Exemplo de topologia CEBus. Todos os pontos de ligação dos dispositivos em cada um dos meios de comunicação são tratados logicamente tal como se estivessem num barramento. Esta tecnologia emprega CSMA/CDCR ("Carrier- Sensing Multiple Access with Collision Detection and Collision Resolution"), o que permite que qualquer dispositivo existente na rede possa acessar o meio de comunicação a qualquer momento. Contudo, um dispositivo que pretenda enviar um pacote de dados deve verificar se a linha de barramento está livre. Todos os dispositivos lêem o endereço de destino contido na mensagem. Só o dispositivo que possuir um endereço igual ao da mensagem é o que pode acessá-la. 2.2.7 Sistema Batibus O Batibus tem uma velocidade binária única de 4800 bps a qual é mais que suficiente para a maioria das aplicações de controle distribuído. Utiliza um cabo blindado do tipo telefônico e admite as topologias em barramento, estrela, anel ou árvore ou qualquer combinação destas. A única indicação a respeitar é não atribuir direções físicas idênticas a dois dispositivos da mesma instalação. Este protocolo é totalmente aberto, isto é, ao contrário do que sucede com o protocolo LonTalk do Lonworks, o protocolo do Batibus pode ser implementado por
    • 38 qualquer empresa interessada em introduzí-lo nos seus produtos ou equipamentos, descrito nas normas francesas NFC 46620 e seções seguintes, nas normas européias (CENELEC) e mundiais (ISO/IEC JTC 1 SC25), operando de uma forma distribuída sem um ponto de controle central. No nível de acesso, este protocolo usa a técnica CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) semelhante à Ethernet, esta usa a CSMACD, mas evitando as colisões. Isto é, se dois dispositivos tentam acessar ao mesmo tempo o barramento, ambos detectam uma colisão, então só aquele que tiver mais prioridade continua a transmitir, e o outro termina a transmissão retomando-a no instante seguinte. Esta técnica é praticamente a mesma do EIB. A filosofia é que todos os dispositivos Batibus escutam tudo o que circula no barramento, todos processam a informação recebida, mas só aqueles que tiverem sido programados irão filtrar a mensagem e a enviarão à aplicação existente em cada dispositivo. A direção física é atribuída tal como no X-10 através de microinterruptores ou mini-teclados. Sempre que se torne necessário modificar o posicionamento dos módulos ou das funções usadas, basta mudar o endereço ou ligar um componente adicional ao barramento [10]. 2.2.8 Sistema Konnex O Konnex é uma iniciativa promovida por três associações européias: EIBA (European Installation Bus Association), BCI (Batibus Club International ), EHSA (European Home Systems Association). Os objetivos desta iniciativa, com o nome de “Convergência”, são: • Criar um único padrão para a domótica e automação de edifícios que cubra todas as necessidades e requisitos das instalações profissionais e residenciais no âmbito europeu; • Melhorar as prestações dos diversos meios físicos de comunicação, sobretudo na tecnologia de radiofreqüência, fundamental para a efetiva consolidação da domótica;
    • 39 • Introduzir novos modos de funcionamento que permitam aplicar uma filosofia “Plug&Play” a muitos dispositivos típicos de uma casa; • Envolver as empresas fornecedoras de serviços como as de telecomunicações e de eletricidade, com o objetivo de desenvolver a tele-gestão nas casas; Resumindo, partindo dos sistemas EIB, EHS e Batibus, trata-se de criar um único padrão europeu que seja capaz de competir em qualidade, prestações e preços, com outros sistemas norte-americanos como o Lonworks ou CEBus. Atualmente a associação Konnex está terminando as especificações do novo modelo (versão 1.0) o qual será compatível com os produtos EIB instalados. Pode afirmar-se que o novo padrão terá o melhor do EIB, do EHS e do Batibus e que aumentará consideravelmente a oferta de produtos para o mercado residencial. A versão 1.0 contempla três modos de funcionamento: S-mode (System mode): a configuração do modo sistema usa a mesma filosofia que o EIB atual, isto é, os diversos dispositivos ou modos da nova instalação, são instalados e configurados por profissionais com ajuda de um software (ETS) especialmente concebido para este propósito. Está sendo programado para o uso em instalações mais complexas que impliquem um elevado nível de integração e de funções a implementar como edifícios de escritórios, indústrias, hotéis, grandes moradias, etc. Só os instaladores profissionais e certificados terão acesso a este tipo de material. Os dispositivos S-mode só poderão ser comprados através de distribuidores especializados. E-mode (Easy mode): na configuração do modo simples os dispositivos são programados em fábrica para realizar uma função concreta. Mesmo assim devem ser configurados alguns detalhes no local da instalação mediante o uso de um controlador (como uma porta residencial) ou mediante micro-interruptores alojados nos dispositivos (semelhante ao X-10 ou outros dispositivos proprietários que há no mercado). Um instalador sem formação em informática ou qualquer utilizador final um pouco engenhoso, poderão adquirir dispositivos E-mode em lojas de produtos elétricos e começar a instalá-los. Só que a funcionalidade destes produtos está limitada, pois
    • 40 vem estabelecida de fábrica. A vantagem deste modo é que os dispositivos se configuram num instante selecionando nos micro-interruptores as opções oferecidas mediante um pequeno manual de instruções. Para os que conheçam o X-10, de uso extenso nos EUA, sabem que os dispositivos E-mode irão funcionar com a mesma filosofia. A-mode (Automatic mode): na configuração do modo automático, com uma filosofia “Plug&Play”, nem o instalador nem o utilizador final têm de configurar o dispositivo. Este modo será especialmente indicado para ser usado em eletrodomésticos e equipamentos de entretenimento. Com a filosofia Plug&Play, o utilizador final não tem de se preocupar em ler os complicados manuais de instalação ou se perder num mar de referencias ou especificações. Assim que liga o dispositivo A-mode à rede este se registrará nas bases de dados de todos os dispositivos ativos no momento na instalação ou casa e colocará à disposição dos demais os seus recursos (processador, memória, entradas/saídas, etc.). A expectativa é que esses produtos terão amplo mercado de comércio. São os fabricantes de eletrodomésticos e de equipamentos áudio e vídeo e de Portas Residenciais assim como os fornecedores de serviços (telecomunicações, elétricas) os mais interessados nestes tipos de produtos e que permitirão oferecer novos serviços aos seus clientes de forma rápida e sem necessidade de complicadas instalações. Este sistema poderá funcionar sobre: • Par de condutores (TP1-9600bps): aproveitando a norma EIB equivalente. • Par de condutores (TP0 -4800bps): aproveitando a norma Batibus equivalente. • Powerline (PL110- 110kHz, 1200bps): aproveitando a norma EIB equivalente. • Powerline (PL132 – 132kHz, 2400bps): aproveitando a norma EHS equivalente. • Ethernet: aproveitando a norma EIB.net. • Radiofreqüência: aproveitando a norma EIB.RF
    • 41 • Over IP: através do ANubis. O ANubis ( Advanced Network technology for Unified Building Integration) é uma iniciativa para o desenvolvimento de padrões abertos que possibilitam a integração do Konnex com a Internet através da criação de componentes de software. 2.2.9 Bluetooth Bluetooth é o nome dado a um protocolo de rádio, baseado em saltos em freqüência de curto alcance, que visa substituir os cabos de conexão existentes por uma conexão universal, sem fio, de maneira robusta, barata, e de baixo consumo. A arquitetura do Bluetooth e suas características técnicas estão definidas nas especificações denominadas Core (Núcleo) e Profiles (Perfis). Enquanto a especificação do núcleo define como o sistema funciona (protocolos, camadas, especificações técnicas, etc.), o documento que define os perfis determina como os diversos elementos que compõe o sistema podem ser empregados para a realização das funções desejadas. Ao contrário de outros padrões, a especificação do Bluetooth compreende não apenas as camadas mais baixas da rede, mas também a camada da aplicação. Dentre os tipos de aplicação prevista, podem-se citar transferências de arquivos, rádios digitais, fones de ouvido sem fio, acesso a redes locais, entre outros. O Bluetooth opera na faixa de freqüência ISM, acrônimo de Industrial, Scientific and Medical (Industrial, Científica e Médica). Esta faixa de freqüência não é regulamentada pelos órgãos competentes, podendo ser utilizada livremente por qualquer entidade que o adquirir. Devido à grande quantidade de ruído na faixa ISM, a transmissão de dados é realizada utilizando-se a técnica de espalhamento de espectro (spread spectrum ) por saltos em freqüência (frequency hopping). Esta técnica consiste em dividir a banda existente em canais independentes e ir chaveando a freqüência de transmissão dos dados ao longo do tempo. Desta forma, consegue-se minimizar os efeitos causados por sinais externos, bem como eliminar o problema de atenuação do sinal por múltiplos caminhos (multipath-fading), tornando a transmissão de dados mais robusta.
    • 42 O padrão BlueTooth define 79 canais de RF com faixa de 1 MHz cada, abrangendo a faixa de freqüência que vai de 2.042 kHz a 2.080 kHz. Na maioria dos países, a faixa ISM compreende as freqüências de 2.400 kHz a 2.483,5 kHz. Os primeiros 2 MHz e os 3,5 MHz finais atuam como guarda de banda. A transmissão de dados ocorre a uma taxa de 1Mbps. No caso de países que possuem uma faixa ISM menor, como, por exemplo, a França, o meio é dividido em um número menor de canais de RF, mais especificamente em 23 canais. Sistemas deste tipo não são compatíveis com o padrão original. A especificação do Bluetooth define três classes de transmissores, a saber: • Classe 1: potência máxima de transmissão de 100 mW, obtendo um alcance de até 100 metros. • Classe 2: potência máxima de transmissão de 2.5 mW, para alcances de 10 metros. • Classe 3: potência máxima de transmissão de 1 mW, para alcances de 10 metros. A transmissão dos dados é realizada utilizando-se modulação GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), sendo o bit 1 representado por uma variação positiva da freqüência, e o bit 0 por uma variação negativa da mesma. Os elementos que definem a estrutura do Bluetooth são mostrados na figura 7 [11].
    • 43 Figura 7 - Protocolos do Bluetooth Na parte mais baixa da pilha de protocolos está a camada de rádio, que corresponde à camada física do modelo OSI; esta camada lida com a transmissão de dados via RF e sua modulação. A camada a seguir, Baseband, ou banda base, descreve a especificação do Controlador de Enlace do Bluetooth (LC), sendo responsável pelo protocolo de controle e por várias rotinas de enlace de baixo nível. O LMP, em seguida, corresponde ao Protocolo de Gerenciamento de Enlace (Link Manager Protocol), utilizado na configuração e controle dos mesmos. HCI representa a Interface de Controle do Host (Host controller Interface), provendo às camadas superiores uma interface padrão de acesso ao Controlador e ao Gerenciador de Enlace. O próximo elemento, L2CAP, de Logical Link Control and Adaptation Protocol (Protocolo de Adaptação e Controle do Enlace Lógico), realiza a segmentação e montagem de pacotes, a multiplexação e demultiplexação dos mesmos, e lida ainda com os requisitos de qualidade de serviço.
    • 44 Acima dele, o protocolo RFCOMM emula uma porta serial convencional, permitindo que dispositivos já existentes possam ser facilmente incorporados ao sistema. Por fim, o SDP (de Service Discovery Protocol, ou Protocolo de Descoberta de Serviço) permite que sejam descobertos quais os serviços disponíveis nos dispositivos Bluetooth, e quais as suas características. Os demais elementos representam os diversos tipos de perfis definidos na especificação. 2.2.10 ZigBee ZigBee é um padrão que será definido por uma aliança de empresas de diferentes segmentos do mercado, chamada "ZigBee Alliance". Este protocolo está sendo projetado para permitir comunicação sem fio, confiável, com baixo consumo de energia e baixas taxas de transmissão para aplicações de monitoramento e controle. Para implementar as camadas MAC (Medium Access Control) e PHY (Physical Layer) o ZigBee utiliza a definição 802.15.4 do IEEE, que opera em bandas de freqüência livres [8]. A figura 8 ilustra as aplicações do protocolo ZigBee. Figura 8 - Aplicações do ZigBee A figura 9 mostra as camadas que compõe um dispositivo ZigBee.
