Automação residencial

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Automação residencial

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PROJETO DE GRADUAÇÃO AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL DIANE CRISTINA SOUZA SENA VITÓRIA – ES DEZEMBRO/2005
  2. 2. 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
  3. 3. 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.
  4. 4. “A mente que se abre a uma nova idéia nunca mais volta ao tamanho original.” (Albert Einstein) i
  5. 5. 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
  6. 6. DEDICATÓRIA Ao meu marido Glaucio Perin Corti. iii
  7. 7. 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
  8. 8. 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
  9. 9. 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
  10. 10. SIMBOLOGIA vii
  11. 11. 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
  12. 12. 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
  13. 13. 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
  14. 14. 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
  15. 15. 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
  16. 16. 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].
  17. 17. 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.
  18. 18. 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.
  19. 19. 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.
  20. 20. 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.
  21. 21. 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].
  22. 22. 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.
  23. 23. 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.
  24. 24. 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:
  25. 25. 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.
  26. 26. 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
  27. 27. 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.
  28. 28. 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.
  29. 29. 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.
  30. 30. 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.
  31. 31. 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.
  32. 32. 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
  33. 33. 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).
  34. 34. 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.
  35. 35. 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,
  36. 36. 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].
  37. 37. 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.
  38. 38. 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;
  39. 39. 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.
  40. 40. 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
  41. 41. 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;
  42. 42. 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
  43. 43. 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
  44. 44. 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.
  45. 45. 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].
  46. 46. 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.
  47. 47. 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.
  48. 48. 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.
  49. 49. 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.
  50. 50. 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.
  51. 51. 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.
  52. 52. 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.
  53. 53. 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,
  54. 54. 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
  55. 55. 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.
  56. 56. 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.
  57. 57. 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
  58. 58. 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
  59. 59. 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.
  60. 60. 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
  61. 61. 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
  62. 62. 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.
  63. 63. 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).
  64. 64. 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].
  65. 65. 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.
  66. 66. 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.
  67. 67. 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

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