CENTRO UNIVERSITRIO SALESIANO DE SO PAULO UNISAL

Curso de Cincia da Computao

Automao Residencial com Integrao do Arduino e

SO Android: Um Estudo de Caso

Fabiano Augusto Cardoso da Silva

e-mail: fabianoaugustoacs@hotmail.com

RESUMO O desenvolvimento de

microcontroladores programveis tem

possibilitado o surgimento de diversos aplicativos

nas mais variadas situaes, das quais a

automao residencial tem recebido ateno

especial devido ao fato de proporcionar

segurana. Este trabalho tem por objetivo

apresentar a viabilidade da integrao entre o

Arduino e smartphones com o SO Android,

direcionados para controlar alguns aspectos de

uma residncia. O projeto apresenta o

funcionamento de um sistema de automao

residencial utilizando um microcontrolador

ATmega2560 com um Ethernet shield e mdulo

de identificao por rdio frequncia, capaz de

controlar lmpadas e sensor de temperatura

atravs de um aplicativo do sistema operacional

Android para celular ou tablet.

Palavras chaves: Automao residencial,

Arduino, Android, ATmega2560.

Trabalho de concluso de curso apresentado

ao Centro Universitrio Salesiano de So

Paulo, como parte dos requisitos para a

obteno do Grau de Bacharel em Cincia da

Computao. Orientador: Prof. Ms. Carlos

Henrique L. Feichas.

ABSTRACT - The development of programmable

microcontrollers has made possible the

emergence of various applications in the most

varied situations, where the home automation has

received special attention due to security. This

work aims to present the feasibility of integration

between Arduino and smartphones with Android

OS, targeted to control some aspects of a

residence. The design features the workings of a

home automation system using a microcontroller

ATmega2560 with an Ethernet shield and radio

frequency identification module, able to control

lights and temperature sensor through an

application of the Android operating system for

mobile or tablet.

Keywords: Automation home, Arduino,

Android, ATmega2560.

I - INTRODUO

Atualmente pode-se verificar a necessidade da

comodidade e facilidade das pessoas em

diversas atividades do dia a dia, em especial a

automao residencial. O objetivo do projeto visa

disponibilizar a interao do cliente com a

residncia atravs de tecnologias de baixo custo

disponveis no mercado. O cliente ter interao

total com todos os dispositivos da residncia

ligados ao microcontrolador, atravs de uma

conexo estabelecida entre o roteador wireless e

o aplicativo do celular. A interao continua

tambm por meio do acesso aos portes da casa

atravs de cartes de identificao por rdio

frequncia. Para a concluso do projeto foram

utilizados diversos componentes para o Arduino,

descritos durante este artigo. Foi desenvolvido

um aplicativo para o sistema operacional Android

para o gerenciamento dos dispositivos da

residncia, ele responsvel para enviar as

requisies ao roteador wireless que so

processadas na placa do arduino, assim ativando

e desativando os atuadores e sensores ligados a

ele.

II - DEFINIES IMPORTANTES

A seguir so apresentados os conceitos

fundamentais que orientam a produo do projeto

desenvolvido.

A. Microcontroladores

Um microcontrolador um computador dentro de

um nico chip, contendo um processador,

memria e perifricos de entrada/sada. um

microprocessador que pode ser programado para

funes especficas, em contraste com outros

microprocessadores de propsito geral (como os

utilizados nos computadores). Eles so

embarcados no interior de algum outro dispositivo

(geralmente um produto comercializado) para que

possam controlar as funes ou aes do

produto. Um outro nome para o microcontrolador,

portanto, controlador embutido. Os

microcontroladores se diferenciam dos

processadores, pois alm dos componentes

lgicos e aritmticos usuais de um

microprocessador de uso geral, o

microcontrolador integra elementos adicionais em

sua estrutura interna, como memria de leitura e

escrita para armazenamento de dados, memria

somente de leitura para armazenamento de

programas, EEPROM para armazenamento

permanente de dados e interfaces de entrada e

sada de dados. [1]

B. Sistema operacional do celular

O sistema operacional do celular o conjunto de

aplicativos cuja funo gerenciar os recursos do

sistema. Por exemplo, definir qual aplicativo ser

executado primeiro pelo processador,

gerenciamento da memria, etc. a plataforma

de interao entre voc e o celular. [2]