    • 45 Figura 9 - Camadas do ZigBee As principais características das camadas PHY e MAC são resumidas na tabela 6. Padrão Freqüências 2.4-2.4835 GHz 16 (11 a 26) 868-870 MHz 902-928 MHz 802.15.4 Técnica de Modulação Nº de Canais Taxa de Dados DSSS, O-QPSK 250 kbit/s 1 (0) DSSS, BPSK 20 kbit/s 10 (1 a 10) DSSS, BPSK 40 kbit/s Tabela 6 -Caracteristicas das camadas MAC e PHY A camada de rede tem as seguintes responsabilidades: • Inicializar uma rede. • Habilidade de entrar e sair de uma rede. • Configuração de novos dispositivos. • Segurança dos dados de saída. • Distribuição de endereços, pelo coordenador, para os dispositivos que entram na rede. • Sincronização com a rede. • Roteamento de "frames" para o destino correto. A camada Aplicação é constituída de três principais componentes: Suporte à aplicação, "ZigBee Device Object" e às funções definidas pela empresa que desenvolveu o dispositivo.
    • 46 Os serviços fornecidos no suporte à aplicação são Descovery e Binding. O primeiro procura que outros pontos estão ativos na região de alcance daquele dispositivo. O segundo une dois ou mais dispositivos considerando suas necessidades e serviços. ZigBee device Object é onde está definido o papel do dispositivo na rede, se ele atuará como coordenador, roteador ou dispositivo final. A tabela 7 destaca as principais diferenças entre estes protocolos Bluetooth e ZigBEE: ZigBee Bluetooth Padrão (MAC + PHY) IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.1 Taxa de Transferência 250kbps 750kbps Corrente na Transmissão 30mA 40mA Corrente em Espera 3uA 200uA Tempo de acesso a rede 30ms 3s 15ms 3s 15ms 2ms Tempo de transição dos escravos (dormindo para ativo) Tempo de acesso ao canal Tabela 7 - Diferenças entr Bluetooth e ZigBee Outra diferença relevante entre estes dois padrões é o tipo de alimentação dos dispositivos. Em aplicações Bluetooth, geralmente, os dispositivos são recarregados periodicamente, como celulares e PDAs (Personal digital assistants). Enquanto, no padrão Zigbee estes podem ser alimentados com pilhas alcalinas comuns e a expectativa de duração das mesmas é superior a dois anos. Ao analisarmos estas diferenças, podemos concluir que ZigBee e Bluetooth são duas soluções diferentes que têm características para endereçar requisitos de aplicações diferentes. Mesmo que ocorram pequenas modificações nestes padrões as características principais serão mantidas. As diferenças entre estes padrões são provenientes da arquitetura na qual eles foram desenvolvidos.
    • 47 2.3 Conclusão Após a breve análise de cada uma das principais tecnologias apresentadas, é apresentado a seguir um estudo comparativo, tendo em vista a escolha daquela que mais vantagens oferecessem. Para isso foram selecionados, entre as diferentes características gerais encontradas, aquelas que são as mais importantes do ponto de vista do utilizador comum. Tais características constam da tabela 8 que se segue: X10 EIB LonWorks CEBus BatiBUS SMART HOUSE EHS Facilidade e rapidez de instalação Boa Moderada Moderada Moderada Moderada Difícil Moderada Espansibilidade (Número de dispositivos) 256 65536 1*1019 61000 7680 900 1*1012 Comuncação nos dois sentidos Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Modularidade Sim Sim Sim Sim Sim Sim Sim Meios de comunicação usados Rede elétrica, radiofrequência, infravermelhos. Rede elétrica, par trançado, EIB Ner, radiofrequência, infravermelhos. Cabeamento específico (coaxial). Rede elétrica, par trançado, cabo coaxial, radiofrequência, infravermelhos. Custo Baixo Moderado Moderado e elevado - Tenologias Características Rede elétrica, Rede elétrica, par trançado, par trançado, cabo coaxial, Cabeamento radiofrequência, infravermelhos, específico (par infravermelhos, radiofrequência, trançado). cabo coaxial, fobra ótica, fibra ótica. barrramento de áudio e vídeo. Moderado Moderado Moderado Tabela 8 - Comparação entre os sistemas domóticos A tabela 9 tenta ilustrar quais as procedências de alguns sistemas, quais empresas formas percussoras e o país de origem.
    • 48 Iniciativa Batibus Procedência Percussor / Promotor País Merlin Gerin (Schneider França Eletric) Europa EIB Siemens EHS Comissão Européia X10 Pico Eletronics Ltd. EUA Mundial Lon Works Echelon EE.UU. Mundial Associação CEBus Alemanha Âmbito de aplicação União Européia Europa Europa das Indústrias Eletrônicas de EE.UU. EE.UU EE.UU HBS Japão Japão Tabela 9 - Origem das Tecnologias da Automação Residencial Neste capítulo tentou-se fazer uma apresentação das redes domésticas existentes ou em estudo. No próximo capítulo iremos mostrar alguns produtos para automação residencial existentes no mercado.
    • 49 3 SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL DISPONÍVEIS NO MERCADO BRASILEIRO 3.1 Introdução No mercado de automação encontram-se produtos com diferentes níveis de automação, sendo estes classificados em autônomos, integrados e complexos. Nos sistemas autônomos é possível ligar ou desligar um subsistema ou um dispositivo específico de acordo com um ajuste pré-definido. Neste esquema, cada dispositivo ou subsistema é tratado, independentemente, sem que dois dispositivos tenham relação um com o outro. Nos sistemas integrados existem centrais de automação onde os projetos podem ter múltiplos subsistemas integrados a um único controlador. A limitação está em que cada subsistema deve ainda funcionar unicamente na forma a qual o seu fabricante pretendia. Basicamente, trata-se apenas de controle remoto estendido a diferentes locais. Já os sistemas complexos permitem uma maior integração através de softwares, possibilitando a criação de uma “Casa Inteligente”, visto que os produtos a serem integrados podem ser modificados e personalizados para atender as necessidades do proprietário. Assim, o sistema complexo torna-se um gerenciador, ao contrário do integrado que necessita de um controlador remoto. Sendo assim, a automação residencial utiliza basicamente os sistemas complexos visto que esta tem o objetivo de integrar diversos subsistemas como entretenimento, segurança, aquecimento, climatização, gerenciamento de energia e outros, fornecendo assim praticidade, conforto e economia para o dia a dia dos usuários. A seguir listam-se alguns subsistemas e dispositivos que podem ser automatizados no ambiente residencial.
    • 50 3.2 Sistema HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar condicionado) 3.2.1 Ar Condicionado Existe na área de climatização, sofisticados sistemas que podem ser automatizados para edificações inteligentes oferecendo vantagens exclusivas, como interoperabilidade entre sistemas, facilidade de operação, conexão com a Internet e o mais importante uma interface que permite ao administrador coordenar as situações críticas do sistema em uma única tela de computador. As figuras 10 e 11 mostram modelos existentes no mercado [12]. Figura 10 - Aparelho de ar condicionado tipo janela. Figura 11 - Aparelho de ar condicionado Split. O sistema possui um software supervisor que consegue controlar as mais variadas aplicações da automação. Com os supervisores é possível o gerenciamento completo da instalação, de forma local ou remota (Ethernet, modem, rádio, etc), através de telas gráficas animadas, alarmes com mensagens de som/voz pré-gravadas,
    • 51 envio automático de e-mails e muito mais, compatíveis com as plataformas Windows95/98/NT/2000/XP, facilitando a operação pelo usuário. Os controladores de campo se adaptam aos mais diferentes tipos de instalação. Eles vão desde controladores de uso geral (PLC) com tecnologia “Fuzzy Logic”, que podem ser programados para os mais variados tipos de aplicações, a controladores dedicados a tarefas específicas. A interface utilizada é um dispositivo que permite fácil visualização, monitoramento, configuração e o acesso a todos os dados dos controladores da rede e executa uma série de tarefas de monitoramento e configuração dos sistemas, sem a necessidade de utilizar computadores (Fig. 12) [13]. São protegidos por senha e os dispositivos de interface local podem ser usados tanto de forma portátil, montados remotamente ou ainda montados no próprio painel de controle. Figura 12 - Interfaces para programação de temperatura do equipamento de ar condicionado. Os sistemas de climatização possuem ainda termostatos que são projetados para obter o máximo desempenho de seu sistema proporcionando um confiável e preciso controle de temperatura. Apresentam modelos com um e dois estágios de frio e calor e possuem programação horária para até quatro períodos por dia e funcionam com comandos de 24VAC. Estes termostatos combinam inteligência com operações simples em um acabamento elegante. 3.2.2 Piso Aquecido O sistema de aquecimento consiste em converter todo o solo em um grande painel emissor de calor. A grande virtude do sistema é manter uma temperatura
    • 52 constante sem retirar umidade do ambiente. O princípio é simples: o ar aquecido pelo piso torna-se menos denso que o ar frio e sobe. O ar frio desce e é aquecido pelo piso. Essa circulação de ar garante que todo o ambiente fique aquecido uniformemente. O aquecimento é feito através de um cabo elétrico disposto como uma serpentina dentro do contra-piso. O cabo se aquece, propagando o calor pelo piso e, deste, para o ar. Sobre o contra-piso é instalada uma camada de isolante térmico - poliuretano, vermiculita ou EPS de alta densidade. Réguas plásticas são fixadas em uma camada de argamassa nivelada e cintas calefatoras de aço inoxidável revestidas com PVC ficam presas, formando a serpentina por toda a laje. Cobrindo o sistema, é colocada a argamassa para proteção mecânica e instalado o piso. A figura 13 mostra como pode ser feita a instalação para se ter o piso aquecido [15]. Figura 13 – Exemplo de instalação para piso aquecido Em dias frios, um termostato (Figura 14), programado para deixar o ambiente com uma temperatura mínima, deve ser acionado [15]. O consumo, por esse método, é de 70W hora por m² de piso aquecido e atinge até 28ºC. O consumo é de 100 W/m². A instalação é rápida e um ambiente de 30m² fica pronto em duas horas.
    • 53 Figura 14 - Exemplo de termostato programável O tipo de piso não influi no funcionamento do sistema. Alguns materiais conduzem melhor o calor, como pedra e cerâmica, e aquecerão um pouco mais rápido. Com a madeira acontece o contrário, porém esta demorará mais para perder calor. A única exceção são os pisos elevados, pois o ar localizado entre o contra-piso e o piso funciona como isolante térmico e diminui a propagação do calor. Em cada ambiente é instalado um sistema independente do outro, que podem, inclusive, ser ajustados para temperaturas diferentes. Todo espaço é aquecido uniformemente, para não dar a sensação de que o chão está quente. Para que não haja desperdício de energia nesses casos, as portas e janelas que ligam esses espaços devem ficar fechadas. Não há necessidade de manutenção e o sistema pode ser usado sem restrições em ambientes úmidos, mesmo que haja vazamento. A figura 15 detalha os cabos utilizados em ambientes secos ou úmidos [15]. Figura 15 - Tipos de cabos usados em piso aquecido No Brasil, a maior parte das instalações é realizada na região serrana do estado do Rio de Janeiro, sul de Minas Gerais, Estado de São Paulo e Região Sul, tendo os banheiros como preferência para instalação. Já nos Estados Unidos, até alguns prédios públicos como presídios e escolas contam com o aquecimento pelo piso.
