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CARACTERIZA ¸ C ˜ AO DO PERFIL DE SISTEMAS DOM ´ OTICOS VIA REDES DE SENSORES SEM-FIO Hugo C. C. Michel * , Anisio R. Braga , Carmela M. P. Braga * , Laura C. Braga * * Programa de P´os-Gradua¸ c˜ao em Engenharia El´ etrica, LVAS-EE/UFMG Av. Antˆonio Carlos, 6627, Belo Horizonte, MG, Brasil Departamento de Engenharia Industrial El´ etrica, LEACOPI-CEFET/MG Av. Amazonas, 7675, Belo Horizonte, MG, Brasil Emails: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Abstract— The advent of low cost embedded microcontrolled systems able to communicate wirelessly in a network distributed sensor array has enabled a detailed characterization of usage and conditions of a domotic system. It is presented aspects of programming and application of wireless sensor network monitoring in real time the environmental variables temperature, relative humidity and lighting. Experimental results illustrate a daily profile of trends that characterize an ambient usage and occupation. Inferences about usage demands and the impact of weather and external lighting on a monitored laboratory illustrate some of the advantages of a wide monitoring of domotic systems. Keywords— Wireless Sensor Network, Monitoring, Domotic. Resumo— O advento de sistemas microcontrolados de baixo custo dotados de capacidade de comunica¸c˜ ao sem-fio em uma rede de sensores distribu´ ıdos, tem viabilizado uma caracteriza¸c˜ao detalhada de uso e condi¸c˜oes de um sistema dom´ otico. Apresenta-se aspectos de programa¸c˜ ao e aplica¸ c˜ao de uma rede de sensores sem-fio monitorando as vari´aveis ambientais, temperatura, umidade relativa e luminosidade. Resultados experimentais ilustram o perfil di´ario que cararacteriza o uso e a ocupa¸c˜ao de um ambiente. Inferˆ encias sobre as demandas de uso, e do impacto das condi¸c˜ oes do tempo e da ilumina¸c˜ao externa num laborat´orio monitorado ilustram algumas das vantagens da monitara¸ c˜aodesistemasdom´oticos. Palavras-chave— Redes de Sensores Sem-Fio, Monitoramento, Dom´ otica. 1 Introdu¸c˜ ao O advento de tecnologias baseadas em microcon- troladores de baixo custo, tem viabilizado a im- planta¸c˜ ao de sistemas que visam propiciar a se- guran¸ca, o conforto e o uso mais eficiente da energia em edifica¸ oes habitadas, tais como pr´ e- dios p´ ublicos/comerciais, laborat´ orios e residˆ en- cias (Zigbee-Alliance, 2006). Com capacidade de processamento local suficiente para tratamento de dados e estabelecimento de conex˜ ao em rede com outros sistemas de informa¸ ao ininterruptamente (Handzisk et al., 2005), diversos sistemas micro- controlados para aquisi¸c˜ ao de dados, de forma distribu´ ıda, vˆ em sendo oferecidos no mercado de forma acess´ ıvel e com grande portabilidade. Aautoma¸c˜ ao predial e residencial, denomi- nada dom´ otica (do latin domus = lugar que se habita, casa), compreende sistemas instrumenta- dos (e.g., sensores de temperatura, umidade rela- tiva, etc.) e dotados de elementos para aciona- mentos (e.g., interruptores, rel´ es, etc.) que via- bilizam a monitora¸ ao e a supervis˜ ao cont´ ınua de edifica¸c˜ oes (Braga, 2007). A dom´ otica proporci- ona um gerenciamento parcimonioso de insumos aliado a uma maximiza¸ ao da disponibilidade de diversos sistemas (recursos) presentes na instala- ¸c˜ ao predial/residencial. Ainda que a dom´ otica em residˆ encias esteja predominantemente empregada em sistemas de se- guran¸ca, entretenimento e conforto, os grandes de- safios se referem ao emprego de t´ ecnicas e equipa- mentos que contribuam para o uso racional do es- pa¸co e dos insumos dispon´ ıveis (Jota et al., 2007), e` adetermina¸c˜ ao de fatores subjetivos na caracte- riza¸c˜ ao da demanda de insumos, conforto e perfil de comportamento de ocupantes quanto ao con- sumo de energia el´ etrica, ´ agua, g´ as, etc. Aplica¸c˜ oes dom´ oticas requerem equipamentos de baixo custo e reduzidas dimens˜ oes, a fim de pro- piciar instala¸ oes camufl´ aveis, que n˜ ao interfiram na arquitetura do ambiente dom´ otico, i.e., sem a necessidade de interven¸c˜ oes em estruturas de alve- naria. Entretanto, o monitoramento de ambientes ainda n˜ ao tem dispensado o uso de instrumenta¸ ao e equipamentos industriais, que n˜ ao apenas one- ram o custo de projetos dom´ oticos, como tamb´ em imp˜ oem in´ umeras interven¸c˜ oes na edifica¸ ao. Pr´ e- dios hist´ oricos, museus e igrejas s˜ ao alguns exem- plos de ambientes em que tais interven¸ oes devem ser m´ ınimas. Neste cen´ ario, percebe-se um campo ertil para utiliza¸ ao de redes de sensores sem-fio (RSSF) no monitoramento de ambientes, dado o seu custo reduzido e n˜ ao interferˆ encia na arqui- tetura local. Trabalhos realizados mostram a efi- acia das RSSF para tal finalidade oferecendo su- porte necess´ ario ao controle e automa¸c˜ ao. Isto, ao apenas em edifica¸ oes (Roca et al., 2006; De- mirbas et al., 2006), mas tamb´ em em processos ecol´ ogicos (Mainwaring et al., 2002) e agr´ ıcolas (Burrell et al., 2003). Capaz de agregar niveis aceit´ aveis de con-