C. Automao residencial

Hoje o conceito de Automao Residencial est

mudado. Temos ao nosso alcance uma gama de

possibilidades prticas e econmicas que utilizam

a automao, desde a bsica at a mais

abrangente, em sistemas de integrao para

diversos ambientes. O resultado um ambiente

prtico, confortvel, agradvel, mais bonito,

valorizado e seguro, tudo isso de acordo com o

interesse do usurio. Trata-se da aplicao de

sistemas de controle baseados na automao

para todas as funes encontradas no ambiente,

integrando seus acionamentos e visando sempre

a praticidade, simplicidade e objetividade dos

comandos. Todas estas funes sem se desfazer

da beleza, do conforto e valorizando o ambiente.

[3]

III - DESCRIO DO PROJETO

Para o desenvolvimento deste projeto foi criada

uma maquete que representa uma casa real com

os principais itens a serem controlados pelo

smartphone com Android: duas lmpadas, um

termmetro, um feixe de raio laser e um sensor

de temperatura. A proposta demonstrar a

viabilidade de se controlar, remotamente, esses

componentes de acordo com as necessidades do

usurio. Nesse contexto, o sistema apresenta

uma interface simples, amigvel para que o

usurio leigo possa controlar alguns aparelhos

em sua residncia. A Figura 1 apresenta a

maquete com os componentes citados

anteriormente.

Figura 1 Maquete com os componentes [12]

As conexes dos componentes foram realizadas

por meio de fios em uma protoboard e do

microcontrolador arduino, em alguns

componentes foi necessrio utilizar a solda para

uma conexo mais robusta. A Figura 2 apresenta

com foram feitas as conexes.

Figura 2 Conexo Geral [12]

O aplicativo para Android foi desenvolvido com

um design simples e intuitivo para o usurio. Na

tela principal conforme a Figura 3, so muitos

dispositivos que podem ser controlados, porm

somente algumas aplicados a esse projeto.

Figura 3 Tela principal [12]

Figura 4 Tela de controle das lmpadas [12]

Figura 5 Tela de controle do alarme [12]

No momento que acionado alguma

funcionalidade o aplicativo enviada uma

requisio para ser processada no Arduino.

A comunicao do sistema de automao

funciona por meio de uma conexo wireless entre

o smartphone e o roteador, por sua vez ligado ao

Ethernet Shield por um cabo de rede RJ45, que

esta conectado ao arduino. O aplicativo do

smartphone envia requisies ao arduino via rede

wireless, o arduino processa a requisio e

executa a funo. Na Figura 6 possvel ver o

fluxo de comunicao do sistema.

Figura 6 Fluxo de comunicao [12]

IV - METODOLOGIA UTILIZADA

Definio dos componentes utilizados no projeto.

Arduino Mega

O Arduino mega 2560 uma placa

microcontroladora baseada no ATMega2560. Ele

tem 54 entrada / sada digital (dos quais 14

podem ser usados como sadas PWM), 16

entradas analgicas, tenso de funcionamento

de 5V, memria flash de 256 KB sendo 8 KB

utilizada pelo bootloader, velocidade de clock 16

MHz, uma conexo USB e um conector de

alimentao. A Figura 7 apresenta o modelo

utilizado no projeto. [4]

Figura 7 Arduino Mega 2560 [4]

Ethernet Shield

O Ethernet shield permite que uma placa Arduino

possa se conectar uma rede local via cabo

RJ45. O shield baseado no chip Wiznet W5100

ethernet, que fornece suporte a rede TCP e UDP.