    • 54 3.3 Controle de dispositivos elétricos 3.3.1 Iluminação Muitas tecnologias vêm se desenvolvendo dentro das diferentes opções que compreende a automação residencial. Algumas já se tornaram essenciais em todos os tipos de ambientes, como os sistemas para controle de iluminação, presentes em casas, apartamentos e escritórios, além de grandes empresas, teatros, hotéis e hospitais. Estes sistemas inteligentes de iluminação podem acentuar os detalhes arquitetônicos de uma sala ou criar um clima especial, seja ele romântico ou festivo. Ligando e desligando automaticamente, podem proteger uma casa de invasores, fazendo-a parecer ocupada na ausência de seus proprietários. Uma outra vantagem é a economia de eletricidade, pois a intensidade de luz é regulada conforme a necessidade e as lâmpadas não precisam ficar totalmente acesas como acontece normalmente. Para tanto, pode-se controlar lâmpadas com dimmers (atenuadores de potência), que possibilitam diminuir a quantidade de potência da carga através de limitadores de tensão elétrica. Os dimmers antigos não passavam de reostatos ligados em série com a lâmpada. Eram grandes, pouco eficientes e não eram confiáveis, já que podiam superaquecer e causar incêndios. Com os avanços da eletrônica, foi possível desenvolver atenuadores de potência com semicondutores, que funcionam como interruptores de alta velocidade, ligando e desligando 120 vezes por segundo. Eles são menores e mais eficientes que os de reostato, cabendo facilmente em uma caixa de parede padrão 4x2. As maiores vantagens obtidas com o uso de dimmers com semicondutores são o aumento da vida útil da lâmpada e a economia de energia elétrica resultantes da atenuação da potência. Os atenuadores atuais conseguem reduzir a intensidade luminosa de lâmpadas de naturezas diferentes, como incandescentes, dicróicas (com transformadores) e até fluorescentes, de uma forma segura e prática, podendo substituir interruptores sem qualquer necessidade de obra ou instalação especial. No crescente mercado de pequeno porte, os fabricantes de sistemas para controle de cenas de iluminação vêm lançando produtos modulares e de menor custo, permitindo assim que residências, escritórios, consultórios, restaurantes e lojas
    • 55 também possam se beneficiar com as cenas. O usuário tem fácil acesso às funções do seu sistema através de controles variados. As interfaces são amigáveis e adequadas para a finalidade principal do sistema, proporcionando mais conforto, economia e segurança. O mais simples tipo de controle de iluminação requer pouco mais que módulos ligados em tomadas simples de parede. Normalmente o mais utilizado é o sistema X10. Alguns controladores (interruptores, teclados de parede ou consoles de mesa) incluem timers (radio relógios especiais) ou sensores de luz solar. Assim, as lâmpadas podem ser acesas conforme o horário programado ou então quando a luz solar for insuficiente. Este sistema caracteriza-se pela relativa simplicidade de instalação e baixo custo. Do outro lado desta simplicidade estão os sofisticados sistemas de controle que operam através de seu próprio cabeamento dedicado. Sistemas que podem ser para um só ambiente ou multi-ambientes. Gerenciados por controladores inteligentes, através deles a iluminação da casa pode ter um desempenho surpreendente. Eles podem responder a uma variedade de sinais, desde um sensor de presença até a ativação de um videocassete. Eles podem escurecer e clarear em níveis bastante precisos, criando os chamados cenários, ou iluminar um caminho pré-definido, do hall até o quarto, por exemplo. Mais importante que isso, estes sistemas inteligentes podem gerenciar outros sistemas eletrônicos, como o de segurança, de ar condicionado / aquecimento e de entretenimento, podendo-se programar um sistema de iluminação de tal forma que o toque de um interruptor instrua o sistema de segurança a ser armado e acender certas luzes. Sistemas para ambiente único, também chamados de dimers multicircuito de parede, permitem qualquer combinação de luzes com várias intensidades ao toque de um botão. Assim, um mesmo ambiente pode ser iluminado para uma festa, para leitura ou focando uma obra de arte. Os efeitos decorativos, neste caso, são formidáveis. Estes sistemas de ambiente único podem causar um grande impacto numa sala, mas para
    • 56 controlar a iluminação de uma casa inteira, será necessário um sistema de controle central que se comunica com todos os interruptores da casa. Já existem sistemas de controle de iluminação que não utilizam fio. Os interruptores se comunicam com as lâmpadas através de controle remoto universal ou específico conforme a figura 16. Pelo fato de não utilizarem fio, são instalados e expandidos com mais facilidade. Ilustração 16 - Controle remoto para controle de iluminação A figura 17 mostra um exemplo de instalação do sistema de iluminação Scenario[16]. Figura 17 - Exemplo de Sistema de Iluminação Os cenários também podem ser disparados a partir da leitura biométrica na porta de entrada. As preferências como iluminação, temperatura do ar-condicionado, enchimento da banheira, som, entre outras, são automaticamente ajustadas e iniciadas de acordo com a pessoa que está entrando na residência.
    • 57 É óbvio que tudo isso é maravilhoso, mas deve-se levar em conta a funcionalidade do projeto, pois não adianta carregar a central de controle com funções de menor relevância e a relação custo benefício não ser alcançada. 3.3.2 Cortinas, Persianas e Toldos Apesar de parecer um elemento de conforto sem importância, a motorização de cortinas e toldos pode reverter em grandes benefícios aos ambientes em que são implantados. Os sistemas, quando atrelados a centrais de automação, sensores crepusculares ou até mesmo, sistemas de segurança, podem compor vários eventos interessantes aos ambientes. Como exemplo, pode-se descrever a função em que a motorização de cortinas ou persianas age como um elemento do sistema de segurança. Quando programamos nossa central de automação para realizar uma "simulação de presença", as cortinas e toldos, quando motorizados, assumem um papel importante, pois poderão interagir com a central e movimentar-se, simulando a presença de alguém no ambiente, frustrando a invasão. Outra função seria a de que quando estes elementos estão ligados a sensores, como crepusculares, elas podem recolher ou mesmo abrirem-se quando programado em caso de chuva, por exemplo. A figura 18 ilustra como pode ser feita a motorização das cortinas ou persianas [17]. Ilustração 18 - Exemplo de motorização de cortinas
    • 58 O motor é instalado diretamente no trilho da cortina, podendo acionar qualquer cortina, sem importar seu tamanho ou material. Pode ser controlado através de um controle remoto, ou pode ser acionado também por interruptor. Os motores específicos para persianas permitem definir com precisão a inclinação das lâminas. A automatização aumenta a vida útil das cortinas, persianas e toldos, devido à subida e descida em velocidade constante durante os ciclos de utilização e à eliminação de cordas, cintas e outros meios de acionamentos manuais sujeitos à degradação. 3.3.3 Irrigação de Jardins Para valorizar ainda mais a obra, investe-se no paisagismo, onde as plantas fazem da casa um ambiente mais humano e acolhedor. Um jardim bem cuidado necessita de uma irrigação de forma competente, e para tanto um sistema de irrigação automática vem sendo utilizada cada vez mais no Brasil, em residências e empreendimentos imobiliários. As vantagens desse sistema são inúmeras. O benefício mais evidente e importante é, sem dúvida alguma, a beleza da paisagem do jardim, a exuberância das flores, plantas e gramados, mas proporciona ainda o uso racional e econômico da água e a valorização da propriedade. Com este sistema a irrigação é feita de maneira uniforme e pulverizada, bem diferente dos jatos d’água das mangueiras, que acabam estragando as plantas e flores mais delicadas. A irrigação dos jardins pode ser acionada automaticamente através da leitura do percentual de umidade do solo ou programação horária, facilitando a manutenção e valorizando o seu investimento. Isto faz do sistema uma grande comodidade em caso de viagens. Os aspersores mais indicados para jardins são os escamoteáveis (Figura19) que são enterrados ao nível do solo e, durante a operação de irrigação elevam-se, conforme o tipo de área e de plantas, de 5 a 30cm pela própria pressão da água. Eles ficam escondidos e só aparecem quando necessário. Os aspersores são definidos pelas áreas a serem irrigadas. Quando são estreitas e recortadas, utilizam-se aspersores para
    • 59 distâncias de 0,6 m a 4,6 m e com ângulos de abertura de 90°, 180°, 270°, 360° ou com ângulo ajustável de 0° a 360°, evitando-se molhar áreas calçadas e a própria casa, sem necessidade. Figura 19 - Exemplo de aspersor para irrigação de jardins A irrigação pode ser programada para ser executada várias vezes ao dia, devendo-se escolher os horários mais adequados para cada tipo de planta ou localização no jardim. Irrigar durante a noite tem a vantagem da menor evaporação e maior absorção da água. Além disso, o sistema pode ser programado para funcionar diariamente ou a cada 2, 3 ou 5 dias, dependendo da estação do ano. Projeta-se a irrigação em diversos setores, para que se possa fornecer as quantidades adequadas de água. Assim, o dimensionamento do sistema leva em consideração a área a ser irrigada (se está em local ensolarado ou com sombra), tipos de plantas e aspersores, vazão total necessária e o clima local determinado pelo índice de evapo-transpiração. O índice mede a água perdida por evaporação no solo e por sua superfície e pela transpiração, que é a água efetivamente utilizada pela planta. O sistema pode contar também com um sensor de chuva (Figura 20), que irá bloquear o comando elétrico de acionamento da bomba e válvulas em dias chuvosos.
    • 60 Figura 20 - Sensor de Chuva O ideal para a implantação de um sistema de irrigação é que ele seja planejado junto com o projeto de paisagismo e executado durante a construção da casa, de modo que se possa livremente instalar a rede elétrica e de tubulação de água e, prever com antecedência o ponto de captação de água e a necessidade de um reservatório especialmente destinado para essa finalidade. Devendo-se prever ainda um circuito de energia elétrica para alimentação da bomba, válvulas e controlador, e a conexão com o sistema de automação residencial, se existir. O custo da instalação de um sistema de irrigação automática varia conforme o tamanho e formato do jardim, tipos de aspersores utilizados e tipos de plantas. Quanto mais regular e ampla for a área, mais barato será o metro quadrado de implantação. O período de instalação de um sistema gira em torno de uma semana e o seu custo de manutenção é muito baixo. 3.3.4 Aspiração Central O sistema de aspiração possui um processo bem simples e permite rapidez de instalação. Uma tubulação de PVC é instalada na casa durante a construção ou reforma e tomadas de aspiração são distribuídas em alguns dos ambientes (Fig. 21).
    • 61 Figura 21 - Exemplo de tubulação para sistema de aspiração central Para ativar automaticamente o sistema, basta conectar a mangueira e a sujeira aspirada é transportada pela rede diretamente até a central (Fig. 22). Figura 22 - Exemplo de conexão com a central Ou pode-se simplesmente varrer a sujeira para um ponto de sucção (glutão) situado na parede (Figs. 23). Esta central trabalha de maneira silenciosa e bastante poderosa em relação a um sistema convencional de aspiração, chegando a uma potência de até 5 vezes maior. Com isso, o processo, absorve muito mais poeira e sujeira que o normal, além de possuir a vantagem de ficar instalado em um ambiente externo ou isolado do restante como área de serviço ou garagem [15].
    • 62 Figura 23 - Exemplo de sucção situado na parede. O sistema de aspiração central pode ser utilizado em pisos frios, de madeira, azulejo, mármore e carpete. É possível ainda aspirar líquidos utilizando um separador de líquidos e sólidos. Existem acessórios específicos para cada tipo de limpeza como nas persianas, ventiladores de teto e acessórios para computadores. Cabe ressaltar, que não é necessário instalar uma tomada de aspiração por ambiente, pois cada mangueira possui comprimento variado permitindo assim a limpeza de vários lugares através de uma única tomada. A simples introdução da mangueira de aspiração em qualquer tomada, fecha um circuito de 24 volts que põe automaticamente em funcionamento a Central. Além das vantagens do sistema de aspiração central citadas, podemos ainda destacar o fim do incômodo de arrastar um pesado aparelho pela casa, o fim dos fios elétricos e dos riscos dos rodos nos pavimentos e nos móveis e a limpeza é feita em silêncio absoluto. 3.4 Entretenimento (Áudio, Vídeo, Multimídia) 3.4.1 Som ambiente A execução de músicas independentes em ambientes diferentes, sem a necessidade de aparelhos de som separados já não é mais coisa do futuro. O sistema de som central pode se encarregar de sonorizar a casa toda, da sala até áreas externas.
    • 63 A figura 24 mostra um exemplo da central de distribuição e controle de áudio. Figura 24 - Central de Distribuição de Aúdio Para a distribuição do som de diversas fontes para todos os ambientes desejados, são utilizados os sistemas chamados multi-room (vários ambientes) que podem ser de três tipos básicos: • O mais comum é um amplificador multicanal, onde cada ambiente possui um potenciômetro (Figura 25) para controlar o volume individualmente. Várias fontes de áudio podem ser usadas (CD, som digital de sistemas por satélite e rádio AM/FM convencional), mas neste caso apenas uma escolha será disponível de cada vez, ou seja, todos os ambientes receberão o mesmo programa. • Uma segunda possibilidade é a escolha de sistemas denominados single-box, onde alguns fabricantes combinam todos os equipamentos necessários (receiver, amplificador, processador e switcher) num único produto. Geralmente, incluem também controles remotos e teclados de parede para facilitar a operação do sistema. Também neste caso, existe a limitação de se ouvir um único programa por vez. Através dos teclados pode-se mudar a fonte de áudio, trocar de faixa (CD) ou de estação (rádio) e regular o volume em cada ambiente sonorizado. • A terceira alternativa, e a mais sofisticada, é um sistema multi-zonas que permite que se ouça qualquer fonte de áudio a qualquer momento, em cada ambiente. Cada zona (ou ambiente sonorizado) tem seu próprio teclado, usado para se escolher a partir de qual fonte será ouvido (e controlado) o som. O equipamento central deve ser escolhido de acordo para suportar estas necessidades.