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CARACTERIZACAO DO PERFIL DE SISTEMAS DOMOTICOS VIA REDES DESENSORES SEM-FIO

Hugo C. C. Michel∗, Anisio R. Braga†, Carmela M. P. Braga∗, Laura C. Braga∗

∗Programa de Pos-Graduacao em Engenharia Eletrica, LVAS-EE/UFMGAv. Antonio Carlos, 6627, Belo Horizonte, MG, Brasil

†Departamento de Engenharia Industrial Eletrica, LEACOPI-CEFET/MGAv. Amazonas, 7675, Belo Horizonte, MG, Brasil

Emails: [email protected], [email protected],[email protected], [email protected]

Abstract— The advent of low cost embedded microcontrolled systems able to communicate wirelessly in anetwork distributed sensor array has enabled a detailed characterization of usage and conditions of a domoticsystem. It is presented aspects of programming and application of wireless sensor network monitoring in realtime the environmental variables temperature, relative humidity and lighting. Experimental results illustrate adaily profile of trends that characterize an ambient usage and occupation. Inferences about usage demands andthe impact of weather and external lighting on a monitored laboratory illustrate some of the advantages of awide monitoring of domotic systems.

Keywords— Wireless Sensor Network, Monitoring, Domotic.

Resumo— O advento de sistemas microcontrolados de baixo custo dotados de capacidade de comunicacaosem-fio em uma rede de sensores distribuıdos, tem viabilizado uma caracterizacao detalhada de uso e condicoesde um sistema domotico. Apresenta-se aspectos de programacao e aplicacao de uma rede de sensores sem-fiomonitorando as variaveis ambientais, temperatura, umidade relativa e luminosidade. Resultados experimentaisilustram o perfil diario que cararacteriza o uso e a ocupacao de um ambiente. Inferencias sobre as demandas deuso, e do impacto das condicoes do tempo e da iluminacao externa num laboratorio monitorado ilustram algumasdas vantagens da monitaracao de sistemas domoticos.

Palavras-chave— Redes de Sensores Sem-Fio, Monitoramento, Domotica.

1 Introducao

O advento de tecnologias baseadas em microcon-troladores de baixo custo, tem viabilizado a im-plantacao de sistemas que visam propiciar a se-guranca, o conforto e o uso mais eficiente daenergia em edificacoes habitadas, tais como pre-dios publicos/comerciais, laboratorios e residen-cias (Zigbee-Alliance, 2006). Com capacidade deprocessamento local suficiente para tratamento dedados e estabelecimento de conexao em rede comoutros sistemas de informacao ininterruptamente(Handzisk et al., 2005), diversos sistemas micro-controlados para aquisicao de dados, de formadistribuıda, vem sendo oferecidos no mercado deforma acessıvel e com grande portabilidade.

A automacao predial e residencial, denomi-nada domotica (do latin domus = lugar que sehabita, casa), compreende sistemas instrumenta-dos (e.g., sensores de temperatura, umidade rela-tiva, etc.) e dotados de elementos para aciona-mentos (e.g., interruptores, reles, etc.) que via-bilizam a monitoracao e a supervisao contınua deedificacoes (Braga, 2007). A domotica proporci-ona um gerenciamento parcimonioso de insumosaliado a uma maximizacao da disponibilidade dediversos sistemas (recursos) presentes na instala-cao predial/residencial.