Ele suporta at quatro conexes de soquete

simultneas e tem velocidade de conexo de

10/100 MB. A Figura 8 apresenta o modelo

utilizado no projeto. [5]

Figura 8 Ethernet Shield Wiznet W5100 [5]

Mdulo de Identificao por Rdio Frequncia

O mdulo de identificao por Rdio Frequncia

tambm conhecido como mdulo de RFID,

permite que uma placa Arduino faa a leitura e

gravao em cartes e tags de codificao

eletrnica com frequncia de 125 KHz. No

necessrio o contato direto com o objeto, em uma

distancia de 6 cm a identificao do carto ou tag

feita automaticamente. O mdulo baseado no

chip Philips MFRC522, voltagem de

funcionamento de 3.3V e frequncia de operao

13.56 MHz. A Figura 9 apresenta o modelo

utilizado no projeto. [6]

Figura 9 Mdulo de identificao por Rdio Frequncia [6]

Rele Shield

O rele shield fornece a maneira mais fcil de

controlar dispositivos de alta tenso. O rel um

dispositivo eletromecnico ou no, com inmeras

aplicaes possveis em comutao de contatos

eltricos. Servindo para ligar ou desligar

dispositivos. normal o rel estar ligado a dois

circuitos eltricos. No caso do Rel

eletromecnico, a comutao realizada

alimentando-se a bobina do mesmo. Quando uma

corrente originada no primeiro circuito passa pela

bobina, um campo eletromagntico gerado,

acionando o rel e possibilitando o funcionamento

do segundo circuito. Sendo assim, uma das

aplicabilidades do rel utilizar-se de baixas

correntes para o comando no primeiro circuito,

protegendo o operador das possveis altas

correntes que iro circular no segundo circuito

(contatos). A Figura 10 apresenta o modelo

utilizado no projeto.[7]

Figura 10 Rele Shield [7]

Sensor de temperatura

O sensor de temperatura LM35 um sensor de

preciso, fabricado pela National Semiconduct,

que apresenta uma sada de tenso linear relativa

temperatura em que ele se encontrar no

momento em que for alimentado por uma tenso

de 4-20V dc e GND, tendo em sua sada um sinal

de 10mV para cada Grau Celsius de temperatura,

sendo assim, apresenta uma boa vantagem com

relao aos demais sensores de temperatura

calibrados em KELVIN, no necessitando

nenhuma subtrao de variveis para que se

obtenha uma escala de temperatura em Graus

Celsius. A Figura 11 apresenta o modelo utilizado

no projeto. [8]

Figura 11 Sensor de temperatura LM35 [8]

Sensor de luminosidade LDR

O sensor de luminosidade LDR um tipo de

resistor cuja resistncia varia conforme a

intensidade da luz que incide sobre ele. Um LDR

um raio de infra-vermelho de entrada que

converte a luz em valores de resistncia. feito

de sulfeto de cdmio ou seleneto de cdmio. Sua

resistncia diminui quando a luz muito alta, e

quando a luz baixa, a resistncia no LDR

aumenta.[9] A Figura 12 apresenta o modelo

utilizado no projeto.

Figura 12 Sensor de luminosidade LDR [9]

Raio laser

O raio laser formado por partculas de luz

(ftons) concentradas e emitidas em forma de um

feixe contnuo. Para fazer isso, preciso

estimular os tomos de algum material a emitirem

ftons. Essa luz canalizada com a ajuda de

espelhos para formar um feixe.[10] A Figura 13

apresenta o modelo utilizado no projeto.

Figura 13 Caneta laser [10]

Visor LCD

um mdulo composto por uma tela de cristal

liquido de 16 colunas por 2 linhas, que funciona

em 5V, utiliza um chipset ST7066/HD4478 de

interface paralela. Este ligado a placa do arduino

possibilita exibir as informaes em tempo real

em seu visor. A Figura 14 apresenta o modelo

utilizado no projeto.

Figura 14 Visor LCD 16x2 [11]

Ferramentas necessrias

Foram utilizadas as seguintes ferramentas para o

desenvolvimento do projeto: IDE Eclipse para o

desenvolvimento do aplicativo em Android, IDE

arduino para o desenvolvimento do cdigo

gravado no microcontrolador. Ferro de solda para

a conexo entre os fios e mdulos. Multmetro

para a verificao dos contatos.

V -LINGUAGEM DE PROGRAMAO

Neste projeto foram utilizadas as linguagens

Wiring similar a C/C++ para a gravao no

microcontrolador e Android que JAVA para o

aplicativo do smartphone.