    • 64 Figura 25 - Controle de Aúdio e Equipamentos por ambiente Alguns destes sistemas fazem mais do que apenas sonorizar ambientes e se comportam como verdadeiros sistemas de comunicação, ligando telefones e porteiros eletrônicos. Também podem ser usados para distribuir sinais de vídeo para os monitores da casa inteira. O sistema de som ambiente é uma alternativa economicamente interessante, pois normalmente basta um bom receptor /amplificador para sonorizar a maioria dos ambientes, sendo que este equipamento está sempre presente nos Home Theaters, não havendo assim necessidade de outros equipamentos. Para não prejudicar a ambientação e garantir uma boa acústica, as caixas para som ambiente devem ser discretas, porém eficientes. Assim, as mais utilizadas são as de embutir em forros de gesso, normalmente de cor branca. É importante também escolher caixas de boa qualidade de reprodução e que resistam bem ao uso prolongado. Para sonorizar ambientes externos, como jardins e piscinas, são necessárias caixas especialmente tratadas para ficar ao tempo. Existem inclusive caixas de som embutidas em pedras, para melhor compor com o paisagismo (Figura 26) [19]. Figura 26 - Exemplo de caixas acústicas internas e externas
    • 65 3.4.2 Home - Theater Consiste num sistema de áudio e vídeo composto de imagens digitais e analógicas com uma ótima qualidade de som, proporcionando a sensação de estar presente na ação que está se desenvolvendo na tela. Para a criação de um bom home theater, a escolha dos equipamentos deve ser criteriosa e sempre acompanhada por uma empresa especializada. Para cada tipo de ambiente são recomendados diferentes equipamentos e caixas acústicas. São necessários como equipamentos básicos para se montar um home theater: • um receptor A/V onde se processam os sinais responsáveis pelos efeitos de som, e estão ligados todos os equipamentos de áudio e vídeo, é responsável pela amplificação do som e o envio de sinais para caixas acústicas, televisores, plasmas ou projetores; vídeo cassete, onde são reproduzidas as tradicionais fitas de vídeo (analógicas); • DVD´s, que reproduzem os discos de vídeo e som digitais, de melhor qualidade; • CD players que reproduzem os CD´s de músicas e geralmente são utilizados os de múltiplos discos, com capacidade desde 5 até 100 discos; • CD registradores (CDR) que são os gravadores de cd´s; • TV’s de tela grande, onde parte-se do princípio que um Home Theater se utiliza de uma TV acima de 29”, sendo cada caso estudado isoladamente pois o tamanho da TV irá depender da distância que se quer assistí-la, assim como o tamanho de seu ambiente; • caixas acústicas pequenas ou grandes, visíveis ou invisíveis, são elas que geram as maiores polêmicas na hora da decoração, mas delas depende o resultado final para um som de boa qualidade. Para criar um ambiente de envolvimento, além de uma qualidade de imagem, é necessário um som adequado. Para ter a sensação de estar dentro do filme os sinais sonoros devem ser separados em canais, onde um som proveniente de trás no enredo do filme deve realmente ser ouvido como se estivesse atrás. Estes canais geralmente
    • 66 são: dois frontais laterais responsáveis pelo estéreo (um avião na tela passando da esquerda para a direita também será ouvido da esquerda para a direita), um frontal central (normalmente vozes), dois traseiros responsáveis pelo envolvimento sonoro (som ambiente como chuva ou sons provenientes de trás) e um canal responsável pelos sons graves _surround_ (efeito de explosões, tremer o chão). Este sistema é conhecido como 5.1, cinco canais posicionados mais o subwoofer, que não precisa ter uma posição específica, mas deve ficar sobre o chão para não vibrar armários e estantes. Existem ainda sistemas 6.1 e 7.1 com um e dois canais traseiros extras, que proporcionam maior envolvimento. O formato de som 5.1 normalmente está disponível nos vídeos em DVD, mas um outro equipamento é necessário para amplificar o som, pois aparelhos de TV normalmente têm apenas saída de som estéreo (2 canais) ou mesmo mono (1 canal). Um excelente equipamento que satisfaz esta necessidade é o receptor. Ele tem a função de processar e amplificar o som, além de possibilitar a centralização dos sinais de som e imagem da residência. Assim, é possível escolher, a partir do receptor, de que aparelho se quer reproduzir o som e a imagem: do DVD, videocassete, TV a cabo ou qualquer aparelho de som, todos com boa qualidade. Para finalizar, deve-se optar por caixas de som de qualidade, para que não haja distorções, e que suportem toda potência fornecida pelo receptor. A figura 27 mostra a localização ideal dos equipamentos. Figura 27 - Localização dos equipamentos numa sala de Home Theater
    • 67 Outros fatores essenciais no bom rendimento do home theater são a iluminação e a acústica. Uma regra básica é nunca deixar que as luzes reflitam na tela. Opte sempre pela iluminação indireta, ou seja, direcionada para o forro ou para as paredes. Para conter a luz das janelas o mais indicado é a persiana. No caso da acústica é bom ter paredes revestidas com placas de fibra de vidro e o piso deve ser de madeira, ter carpetes ou tapetes. Mármore e granito não são recomendados, pois refletem o som. Portanto, para o controle de todos os equipamentos do home theater é necessário ter um sistema de automação que reúne todas as funções somente em um aparelho, diminuindo assim o número de controles remotos. 3.5 Segurança O Sistema de segurança é um dos pontos principais em uma automação residencial. Segurança contra invasão da residência pode ser uma das partes fundamentais, porém não única em um sistema automatizado de segurança que poderá prever também um incêndio, um vazamento de gás ou água em lugares críticos. 3.5.1 Sistema de Alarmes Um sistema de alarme deve ser projetado visando oferecer segurança ao usuário, sendo uma residência ou comércio protegido utilizando-se uma gama de equipamentos que visam detectar uma tentativa de invasão ou uma invasão propriamente dita. Isto ocorre através da colocação de sensores, detectores de presença, que utilizam emissores de sinais infravermelhos para detectar um movimento ou através da colocação de magnéticos em portas e janelas, que detectam sua abertura. Todos estes dispositivos são ligados a uma central de alarme que permite, em um evento, diferenciar em qual zona (localização) houve o ocorrido. O sistema de alarme contra invasão consta dos seguintes equipamentos: • PAINEL DE CONTROLE (fig28) é o cérebro do sistema, no qual serão conectados todos os sensores que estão protegendo o local, recebe informações dos sensores e quando conectado a uma central de monitoramento 24 horas, envia as informações diretamente à Central.
    • 68 Figura 28 - Exemplo de painel de controle do sistema de alarme • Através do TECLADO (fig 29) operamos o sistema, utilizando a senha de segurança. Todas as operações possíveis do sistema (ativar, desativar, inibir, etc.) são feitas através do Teclado. Figura 29 - Exemplo de teclado do sistema de alarme • SENSOR INFRA VERMELHO PASSIVO (IVP) ou SENSOR DE PRESENÇA (fig 30), é sensível ao movimento de fontes radiadoras de calor, ou seja, detecta movimentos mínimos através de raios infra vermelhos que acusam a mudança de temperatura, percebendo qualquer intruso no ambiente protegido.
    • 69 Figura 30 - Exemplo de sensor de infravermelho do sistema e alarme • O SENSOR MAGNÉTICO (fig 31) é normalmente usado para portas, janelas e articulações. Estes sensores geram alarme quando uma de suas partes se afasta da outra, sendo que uma sempre fica fixa (geralmente no batente) e a outra na parte móvel da porta ou janela. Figura 31 - Exemplo de sensor magnético do sistema de alarme • BOTÕES DE PÂNICO (Fig 32): São botões para serem acionados em casos de emergência médica, assaltos ou comunicação silenciosa que o usuário do sistema queira fazer à Central de Monitoramento. Podem ser fixos, instalados em algum ponto estratégico do imóvel (embaixo de mesas, balcões, banheiros, etc), ou portátil (carregados no bolso, pendurados no pescoço, etc).
    • 70 Figura 32 - Exemplo do botão de pânico do sistema de alarme • A SIRENE é instalada com objetivo de assustar o invasor e alertar os ocupantes do imóvel e a vizinhança. A função da Sirene é importante, pois faz com que o invasor se retire do local rapidamente. Ao tratar-se de um sistema monitorado, ocorrendo uma intrusão no local, a sirene tocará o tempo programado e via linha telefônica enviará uma mensagem a uma empresa de monitoramento 24 horas, e esta por sua vez irá informar ao cliente o evento ocorrido, e dependendo do serviço poderá enviar um veículo de apoio ao local, que tomará assim as primeiras providências. Um alarme possui diversas funções como armazenamento de horário de abertura e fechamento do sistema; pode ativar luzes ou equipamentos através de senha, por horário ou setor aberto; avisa quando há alguém circulando por portas determinadas pelo usuário, entre outras funções. Para que estas funções possam ser atendidas, é necessária a utilização de equipamentos de qualidade e instalações adequadas. 3.5.2 CFTV (Circuito fechado de TV) Até alguns anos atrás, os sistemas de segurança eram tidos como sofisticados e extremamente caros. Hoje em dia, além de se tornarem de atuação muito ampla, e com tecnologias e aplicações variadas, os sistemas de segurança estão mais acessíveis.
    • 71 Uma nova realidade social tem demonstrado que estes dispositivos têm aplicação necessária em vários tipos de ambientes, sejam residenciais, comerciais e industriais. Os sistemas de segurança têm três metas principais: detecção, resposta de emergência e prevenção. Atualmente, há inúmeras opções para montar o sistema de CFTV que atenda as necessidades do usuário. 3.5.2.1 CFTV Analógico Sistema tradicional de monitoramento e registro através de equipamentos para distribuição de imagens como: • Seqüencial: As imagens serão visualizadas individualmente e sequencialmente desde a 1ª até a última, repetindo ininterruptamente a seqüência. Os seqüenciais podem ser de até 4, 8, 12 ou 16 câmeras. • Quad: Permite a visualização simultânea de imagens provenientes de 4 câmeras, dividindo-se a tela do monitor em 4 quadrantes iguais (fig 33). A imagem de cada câmera é projetada respectivamente em cada quadrante. Figura 33 - Exemplo da tela do monitor no sistema Quad. • Dual Quad.: Permite a entrada de sinais de até 08 câmeras, sendo possível sequenciamento de 04 em 04. • Multiplexador: Permite a visualização simultânea de até 16 câmeras, reservando 1/16 de área da tela do monitor para imagem de cada câmera.