Ainda que a domotica em residencias estejapredominantemente empregada em sistemas de se-guranca, entretenimento e conforto, os grandes de-

safios se referem ao emprego de tecnicas e equipa-mentos que contribuam para o uso racional do es-paco e dos insumos disponıveis (Jota et al., 2007),e a determinacao de fatores subjetivos na caracte-rizacao da demanda de insumos, conforto e perfilde comportamento de ocupantes quanto ao con-sumo de energia eletrica, agua, gas, etc.

Aplicacoes domoticas requerem equipamentosde baixo custo e reduzidas dimensoes, a fim de pro-piciar instalacoes camuflaveis, que nao interfiramna arquitetura do ambiente domotico, i.e., sem anecessidade de intervencoes em estruturas de alve-naria. Entretanto, o monitoramento de ambientesainda nao tem dispensado o uso de instrumentacaoe equipamentos industriais, que nao apenas one-ram o custo de projetos domoticos, como tambemimpoem inumeras intervencoes na edificacao. Pre-dios historicos, museus e igrejas sao alguns exem-plos de ambientes em que tais intervencoes devemser mınimas. Neste cenario, percebe-se um campofertil para utilizacao de redes de sensores sem-fio(RSSF) no monitoramento de ambientes, dado oseu custo reduzido e nao interferencia na arqui-tetura local. Trabalhos realizados mostram a efi-cacia das RSSF para tal finalidade oferecendo su-porte necessario ao controle e automacao. Isto,nao apenas em edificacoes (Roca et al., 2006; De-mirbas et al., 2006), mas tambem em processosecologicos (Mainwaring et al., 2002) e agrıcolas(Burrell et al., 2003).

Capaz de agregar niveis aceitaveis de con-

fiabilidade e seguranca as RSSF, o modelo decomunicacao Zigbee (Zigbee-Alliance, 2006), ali-ado ao protocolo IEEE 802.15.4 (IEEE, 2003),vem sendo utilizado por inumeras plataformas.Como exemplo de nos Zigbee, tem-se as famı-lias de motes desenvolvidas na Universidade deBerkley, Mica e Telos, contendo os nos MICAz(Crossbow, 2001), TelosA e o modelo mais recentecomercializado pela Moteiv, o Tmote sky (TelosB)(Moteiv, 2005). Semelhante aos nos de Berkley,tem-se o IRIS mote (Crossbow, 2002), densenvol-vido na Universidade de Vanderbilt. E um no deRSSF mais atual, desenvolvido e comercializado,pela Rabbit, o XBee (Rabbit, 2006).

Apresenta-se neste artigo um sistema de mo-nitoramento de baixo custo via RSSF apropriadopara o uso em edificacoes e residencias. Descreve-se o ambiente de desenvolvimento para platafor-mas de RSSF de codigo livre denominado TinyOS.Resultados de simulacoes e de testes preliminarestambem sao apresentados para ilustrar a aplicacaodos nos de RSSF em domotica. Resultados de ex-perimentos sao analisados ilustrando a aplicacaoda RSSF na caracterizacao de sistemas domoticos.

2 Redes de Sensores Sem-Fio

Uma rede de sensores sem-fio (RSSF) e formadapor modulos microcontrolados de consumo energe-tico ınfimo, i.e., com tempo de vida util extendidoem alguns anos, dotados de sensores ou detectorescom capacidade de se comunicar sem-fio com ou-tros modulos ou nos da mesma rede (Michel, 2006;Moteiv, 2005). Tambem conhecidos como motes,os nos microcontrolados caracterizam-se por ser degrande portabilidade devido as suas pequenas di-mensoes (cerca de 8x3cm), podendo ser facilmenteinstalados e com discricao, em qualquer edificacaosem que haja necessidade de intervencoes na es-trutura local, e.g., fiacao embutida em alvenaria.

2.1 Ambientes de Desenvolvimento

Para o desenvolvimento de uma RSSF e neces-sario um ambiente capaz de abstrair os proble-mas mais comumente encontrados em qualquersistema de rede, e.g., a concorrencia de dados,a implementacao das rotinas de hardware ineren-tes a uma plataforma de RSSF de forma amiga-vel e por ultimo um ambiente capaz de se inte-grar a outros com maior ou menor quantidadede recursos, tornando a plataforma mais versa-til, ampliando os seus campos de aplicacao. Mui-tos sistemas operacionais, voltados para o desen-volvimento de RSSF, vem sendo inspirados ba-seados nesses conceitos, destacando-se o EPOS,densenvolvido na Universidade de Santa Canta-rina (Marcondes et al., 2006) e o TinyOS, utilizadoneste trabalho e desenvolvido na Universidade deBerkley (TinyOS, 2005).