Um exemplo das principais funes em Wiring e

JAVA:

A. Acionamento da lmpada feito pela sada

digital 12, quando recebe o comando HIGH ele

liga e quando recebe o LOW desliga.

pinMode(lampada1, 12);

void lampada_on(){

digitalWrite(lampada1, HIGH);

}

void lampada_off(){

digitalWrite(lampada1, LOW);

}

B. Acionamento da lmpada feita por meio de

requisies HTTP entre o aplicativo e o arduino, a

placa Ethernet shield permite a atribuio de um

endereo IP, criando uma rede local e quando o

arduino recebe do comando pr-determinado ele

executa uma funo.

public void onClick(View arg0) { ClienteHttpGet clienteOFF = new

ClienteHttpGet("http://192.168.0.155:8090/?CMD=L1OFF");}

C. Ativao do alarme, quando o alarme ativado

a caneta laser lana um feixe de raio laser sobre

o sensor de luminosidade. O efeito sonoro

ativado quando o qualquer objeto bloqueie o feixe

de raio laser de chegar ao sensor, assim

deixando valor da luminosidade menor que 100,

por sua vez emitindo o som e exibindo no visor

LCD o texto Invasor Detectado.

void ativa_alarme(){

valorLido_luminosidade = analogRead(LDR);

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Alarme Ativado");

delay(200);

while(valorLido_luminosidade < 100){

digitalWrite(Buzzer, HIGH);

delayMicroseconds(Tom);

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Invasor");

lcd.setCursor(4,1);

lcd.print("Detectado");

delay(1000);

} }

VI - TESTES E RESULTADOS

Foram realizados testes de desempenho de

tempo no acionamento das lmpadas, do sensor

de temperatura e do raio laser pelo aplicativo do

smartphone. E tambm na leitura e acionamento

de funes pelo carto de identificao por rdio

frequncia.

A. No teste de acionamento das lmpadas pelo

aplicativo o resultado foi satisfatrio, o tempo de

resposta foi de aproximadamente 1s entre o

clique no aplicativo at o momento da lmpada

estar ligada ou desligada.

B. No teste de solicitao da temperatura

ambiente o resultado foi satisfatrio, o tempo de

resposta foi de aproximadamente 0,5s entre o

clique no aplicativo at o momento de exibio no

visor de LCD.

C. No teste de acionamento do raio laser o

resultado foi satisfatrio, o tempo de resposta foi

de aproximadamente 0,5s entre o clique no

aplicativo at o momento da ativao.

D. No teste de leitura e acionamento de funes

pelo carto de identificao por rdio frequncia,

o resultado foi satisfatrio, o tempo de resposta

foi de aproximadamente 0,5s da aproximao do

carto at o acionamento de uma funo.

VII CONCLUSES

Diante do sistema apresentado aps os

resultados pode-se concluir que o desempenho

foi timo, tendo em vista os materiais de baixo

custo utilizados. O aplicativo desenvolvido

intuitivo e fcil de usar. O artigo descreveu os

conceitos fundamentais e materiais necessrios

para o desenvolvimento do projeto. O sistema

como um todo ficou simples, objetivo e rpido

fazendo que qualquer usurio possa utilizar sem

problemas.

Referncias

[1]http://eletronicos.hsw.uol.com.br/microcontrolad

ores1.htm

[2]http://www.zoom.com.br/celular/deumzoom/sai

ba-tudo-sobre-sistema-operacional-de-celular

[3]http://www.gdsautomacao.com.br/public/index.

php?option=com_content&view=article&id=51:o-

que-e-automacao-residencial&catid=1:latest-news

[4]http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega25

60

[5]http://arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShiel

d

[6]http://www.b2cqshop.com/best/RC522.pdf

[7]http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Relay_S

hield_for_Arduino_%28SKU:DFR0144%29

[8]http://www.webtronico.com/lm35-sensor-de-

temperatura.html

[9]http://www.technologystudent.com/elec1/ldr1.ht

m

[10]http://mundoestranho.abril.com.br/materia/co

mo-funciona-o-raio-laser

[11]http://store.fungizmos.com/items/357

[12]http://arduino4fun.wordpress.com/2012/12/19/

projeto/

Fabiano Augusto Cardoso da Silva

Atualmente analista de sistemas na empresa

Liebherr Brasil. formado como Tcnico em

Informtica pelo SENAC de Guaratinguet, e est

cursando o 8 perodo de Cincia da Computao

no Centro Salesiano de So Paulo UNISAL,

Lorena,SP.