    • 72 • Time Lapse (Equipamento de gravação): É um equipamento cuja finalidade é a gravação de vídeo e áudio em 24, 168 ou 960 horas apenas com uma fita. Algumas considerações devem ser feitas ao escolher o tipo de câmera que será instalada. Se for de uso interno, as escolhas são bem mais simples do que as opções para uso externo. Por exemplo, se a câmera vai ficar sujeita a chuva e sol, deverão ser privilegiados os modelos à prova d'água. Uma boa opção é o uso de caixas de alumínio ou outros materiais para abrigar a câmera, o que facilita inclusive o aproveitamento de modelos normalmente usados em locais protegidos para áreas externas. Um tipo de câmera muito eficiente para uso externo são aquelas dotadas de detector de movimento, podendo inclusive emitir um som quando alguém se aproximar, ou acionar a gravação de uma fita em um videocassete. Existe no mercado a opção entre câmeras colorida e preto-e-branco. As coloridas permitem identificar mais rapidamente e com maior fidelidade pessoas e objetos, sendo, em contrapartida, muito menos sensíveis quando operam com pouca luminosidade. A câmera preto-e-branco captura bem as imagens em condições críticas de luminosidade, sendo recomendadas quando a vigilância noturna é imprescindível. O correto posicionamento das câmeras é fundamental. A maior parte delas tem lentes fixas e, portanto um campo de visão e distância focal também fixa. É preciso, portanto, estar certo da área que se pretende monitorar. Devido à sua pequena distância focal, a maior parte das câmeras não é projetada para "enxergar" pessoas ou objetos posicionados em áreas superiores ao campo de visão. Em geral, utiliza-se uma distância de 2 a 6 metros entre as lentes e a área de monitoramento. Devem-se evitar fontes de luz no campo a ser filmado, pois embora alguns modelos disponham de função auto-íris, fontes luminosas causam zonas escuras que prejudicam muito a qualidade da imagem. Assim, o ideal é evitar zonas iluminadas por holofotes ou luz direta do sol. Quanto aos monitores, existem diversos modelos que funcionam apenas com as imagens do circuito fechado. No entanto, é cada vez mais recomendável fazer uma integração entre o CFTV e o sistema de vídeo da casa (TV a cabo, satélite ou antena),
    • 73 tornando possível ao usuário visualizar a imagem gerada pelo CFTV em qualquer uma das TVs residenciais, em um canal especialmente designado para este fim. Para isso, basta o uso correto de moduladores de sinal. Com um pouco mais de sofisticação, é ainda possível mudar o canal da TV (passando a monitorar a imagem do CFTV) sempre que alguém tocar a campainha da casa ou quando um sensor de presença detectar movimento estranho. Para completar o sistema, deve-se providenciar a correta conexão entre câmeras, monitores e eventuais videocassetes ou equipamento de gravação (caso seja necessário gravar as imagens). Para a transmissão de imagem os cabos coaxiais tipo RG6 são os mais recomendados. Porém, em algumas circunstâncias, onde a passagem de cabos é difícil, podese usar um sistema de transmissão sem fio. Duas soluções são possíveis: utilizar câmeras e transmissores em um único conjunto; e utilizar o transmissor separado da câmera. Nesta segunda hipótese, deve-se posicionar o transmissor em um local mais conveniente e interligá-lo à câmera através de um cabo. 3.5.2.2 Sistema Digital O sistema digital vem tomando um grande espaço na área de segurança eletrônica devido ao seu desempenho e versatilidade. A tendência é que substitua o sistema analógico. Desenvolvido para monitoramento, gravação e transmissão de imagens a distância através de internet, intranet ou IP. Permite que o usuário cheque as imagens em tempo real de qualquer lugar do mundo através da internet. A possibilidade de checar as imagens do CFTV a partir de um local remoto é característica de um sistema bem planejado. O método a ser usado depende de quanto se quer gastar e do que exatamente se quer monitorar. Com o uso de software e hardwares apropriados, o usuário pode acessar as imagens através de um PC, por linha discada, a uma velocidade em torno de cinco quadros (imagens) por segundo. Hoje, com a disponibilidade de acesso de forma contínua a Internet, torna-se possível o
    • 74 monitoramento das imagens de forma ininterrupta e com boa qualidade, não sendo restrito apenas a computadores, mas também através de celulares. 3.5.3 Biometria Do ponto de vista da segurança, biometria significa a verificação da identidade de uma pessoa através de uma característica única e inerente a ela. Essa característica pessoal pode ser tanto fisiológica (como uma impressão digital ou íris do olho) ou comportamental (como a assinatura manuscrita ou uma amostra de voz). No mercado de sistemas biométricos existem diversos padrões, cada um deles direcionados para tipos de aplicações diferentes. A tecnologia biométrica consiste em métodos computadorizados de reconhecimento da identidade de uma pessoa baseada em características físicas estáveis ou comportamentais. É mais bem definido como sendo a forma automática direta e intransferível de verificação ou autenticação da identidade via alguma característica física específica da pessoa, fundamentada em alta tecnologia, com elevados graus de segurança. Para isso relaciona teorias matemáticas e estatísticas de biologia. As mensurações fisiológicas que podem ser utilizados para verificação de identidade de um indivíduo incluem desde impressões digitais, voz, retina, íris, até reconhecimento de face, imagem térmica, análise de assinatura e palma da mão. Elas são de grande interesse em áreas onde é realmente importante verificar a real identidade de um indivíduo. O sistema é simples: primeiramente o usuário precisa se registrar no sistema, permitindo a coleta de impressão digital ou da imagem da íris entre outros elementos mensuráveis. Características-chaves são extraídas e convertidas em um padrão único, que é armazenado como um dado numérico criptografado. Na prática o sistema não grava a foto do rosto ou da impressão digital, mas o valor que representa a identidade biométrica do usuário. Isto acontece por dois caminhos: o da autenticação e o da identificação. No primeiro, os dados da pessoa que quer entrar no sistema são comparados aos dos
    • 75 usuários que ela diz ser. No segundo, o sistema identifica o usuário buscando no banco de dados informações iguais às dele. Aqui os dados de uma pessoa são comparados com os de várias outras, até que se encontre o correto. Neste caso, o nível de segurança é bem satisfatório, principalmente em relação às chamadas taxas de Falso Aceite (índice matemático por percentual de possibilidade de aceitar a identificação de uma pessoa errada, aproximadamente 0,01%) e Falsa Rejeição (índice matemático por percentual de não reconhecer o usuário que está se identificando, por mais que seja a pessoa correta, aproximadamente 0,1%. Normalmente ocorre quando o cadastro é mal feito). A principal vantagem da biometria é que nem mesmo a própria pessoa conhece a sua senha. A solução permite, além do controle de acesso lógico (transações eletrônicas, votação, vestibular, etc.), controle de acionamento (ignição de carro, celulares, equipamentos, etc.), confiabilidade e integridade, total controle sobre as tentativas de acesso indevidas. A biometria oferece comodidade, produtividade e eficiência operacional, valendo-se das características únicas das pessoas. Os sistemas que utilizam a impressão digital e o reconhecimento da íris do olho são bons exemplos disso. A impressão digital é a mais conhecida e antiga das formas biométricas. Também é a mais dominada tecnologicamente. O reconhecimento da impressão digital é o mais popular dos sistemas por cinco motivos: preço, praticidade, não requer qualquer tipo de treinamento, é super reconhecida no mundo como forma de identificação e não é invasiva. Sua implementação é a mais econômica. Sem contar que permite a autenticação segura num sistema informático usando apenas o dedo (Figura 34).
    • 76 Figura 34 – Exemplo de Fechadura biométrica por impressão digital. Cada dedo da mão possui características diferenciadas, por isso, em alguns casos, pode-se utilizar um determinado dedo como chave de um sistema na realização de determinada tarefa. Ou seja, possuímos, em nossas mãos, dez chaves diferentes que não podem ser copiadas. É destas características que a Biometria por impressão digital faz uso para poder operar. Os dispositivos que podem coletar a impressão digital são: ótico, capacitivo e ultra-sônico. O primeiro trabalha através da reflexão da luz sobre o dedo. O segundo mede o calor que sai da digital. Por último, o terceiro envia sinais sonoros e analisa o retorno deles como se fosse um radar milimétrico. Dos três, o sensor ótico é o mais utilizado e também o mais seguro. O reconhecimento da íris é um sistema que vem se desenvolvendo desde a década de 60, e é uma tecnologia seis vezes mais segura que a utilizada na impressão digital. Os leitores da íris colhem dados exatamente da porção colorida do olho a uma distância de 25cm, em média. A íris é o único padrão individual que permanece inalterado por toda a vida do indivíduo. Ela guarda uma imagem muito complexa e, assim como a impressão digital, é única em cada pessoa. Para implementar esse tipo de sistema biométrico, são necessários uma câmera monocromática (as cores não são significativas para a identificação, mas sim os contornos e padrões geométricos) e o programa. A funcionalidade deste sistema é tamanha que, mesmo com lentes de contato ou até óculos escuros, o usuário é
    • 77 reconhecido sem problemas. Esta tecnologia se situa na lista dos aparelhos mais seguros do mundo [24] 3.6 Informática e Comunicação 3.6.1 Cabeamento Estruturado Uma residência bem projetada necessita de uma boa estrutura para aceitar os diferentes tipos de tecnologias atuais e com a internet. Com o cabeamento estruturado é possível instalar desde sistemas de voz como centrais telefônicas até sistemas complexos de informática como redes de computadores com e sem fio, possibilitando a integração com redes externas em diferentes áreas geográficas do mundo [21]. A figura 35 mostra um esquema demonstrativo do cabeamento estruturado. Figura 35 - Esquema demonstrativo do cabeamento estruturado 3.6.1.1 Componentes do sistema de cabeamento estruturado. Um sistema de cabeamento estruturado compõe-se de seis subsistemas, cada qual tendo suas próprias especificações de instalação, desempenho e teste. Os subsistemas podem ser assim especificados: ⇒ Área de Trabalho (Work Area): é o local onde o usuário começa a interagir com o sistema de cabeamento estruturado, é neste local que estão situados
    • 78 seus equipamentos de trabalho, estes equipamentos podem ser: computador, telefone, sistemas de armazenagem de informações, sistema de impressão, sistema de videoconferência, sistema de controle. ⇒ Cabos Verticais (BackBone Cabling): a função básica dos cabos verticais ou backbone cabling é interligar todos os armários de telecomunicação instalados nos andares de um edifício comercial (backbone cabling) ou vários edifícios comerciais (campus backbone), onde também serão interligadas as facilidades de entrada (entrance facilities). A topologia adotada para os cabos verticais é a estrela. Os principais fatores a serem considerados quando de dimensionamento dos cabos verticais são: quantidade de área de trabalho, quantidade de armários de telecomunicações instalados, tipos de serviços disponíveis, nível de desempenho desejado. ⇒ Armário de Telecomunicação (Telecommunication Closet): Quando instalamos todos os cabos do cabeamento horizontal, fazemos sua instalação em cada área de trabalho e na outra ponta, no hardware de conexão escolhido. Este hardware de conexão deve ser protegido contra o manuseio indevido por parte de pessoas não autorizadas, para que isto não aconteça, instalamos todos os hardwares de conexão, suas armações, racks, e outros equipamentos em uma sala destinada para esta função locada em cada andar, esta sala é chamada de armário de telecomunicação (telecommunication closet). Um armário de telecomunicações deve ser instalado levando-se em conta algumas premissas: quantidade de áreas de trabalho, disponibilidade de espaço no andar, instalação física. ⇒ Sala de Equipamentos (Equipments Room): A sala de equipamentos é o espaço reservado dentro do edifício ou área atendida onde está instalado o distribuidor principal de telecomunicações, que irá providenciar a interconexão entre os cabos do armário de telecomunicações, backbone cabling ou campus backbone, com os equipamentos de rede, servidores e os equipamentos de voz (PABX). ⇒ Facilidades de Entrada (Entrance facilities): As facilidades de entrada estão relacionadas com os serviços que estarão disponíveis para o cliente, estes
    • 79 serviços podem ser de: dados, voz, sistema de segurança, redes corporativas, outros serviços. 3.6.1.2 Tipo de Cabeamento O cabeamento do sistema estruturado pode ser das seguintes formas: ⇒ Cabo Coaxial: O primeiro tipo de cabeamento que surgiu no mercado foi o cabo coaxial. Há alguns anos, esse cabo era o que havia de mais avançado, sendo que a troca de dados entre dois computadores era coisa do futuro. Até hoje existem vários tipos de cabos coaxiais, cada um com suas características específicas. Alguns são melhores para transmissão em alta freqüência, outros têm atenuação mais baixa, e outros são imunes a ruídos e interferências. Os cabos coaxiais de alta qualidade não são maleáveis e são difíceis de instalar e os cabos de baixa qualidade podem ser inadequados para trafegar dados em alta velocidade e longas distâncias. Ao contrário do cabo de par trançado, o coaxial mantém uma capacidade constante e baixa, independente do seu comprimento, evitando assim vários problemas técnicos. Devido a isso, ele oferece velocidade da ordem de megabits/seg, não sendo necessário a regeneração do sinal, sem distorção ou eco, propriedade que já revela alta tecnologia. O cabo coaxial pode ser usado em ligações ponto a ponto ou multiponto. A ligação do cabo coaxial causa reflexão devido à impedância não infinita do conector. A colocação destes conectores, em ligação multiponto, deve ser controlada de forma a garantir que as reflexões não desapareçam em fase de um valor significativo. Os cabos coaxiais possuem uma maior imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa freqüência e, por isso, eram o meio de transmissão mais usado em redes locais. ⇒ Par Trançado: Esse tipo de cabo tornou-se muito usado devido a falta de flexibilidade de outros cabos e por causa da necessidade de se ter um meio físico que conseguisse uma taxa de transmissão alta e mais rápida. Os cabos de par trançado possuem dois ou mais fios entrelaçados em forma de espiral e, por isso, reduzem o ruído e mantém constantes as propriedades elétricas do meio, em todo o seu comprimento. A desvantagem deste tipo de cabo, que pode ter transmissão tanto
    • 80 analógica quanto digital, é sua suscetibilidade às interferências a ruídos (eletromagnéticos e radio freqüência). Esses efeitos podem, entretanto, ser minimizados com blindagem adequada. Vale destacar que várias empresas já perceberam que, em sistemas de baixa freqüência, a imunidade a ruídos é tão boa quanto a do cabo coaxial. O cabo de par trançado é o meio de transmissão de menor custo por comprimento no mercado. A ligação de nós ao cabo é também extremamente simples e de baixo custo. Esse cabo se adapta muito bem às redes com topologia em estrela, onde as taxas de dados mais elevadas permitidas por ele e pela fibra óptica ultrapassam, e muito, a capacidade das chaves disponíveis com a tecnologia atual. Hoje em dia, o par trançado também está sendo usado com sucesso em conjunto com sistemas ATM para viabilizar o tráfego de dados a uma velocidade extremamente alta: 155 megabits/seg. ⇒ Par Trançado Sem Blindagem (UTP): Como o nome indica, o cabo de par trançado é composto por pares de fios, sendo que cada par é isolado do outro e todos são trançados juntos dentro de uma cobertura externa. Não há uma blindagem física no cabo UTP; ele obtém sua proteção do efeito de cancelamento mútuo. O efeito de cancelamento mútuo reduz a diafonia entre os pares de fios e diminui o nível de interferência eletromagnética e de radiofreqüência. Os projetistas de rede variam o número de tranças nos fios contidos em cada cabo, a fim de reduzir o acoplamento elétrico e a diafonia entre os pares. O cabo UTP se baseia unicamente no efeito de cancelamento para reduzir a absorção e a radiação de energia elétrica. O cabo de par trançado sem blindagem projetado para redes, contém quatro pares de fios de cobre sólidos modelo 22 ou 24. O cabo tem uma impedância de 100 ohms, um fator importante que o diferencia dos outros tipos de fios de telefone e de par trançado. O cabo de rede UTP tem um diâmetro externo de 1,17 polegada ou 4,3 mm. Esse tamanho reduzido representa uma vantagem durante a instalação. Podemos usar UTPs com as três principais arquiteturas de rede (ARCnet, Ethernet e token-ring), embora em alguns casos os pares de fios apareçam em diferentes conexões de pinos nas tomadas das paredes. Na maioria dos casos, você deverá adquirir placas de interface de rede
    • 81 para o tipo específico de cabeamento, mas muitas placas de interface Ethernet vêm configuradas para cabos coaxiais e UTP. ⇒ Par Trançado Blindado (STP): Os cabos de pares trançados blindados (STPs), como o nome indica, combinam as técnicas de blindagem e cancelamento. Os STP projetados para redes estão presentes em dois tipos. O STP mais simples que é chamado de "blindado de 100 ohms", pois, a exemplo do UTP, tem uma impedância de 100 ohms e contém uma blindagem formada por uma folha de cobre ao redor de todos os seus fios. No entanto, o formato mais comum de STP, lançado pela IBM e associado à arquitetura de rede token-ring IEEE 802.5, é conhecido como STP de 150 ohms. Não só o cabo STP 150 inteiro é blindado para reduzir a interferência eletromagnética e a interferência de radiofreqüência, como cada par de fios trançados é separado um do outro por uma blindagem, o que diminui a diafonia. Além disso, cada par é trançado para que os efeitos do cancelamento sejam aproveitados ao máximo. Observe que ao contrário do que acontece com os cabos coaxiais, a blindagem nos STPs de 150 ohms não faz parte do caminho percorrido pelo sinal, mas é aterrada nas duas extremidades. O STP de 150 ohms é capaz de transportar dados utilizando uma sinalização muito rápida com poucas chances de distorção. ⇒ Fibra Óptica: Quando se fala em tecnologia de ponta, o que existe de mais moderno são os cabos de fibra óptica. A transmissão de dados por fibra óptica é realizada pelo envio de um sinal de luz codificado, dentro do domínio de freqüência do infravermelho a uma velocidade de 10 a 15 MHz. O cabo óptico consiste de um filamento de sílica e de plástico, onde é feita a transmissão da luz. As fontes de transmissão de luz podem ser diodos emissores de luz (LED) ou lasers semicondutores. O cabo óptico com transmissão de raio laser é o mais eficiente em potência devido a sua espessura reduzida. Já os cabos com diodos emissores de luz são muito baratos, além de serem mais adaptáveis à temperatura ambiente e de terem um ciclo de vida maior que o do laser. Apesar de serem mais caros, os cabos de fibra óptica não sofrem interferências com ruídos eletromagnéticos e com radio freqüências e permitem
    • 82 um total isolamento entre transmissor e receptor. Portanto, quem deseja ter uma rede segura, preservar dados de qualquer tipo de ruído e ter velocidade na transmissão de dados, os cabos de fibra óptica são a melhor opção do mercado. O cabo de fibra óptica pode ser utilizado tanto em ligações ponto a ponto quanto em ligações multiponto. A exemplo do cabo de par trançado, a fibra óptica também está sendo muito usada em conjunto com sistemas ATM, que transmitem os dados em alta velocidade. O tipo de cabeamento mais usado em ambientes internos (LANs) é o de par trançado, enquanto o de fibra óptica é o mais usado em ambientes externos. Um cabeamento de fibra ótica teria uma largura de banda típica em torno de 1ghz, o suficiente para utilizar os serviços mais corriqueiros da Internet (FTP, correio eletrônico, Web, videoconferência etc.) com muita folga, assumindo um comprimento máximo de 1,5 Km. 3.6.1.3 Tipos de conectores Os conectores do cabeamento estruturado são os seguintes: ⇒ Conectores (Par Trançado): Quando se tem uma rede de topologia em estrela, onde o cabo utilizado é o par trançado, geralmente se usa o conector RJ45 nas pontas dos cabos e nas placas de comunicação. Nas placas de comunicação e tomadas os conectores são do tipo "fêmea" enquanto nas extremidades dos cabos, são do tipo "macho". ⇒ Conectores Coaxiais: Geralmente utilizado com cabos coaxiais, nas redes de topologia em barra. Em cada ponta do cabo coaxial existirá um conector do tipo BNC. As placas padrão Ethernet possuem conectores BNC tipo fêmea que receberão os conectores tipo macho do cabo coaxial. ⇒ Conectores Ópticos: Os conectores ópticos, como o próprio nome diz, tem a função de conectar a fibra óptica ao componente ópticos dos equipamentos, ou seja, emissor de luz (LASER ou LED) e fotodetector. É um componente de extrema importância na rede, sendo que mal utilizado pode comprometer a confiabilidade do sistema. Os conectores ópticos utilizados nos sistemas de telecomunicações são
    • 83 montados em laboratórios apropriados, devendo ser avaliados com relação à sua perda por inserção (dB). 3.6.1.4 Vantagens do cabeamento estruturado. Alguns benefícios proporcionados pela padronização existente nos sistemas de cabeamento estruturado e que não se verifica nos sistemas de cabeamento nãoestruturado são: • Flexibilidade: O sistema estruturado permite mudanças de layout e aplicações, sem necessidade de mudar todo o cabeamento. • Facilidade de administração: As mudanças de aplicações, manutenção e expansão são feitas por simples trocas de cabos de manobra ou pequenas modificações na infra-estrutura, com a instalação de poucos equipamentos adicionais. • Vida útil: O cabeamento estruturado possui, em geral, a maior expectativa de vida em uma rede, cerca de 10 a 15 anos. • Controle de falhas: Falhas em determinados ramos do cabeamento não afetam o restante da rede. • Custo e retorno sobre investimento: O sistema de cabeamento estruturado consiste em cerca de 2% a 5% do investimento no projeto de uma rede. Levando em conta a vida útil do sistema, é um investimento de prazo de vida muito longo, o que o torna altamente vantajoso. 3.7 Gerenciamento à distância. Grande parte dos sistemas de automação e segurança atuais permite o controle remoto de suas aplicações. Através de uma conexão com a Internet preferencialmente dedicada, o usuário pode interagir com sua residência através de softwares que dentre outras coisas possibilitam ligar ou desligar dispositivos, permitir o acesso à residência de pessoas que não possuam chaves através de fechaduras eletromagnéticas, bem como visualizar em tempo real as imagens do local. Este acesso também já está
    • 84 disponível tanto via celular, por WAP ou SMS, bem como por computadores de mão com conectividade a Internet. 3.8 Centrais de controle Geralmente as centrais de controle ficam localizadas dentro da sala de equipamento num quadro denominado quadro de automação. É o cérebro da casa, responsável pela integração e controle dos sistemas existentes da casa, tais como HVAC, iluminação, cortinas, etc. A seguir são apresentadas algumas dessas centrais de controle existentes no mercado. 3.8.1 Central de controle IHC O IHC é fabricado pela Primelétrica, empresa do Grupo Schneider Electric. As aplicações do IHC são apresentadas a seguir: • Controlar a temperatura do ambiente, acionando o piso aquecido ou ar condicionado; • Identificação pessoal (habilitando acesso com restrições de operações, executando tarefas pré-agendadas como - chegada ou saída de casa, armando ou desarmando o alarme, ligando ou desligando som, luz, ar condicionado, banho,...); • Controle da banheira, hidro e sauna (com seu pré-ligamento); Acionar ventilação e/ou exaustão na presença de gases indesejáveis na cozinha (coifa) ou na garagem (exaustor); • Acionamento de eletrodomésticos (cafeteira, toradeira,...) em horários pré-determinados; • Controle do fogão (elétrico ou gás); • Programação da maquina de lavar louças, roupas ou de secar em horários de tarifação econômica (em estudo para aplicações futuras); • Sinalizações noturnas com rotas habituais;
    • 85 • Acionamento do Home Theater (fechamento das cortinas, acionamento do projetor, apresentação da tela, dimerização das luzes e até promover a interrupção quando necessário); • Controlar a irrigação (por horários, dias da semana, umidade, duração, por zoneamento, somente quando necessário, com interrupção na presença de pessoas, etc.); • Fazer a manutenção da piscina ( filtragem programada, acionamento da hidro, cascata, iluminação, cobertura, controle do Ph, etc.); • Controle da garagem (abertura e fechamento do portão, iluminação totens e balizadores- ,ventilação - gases tóxicos- , alerta de saída de veículos, etc.); O IHC é divido em módulos conforme tabela 10 a seguir [22]: FOTO ÍTEM DESCRIÇÃO APLICAÇÃO Módulo de - 128 Entradas e 128 Saídas É o "cérebro do sistema", controlando os dispositivos Controle - Conexão ao PC via RS 232 de uma casa. É programado a partir de um computador, - Programa em EEPROM via software. Módulo de -16 entradas digitais Recebe sinais de pulsadores, sensores, detectores, etc. Entradas 24V - Tensão de entradas 24 V As informações recebidas são transmitidas ao módulo - Impedância de entradas 1 k de controle. Ohm 24 V - 8 saídas de transistor (PNP) Ativa LEDs de confirmação nos pulsadores para - Tensão de saídas 24 V confirmar estado de cargas como calefação, luzes de - Intensidade max. por saída Módulo de Saídas outro ambiente, etc. 500mA Módulo de Saídas - 8 saídas de relé (2 grupos de 4) Controla 8 cargas de até 230 V, como iluminação, - Tensão de saídas até 230 V motores, sirene, etc. - Corrente máxima por grupo 10 230 V Cada grupo de reles tem sua conexão de fases. A Módulo Modem - Modem telefônico para tons e Transmite alarmes para um telefone pré-determinado. pulsos Com ele é possível consultar estados ou fazer o - Comunicação bidirecional controle forçado do IHC - Protegido com senha
    • 86 Módulo de Módulo Visualizador O Módulo de Alimentação de 3A (72W) pode - Saída 24 V - 3A alimentar todos os módulos, pulsadores, sensores, ou - Protegido contra sobre tensões Alimentação - Entradas 230 V - 50/60 Hz outras consumidores de 24V - Configuração de Permite, através de um IP fixo, que se controle toda a casa pela Internet hardware: Pentium 200 MHz, 64 MB RAM, 100 MB HD, SVGA, Placa Rede - Configuração de software: Win 98, NT4 SP5, 2000 & XP Módulo de Entrada - Uma saída analógica 1-10V O módulo IHC de saída 1-10V é usado para controlar 1-10 V (carga máx de 50 mA componente elétricos, como lâmpadas fluorescentes com reatores dimerizaveis ou Dimmer LK 1000 W CR/LR. - Um relé de saída 230 V separado galvanicamente da outra saída - Fonte de alimentação 2x1.5 V O Controle remoto infravermelhp é usado para bateria (modelo AAA) Alcalina. controlar as funções do sistema IHC. - Alcance de 6 a 8 metros. Infravermelho Tem 8 teclas capazes de controlar 16 funções diferentes. Software IHC Win - Linguagem simples Responsável pela programação. É onde se nomeia - Gera relatórios em Português entradas e saídas, efetua-se testes e gera relatórios que - Permite edição offline servem de guia do que foi programado Tabela 10 - Módulos do IHC A instalação dos módulos é feita em trilho DIN conforme a figura 36: Figura 36 - Método de instalação do módulo IHC 3.8.2 Instabus EIB O Instabus EIB é um barramento de dados descentralizado, produzido pela Siemens, que permite a comunicação direta entre todos os participantes, dirigindo todas as funções através de uma única linha de barramento, isto é, sem necessidade de
    • 87 recorrer a qualquer unidade central. Também possibilita a alimentação dos mesmos participantes. Servindo-se apenas de dois fios, o Instabus EIB permite ainda interligar todos os componentes da instalação. Alguns de seus componentes são apresentados na tabela 11 [23]: Dispositivo Item Descrição Fonte de Alimentação Cada linha de rede de barramento é alimentada em 24 V por uma fonte de 640mA e um filtro que, além da proteção contra curto-circuitos, impede que haja interferências da rede eletrica com a rede de barramento como um todo. Acoplador de linhas ou de áreas Um total de 12 linhas de até 64 participantes pode ser ligado numa mesma área por meio de um dispositivo acoplador que também poderá unir até 15 dessas áreas, permitindo que mais de 11500 dispositivos se comuniquem. Interruptores / pulsadores: multifunções Possuem 1, 2 ou 4 canais por ponto Display de informações Todas as atividades e status do sistema, como avisos ou alarmes, podem ser acompanhados de um display de 20 caracteres com rotatividade das mensagens e função de alarme sonoro.
    • 88 Entradas e saídas binárias Mediante entradas e saídas binárias é possível interagir os sinais (24) de comando e manobra existentes nas linhas de barramento com as cargas da rede elétrica de instalação. Os dispositivos podem ser colocados em quadros com encaixe no trilho DIN. Tabela 11 - Módulos Instabus
    • 89 4 O PROJETO 4.1 Projetando um sistema de automação residencial Para o planejamento de um bom sistema de automação residencial, vários fatores devem ser levados em conta como infra-estrutura necessária, definição dos serviços e componentes, procedimentos de instalação, normas técnicas e outras recomendações que irão assegurar a longevidade do sistema instalado, seu desempenho e segurança para que o sistema esteja disponível para suportar uma grande variedade de aplicações residenciais e de automação. Como primeiro passo, deve-se fazer um levantamento de necessidades individuais e coletivas com relação aos itens de tecnologia doméstica. E para tanto, pode se aplicar um questionário (Apêndice A). A partir das respostas obtidas e da análise detalhada do projeto arquitetônico, é possível efetuar um diagnóstico preciso sobre as características que irão compor o projeto integrado de infra-estrutura do novo imóvel. Dando seqüência, deve-se elaborar uma análise de custo / benefício que não contempla apenas valores financeiros, mas todos os aspectos relevantes: segurança das soluções adotadas, continuidade da tecnologia, facilidade de atualizações e muitos outros, que garantirão ao cliente uma escolha perfeita de serviços e equipamentos. Após ter definido as necessidades individuais e coletivas através da aplicação do questionário, é o momento de se iniciar o desenvolvimento dos conceitos de projeto integrado, tendo conhecimento de toda a gama de tecnologias disponíveis, e assim passar para a fase do projeto detalhado, onde diversas “camadas” de projeto definem o contexto do projeto integrado: segurança (alarmes, CFTV, acesso), áudio e vídeo, cabeamento estruturado, voz e imagem, projeto elétrico complementar, utilidades e automação. Cada um deles é tratado separadamente, no entanto todos se integram em um único projeto. Nesta etapa, estudam-se as interferências, as rotas comuns de cabeamento, a localização da sala técnica do imóvel, quadros de distribuição (Fig.37).
    • 90 Figura 37 - Quadro de distribuição localizado numa sala técnica Devem-se atentar quanto ao planejamento do sistema de cabeamento residencial, fator indispensável para prover uma distribuição interna de cabos de alto desempenho, permitindo a automação, controle e transmissão de sinais pela residência. Citam-se abaixo alguns passos seqüenciais que irão direcionar para um planejamento adequado do cabeamento estruturado, devendo ser realizado em parceria com um profissional especializado nesta área: a) Determinar quais os equipamentos serão instalados em curto prazo; b) Obter as plantas tipo, contendo detalhes de arquitetura, rede elétrica, hidráulica, distribuição de eletrodutos e outras, se necessário; c) Realizar uma análise da disponibilidade dos caminhos a fim de evitar obstáculos que poderão inviabilizar a instalação ou desempenho do sistema após instalação; d) Planejar o caminho a ser destinado para receber os cabos de rede. O espaço central destinado à distribuição destes cabos deverá ser único e também fornecer espaço adequado para terminações de cabos, futuro crescimento, manutenção e segurança;
    • 91 e) Planejar um número adequado de tomadas de serviço em cada ambiente. Para que o projeto de sistemas de automação residencial seja realmente um sucesso em sua implantação e que os parâmetros de desempenho previstos na fase do projeto sejam atendidos, tem-se a necessidade de se ter um profissional especializado, denominado Integrador de Sistemas Residenciais, trabalhando em parceria dentro da equipe multidisciplinar que irá planejar, projetar e implantar os imóveis com recursos de automação, desde a conceituação do empreendimento, oferecendo sugestões que passam a ser incorporadas ao projeto. Sendo assim, surge esse novo profissional no mercado que além de projetar e de conferir validade à infra-estrutura de uma residência, tem sido chamado a participar ativamente da contratação dos equipamentos e serviços e da implantação dos sistemas quando o imóvel está pronto. O papel do integrador de sistemas residenciais é uma atividade inovadora e cheia de desafios, porém é reconhecido e solicitado cada vez mais pelo mercado como uma espécie de consultor que indica as opções mais adequadas para as situações propostas, trabalhando sempre em parceria com os outros profissionais. É um profissional que adquire conhecimentos e habilidades específicas em cursos preparatórios, tendo capacidade para gerenciar projetos e equipes. Deve conhecer redes e as últimas tecnologias disponíveis, reconhecer termos técnicos de engenharia e arquitetura e recomendar técnicas para melhorar o processo de automação. Sua atuação como prestador de serviços inicia-se junto ao usuário que deseja recursos de automação em sua residência, levantando assim as necessidades básicas deste para então seguir na elaboração e detalhamento do projeto integrado. Ao término desta etapa, cabe a este profissional acompanhar a preparação da obra, inserindo mudanças de projeto quando necessários, oferecendo assessoria na contratação dos serviços e compra dos produtos, estando presente ainda na instalação e montagem dos equipamentos, programação de softwares apropriados, onde são realizados os testes de implantação e a validação do projeto. Por fim, se necessário oferecer treinamento aos usuários deste sistema e uma assistência técnica corretiva [18].
    • 92 4.2 Projeto Exemplo O apêndice B traz um exemplo de projeto de automação residencial. A residência é composta de dois pavimentos, com subsolo e área de lazer. Foi desenvolvido para esta residência o projeto de infra-estrutura de rede elétrica, sistema de dados e voz, entretenimento, irrigação de jardins, acionamento de irrigação de jardins, controle de cortinas. 4.2.1 Automação Utilizada 4.2.1.1 Pavimento Superior A residência possui quatro quartos, sendo três suítes. Todos os quartos possuem iluminação convencional e um pulsador próximo à cama para acionamento de luzes e alarmes. Possui também circuito de TV com canal exclusivo para monitoramento interno com imagens das oito câmaras de CFTV distribuídos pela residência e acionamento das entradas por porteiro eletrônico. Todos os quartos são equipados com sonorização ambiente, com controle de seletividade de canal ou faixa de CD através de controle remoto. Nos banheiros foi utilizado um atenuador de volume, além da ativação remotamente. A área de circulação do primeiro pavimento foi projetada com dimerização da iluminação por faixa horária. A partir das 23h00min, o acendimento se dará com apenas 50% da iluminação total. A aspiração central será feita por uma tomada de sucção instalada no corredor interligado à unidade de aspiração localizada na área de serviço. Todas as cortinas e persianas são acionadas remotamente ou por teclado localizado próximo às janelas. As varandas possuem alarmes infravermelhos e monitoramento remoto via internet por uma empresa de segurança a ser contratada.
    • 93 4.2.1.2 Térreo A parte externa da residência será monitorada 24 horas por duas câmaras dispostas nos extremos dos muros, possibilitando a visualização da movimentação da rua que dá acesso à entrada principal. Outra câmara estará localizada na sala de espera ao acesso do interior da residência. Mais quatro câmaras ficarão localizadas nos muros com visualização da residência em si. A oitava câmara está localizada na garagem. Todas as câmaras enviam as imagens para uma espécie de CPU, localizada na sala técnica, que as digitaliza e as retransmite para a central de conectividade, que podem ser vistas num canal de TV ou via Internet pela empresa de segurança. Assim como no primeiro pavimento, as cortinas são automatizadas e há pontos de tomadas para aspiração central. As entradas possuem fechadura biométrica que lê a digital do morador e envia uma mensagem para a central de automação, que ordena a abertura da porta. A fechadura biométrica possui bateria própria, dispensando uma alimentação via rede elétrica. Em caso de falha pode ser aberta por chave própria e exclusiva. A sala de estar será composta por um Home Theater do tipo 5.1que controla toda a sonorização ambiente da residência, inclusive a área de laser e jardim. Toda a iluminação da sala poderá ser composta por cenários de acordo com a preferência dos moradores. Para o jardim foram projetadas duas caixas de som o tipo pedra, por ser mais robusto, e suportar variações atmosféricas. O sistema de sonorização foi projetado para dispensar contratação de sonorização extra em caso de festas. O jardim também conta com irrigação automática. O aspersor será do tipo escamoteável, que se esconde no interior do solo quando não está sendo utilizado. Para se evitar o acionamento da irrigação desnecessariamente, o sistema possuirá um sensor de chuva que avisará ao sistema central o adiamento da irrigação. A piscina possuirá iluminação interior do tipo LED, podendo ser acionado até pelos quartos lá no primeiro pavimento.
    • 94 Os cabos utilizados no cabeamento de dados e voz serão do tipo RG-6 ou um cabo múltiplo composto de dois cabos UTP, dois cabos coaxiais categoria 5 e em cabo de fibra ótica. Na sala técnica ficará o quadro de conectividade que suportará os módulos de controle de fabricante e especialidade determinado pelo Integrador de Sistemas Residências contratado. A grande vantagem destes módulos é que, quando necessário expandir o sistema, basta acrescentar mais módulos ao quadro de distribuição. Um módulo de telefonia permite que todas as chamadas encaminhadas sejam atendidas em qualquer aparelho na casa inteira. Um módulo de vídeo básico encaminha sinais de TV a cabo e satélite para todos os pontos e ainda pode distribuir imagens do circuito interno de TV e do vídeo cassete ou do DVD para todos os televisores da casa. Alguns fabricantes dispõem também de módulos de rede, assim múltiplos computadores podem compartilhar arquivos e acessar vários tipos de periféricos, como CD-ROM, modems, e impressoras remotamente. Deve-se deixar claro que não é preciso instalar todos esses equipamentos de uma só vez, pode-se ir colocando aos poucos, de acordo com as possibilidades financeiras do cliente. Mas toda a infra-estrutura deve ser planejada com antecedência para se evitar ‘quebra-quebra’ futuramente. Pois, como dito anteriormente, o custo em cabeamento estruturado e em eletrodutos vazios não passará de 5% de todo o custo total da construção. 4.2.1.3 Subsolo A adega contará com sistema de ar condiocionado, sonorização ambiente e aspiração central. Para o depósito foi projetado somente sistema de cabeamento estruturado com pontos de dados e voz.
    • 95 5 CONCLUSÃO Percebem-se como as novas tecnologias e novas perspectivas de evolução, cada vez mais presentes no dia a dia da sociedade, influenciam diretamente em seus modos de viver, pensar e agir. No entanto, o que se pode notar são as tecnologias fazendo parte cada vez mais da vida das pessoas. Há alguns anos atrás, não se imaginava que o celular seria um aparelho indispensável e que qualquer veículo, por mais simples, possuiria injeção eletrônica, trava e vidro elétricos, bastando apertar somente um botão para fechar os vidros e acionar o alarme, fato que para muitos poderia ser considerado supérfluo. O fato é que a modernidade já atinge os lares brasileiros e a automação residencial já é uma realidade que proporciona total conforto e segurança para agradar, e muito, ao morador. Mas para que esta nova tecnologia possa ser usufruída por todos, é necessário uma infra-estrutura adequada para receber a infinidade de recursos disponíveis no mercado, sem contar instalação de pontos de telefonia, TV a cabo, Internet e Intranet, recursos básicos os quais já podem ser implantados em novas residências, visto que o custo inicial é insignificante em relação aos equipamentos, que podem ser instalados a qualquer momento. Assim, muitos empreendimentos já estão sendo projetados com esta infraestrutura adequada para abrigar diversas opções de tecnologia: cabeamento estruturado para dados, voz e imagem, sistemas de segurança, áudio e vídeo, controle de iluminação, cortinas e venezianas automáticas, utilidades (como aspiração central, irrigação, piso aquecido e outras). Mesmo que o construtor não entregue a casa já equipada, este imóvel assim preparado vai propiciar um aumento considerável da demanda quando for habitado. O usuário, ciente da infra-estrutura disponível, terá mais facilidade para instalar e operar os diversos equipamentos e poderá escolher aqueles que mais lhe interessam e cabem no seu orçamento. Contudo, num horizonte muito próximo, podemos contar com um considerável aumento da demanda, não só por produtos de automação doméstica, mas também pelos serviços inovadores e capacitados que os acompanham. Em termos de
    • 96 conforto e praticidade, há sistemas disponíveis para automatizar - e controlar à distância, por telefone ou computador - a iluminação e ventilação das residências, acionar eletrodomésticos, monitorar interiores, irrigar o jardim, limpar a piscina, aquecer a banheira ou ordenar a aspiração central a vácuo da poeira da casa. Uma casa automatizada está deixando de ser um luxo, pois além de conforto, representa segurança, economia e qualidade de vida. E a indústria da construção civil já sabe que esse é um importante diferencial de venda, até mesmo nos imóveis para a classe média. Portanto, a tecnologia é real e está presente cada vez mais no cotidiano das pessoas.
    • 97 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Bolzani, Caio Augutus Morais, Residência Inteligentes, Domótica, Redes Domésticas, Automação Residencial, 1ª Edição, São Paulo, Editora Livraria da Física, 2004. [2] www.idealhome.com.br, acessado em 25/08/05 [3] VELLOSO Pedro Braconnot, CUNHA Daniel de Oliveira, JUNIOR Aurélio Amodei, RUBINSTEIN Marcelo Gonçalves e DUARTE Carlos Muniz Bandeira, Redes Domiciliares: Aplicações, Tecnologias, Desafios e Tendências, Grupo de Teleinformática e Automação da Universidade Federal do Rio de Janeiro e Departamento de Eletrônica e Telecomunicações da Universidade Estadual do Rio de Janeiro. [4] www.casadomo.com, acessado em 26/08/05. [5] VARGAS Antunes, Estudo sobre Comunicação de Dados via Rede Elétrica para Aplicações de Automação Residencial/Predial, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Projeto de Diplomação, Janeiro de 2004. [6] www.domotics.com, acessado em 28/08/205. [7] www.cebus.org, acessado em 30/08/2005. [8] www.caba.org, acessado em 01/09/2005. [9] www.dolosys.com, acessado em 02/09/2005. [10] www.batibus.com, acessado em 05/09/2005. [11] MAIA, Roberto Mattos Franklin, Bluetooth - Promessas de uma nova tecnologia, Recife, 2003, Monografia apresentada no Curso de Graduação de Bacharelado em Sistema de Informação na Faculdade Integrada do Recife. [12] www.springer.com, acessado em 07/09/2005. [13] www.ccnautomacao.com.br, acessado em 07/09/2005. [14] TEZA, Vanderlei Rabelo, Alguns Aspectos sobre Automação Residencial – Domótica, Dissertação de mestrado, Santa Catarina, 2002, Programa de PósGraduação em Ciência da Computação da Universidade de Santa Catarina. [15] www.casasmart.com.br, acessado em 11/09/2005. [16] www.sensis.com.br/scenario, acessado em 12/09/2005.
    • 98 [17] www.somfy.com, acessado em 13/09/2005. [18] www.aureside.org.br, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL. Publicações. Artigos, acessado em 14/09/2005. [19] www.inbase.com.br, acessado em 15/09/2005. [20] www.portaldaautomacao.com.br, acessado em 25/09/2005. [21] Pinheiro, José Maurício dos S, Guia Completo de cabeamento de redes, Rio de Janeiro, Editora Campus, 2003. [22] www.primeletrica.com.br, acessado em 30/10/2005. [23] www.siemens.com.br, acessado em 01/12/2005. [24] www.doromo.com.br, acessado em 23/09/2005.
    • 99 APÊNDICE A
    • 100 MODELO DE CHECK-LIST Cliente: _________________________________________________________ Endereço: _______________________________________________________ Telefone contato: ________________________ E-mail: __________________ Assinalar: Nível admissível de intervenção na obra: ( ) total ( ) parcial ( ) mínimo Estágio da obra: ( ) projeto ( ) obra nova ( ) reforma 1- ÁUDIO E VÍDEO (HOME THEATER, SOM AMBIENTE) 1.1- Haverá uma sala dedicada exclusivamente ao Home Theater? ( ) Sim ( ) Não 1.2- Haverá mais de um Home Theater na casa? ( ) Sim ( ) Não Se sim, neste caso, quantos? ( ) 1.3- Qual o tipo de monitor pretendido? ( ) TV até 40 polegadas. Onde estará? _______________ ( ) TV com mais de 40 polegadas. Onde estará? _______________ ( ) Telão (até 120 polegadas) com projetor? Onde estará? _______________ ( ) Monitor de plasma? Onde estará? _______________ 1.4- Assinale o equipamento básico pretendido: ( ) DVD ( ) Vídeo Cassete HiFi ( ) CD Player ( ) Gravador de CD
    • 101 ( ) Videokê ( ) Laser Disc 1.5- Previsão para som ambiente? ( ) Sim ( ) Não Se positivo, em quantos ambientes? ( ) Especificar quais: _________________________________________________ _______________________________________________________________ 1.6- Gostaria de ter possibilidade de acesso remoto para troca de CD´s/discos, mudança de estação, controle de volume? ( ) Sim ( ) Não Caso positivo, desejar operar como? ( ) Controle remoto ( ) Interruptores de parede (keypads) 1.7- Deseja dispor de distribuição do sinal de vídeo (a partir do Home Theater) para toda a casa? ( ) Sim ( ) Não 1.8- Instalar alto-falantes em diversos ambientes a fim de possibilitar o acesso de qualquer fonte de áudio? ( ) Sim ( ) Não 1.9- Comentários: _______________________________________________________________ 2- TELECOMUNICAÇÃO (TV POR ASSINATURA) 2.1- Quais as opções de TV que pretende utilizar? ( ) DirectTV ou SKY (satélite) ( ) Cabo ( ) Parabólica ( ) Antena comum/coletiva ( ) Outra. Especifique: ____________________________________________
    • 102 2.2- Pretende assinar as opções de payperview? ( ) Sim ( ) Não 2.3- Deseja assistir a VCR, DVD, TV a Cabo ou Satélite Digital em qualquer aparelho de TV? ( ) Sim ( ) Não 2.4- Comentários: _______________________________________________________________ 3- REDE DE COMPUTADORES 3.1- Quantos computadores pretende ter na casa? ( ) Em quais ambientes? _____________________________________________ _______________________________________________________________ 3.2- Os computadores existentes na casa irão compartilhar os periféricos (impressoras, scanners, etc), arquivos de dados e softwares? ( ) Sim ( ) Não 3.3- Será necessária uma conexão com a Internet para todos os computadores? ( ) Sim ( ) Não Assinalar tipo de conexão: ( ) Acesso discado (simples) ( ) Acesso banda larga (24 horas) 3.4- Deseja compartilhar imagens e sons da Internet com o sistema de áudio e vídeo da casa? ( ) Sim ( ) Não 3.5- Comentários: _______________________________________________________________ 4- TELEFONIA (VOZ E DADOS) 4.1- Escutar uma chamada telefônica em qualquer alto-falante, antes de atender ao telefone? ( ) Sim ( ) Não
    • 103 4.2- Cancelar qualquer fonte de áudio/vídeo quando de uma chamada telefônica ou tocar a campainha? ( ) Sim ( ) Não 4.3- Deseja utilizar mensagens de voz para avisar à sua porta, qualquer visitante que você não está em casa? ( ) Sim ( ) Não 4.4- Atender a campainha de sua casa a partir de qualquer telefone fixo ou remoto? ( ) Sim ( ) Não 4.5- Comentários: _______________________________________________________________ 5- SEGURANÇA (ALARME E CIRCUITO FECHADO DE TV – CFTV) 5.1- Ativar o sistema de vigilância através de câmeras quando algum movimento é detectado em qualquer dependência, quando a campainha é acionada, iniciando a gravação da imagem em seu VCR ou computador pessoal? ( ) Sim ( ) Não 5.2- Deseja selecionar algumas lâmpadas dentro da residência quando um movimento for detectado em qualquer dependência externa? ( ) Sim ( ) Não 5.3- Selecionar algumas lâmpadas para acender/apagar fornecendo a aparência de que a residência está ocupada? ( ) Sim ( ) Não 5.4 Ativar o sistema de alarme quando identificado excesso de gás, temperatura ou qualquer evento pré-estabelecido? ( ) Sim ( ) Não 5.5 Interromper o funcionamento do sistema de ar-condicionado em caso de detecção de incêndio? ( ) Sim ( ) Não
    • 104 5.6- Comentários: _______________________________________________________________ 6- CONTROLE DE ILUMINAÇÃO 6.1- Gostaria de controlar a iluminação e/ou equipamentos a partir de seu computador, controle remoto, ou qualquer aparelho telefônico inclusive celular? ( ) Sim ( ) Não 6.2- Programar seu sistema de iluminação ou equipamentos para serem ativados ou desativados em resposta a eventos específicos? ( ) Sim ( ) Não 6.3- Criar cenários envolvendo diversos componentes a ser ativado em resposta a eventos específicos? ( ) Sim ( ) Não 6.4- Utilizar termostatos para ativar equipamentos segundo programações específicas? ( ) Sim ( ) Não 6.5- Comentários: _______________________________________________________________ 7- UTILIDADES (ASPIRAÇÃO / IRRIGAÇÃO) 7.1- Deseja ativar o sistema de irrigação em resposta a eventos programados ou condições climáticas? ( ) Sim ( ) Não 7.2- Comentários: _______________________________________________________________ 8- GERENCIAMENTO À DISTÂNCIA 8.1- Utilizar seu aparelho telefônico como um Intercomunicador?
    • 105 ( ) Sim ( ) Não 8.2- Receber alertas em qualquer número telefônico, emitido pelo seu sistema de segurança em caso de emergência? ( ) Sim ( ) Não 8.3- Comentários: _______________________________________________________________
    • 106 APÊNDICE B