2.2 O Ambiente TinyOS

O ambiente de desenvolvimento TinyOS e uti-lizado para programar os nos Tmote sky. Emsıntese, trata-se de um sistema operacional com-pacto projetado para desenvolver aplicativos paraplataformas de nos sensores, dentre elas a pla-taforma Tmote sky, abstraindo suas funcionali-dades, tais como timers, counters, ADCs, comu-nicacao via protocolo USART (Universal Synch-ronous and Asynchronous Receiver Transmitter),I2C (Inter Integrated Communication), SPI (Se-rial Peripheral Interface), entre outras.

A programacao em TinyOS e feita em lingua-gem nesC, uma extensao da linguagem C com es-truturas e funcoes voltadas para sistemas micro-controlados de tempo real conectados em rede. OnesC e uma linguagem estruturada com Interfa-ces, Modulos e Componentes que sao configuradosou conectados de forma a executar tarefas diver-sas em uma arquitetura multitarefa sequenciada,provida pelo nucleo do sistema operacional dimi-nuto, o TinyOS. O TinyOS prove a abstracao dohardware em tres camadas (Handzisk et al., 2005):camada de Apresentacao do Hardware (HardwarePresentation Layer - HPL); camada de Adapta-cao do Hardware (Hardware Adaptation Layer -HAL); camada de Interface do Hardware (Hard-ware Interface Layer - HIL). A HPL abstrai o

Figura 1: Abstracao de hardware do TinyOS.

hardware sem o uso de estados ou memoria, sim-plesmente encapsulando, por meio da sintaxe donesC, a complexidade do hardware acessada vialinguagem de mnemonicos especıficos. A segundacamada, a HAL, compreende o nucleo da arquite-tura, que contem abstracoes especıficas para cadaplataforma ou classes de dispositivos. Ao in-ves de esconder as caracterısticas individuais dohardware por tras de modelos genericos, a ca-mada HAL expoe as especificidades de cada pla-taforma, proporcionando melhor abstracao, otimi-zando uma aplicacao e preservando o uso efetivodos recursos desse mesmo hardware. A terceiracamada, a HIL, modifica as abstracoes especıfi-cas para cada plataforma, provenientes da camada

HAL, de forma a converte-las em interfaces inde-pendentes do hardware. Tais interfaces dao origema uma camada de abstracao independente acimado hardware que simplifica o desenvolvimento deaplicacoes encapsulando as diferencas fısicas decada plataforma. A Fig.1 ilustra a abstracao dehardware do TinyOS.

2.3 O Modulo Tmote sky

A Fig.2 ilustra o Tmote sky utilizado neste tra-balho. Este no de rede programavel incorporaas funcionalidades de hardware estabelecidas peloprotocolo IEEE 802.15.4, que por sua vez cons-titui o modelo de comunicacao Zigbee. O no deRSSF Tmote sky e divido em tres modulos prin-cipais: modulo de comunicacao via barramentoserial universal (USB), modulo de processamentoe modulo de comunicacao via radio frequencia(RF). A comunicacao dos modulos com compu-tadores do tipo PC e viabilizada por meio da co-nexao serial USB e de um aplicativo que imple-menta as funcoes de aquisicao de dados. O mo-dulo de processamento e baseado no microcontro-lador MSP430F1611 da Texas Instruments Inc.,destacando-se por ser um dispositivo de baixocusto. O modulo de comunicacao via RF propi-

Figura 2: Modulo microcontrolado Tmote sky.

cia ao Tmote sky a capacidade de se comunicarsem-fio a uma distancia de ate 50 metros internoas edificacoes e 125 metros em ambientes livresde obstaculos (Moteiv, 2005), sendo a potencia dotransceiver programavel em oito nıveis, de -24a 0dBm (Chipcon, 2004). A antena do radio edo tipo F-invertido e embutida na propria placade circuito impresso do no de RSSF. A frequen-cia de transmissao de 2,405GHz e centrada emuma faixa que nao requer licenciamento de uso(faixa ISM - Industrial Scientific and Medical),possuindo largura que permite taxas de transmis-sao de ate 250kbps. O Tmote sky utiliza os senso-res de temperatura e umidade SHT11 da SensirionAG, de luminosidade sintetica S1087 (espectro deradiacao da luz sintetica, e.g. lampadas) e lumi-nosidade solar S1087-01 (espectro de radiacao daluz solar) ambos da Hamamatsu Photonics. Paraexpansao do no ainda estao disponıveis mais 6 ca-

nais ADCs, 2 canais DACs e 2 pontos de entradae saıdas (E/S) digitais, com a possibilidade de se-rem configurados ate 10 pontos de E/S (6 ADCs+ 2 DACs + 2 E/S digitais).

3 Monitorando Ambientes Domoticos

A concepcao de um ambiente domotico pode sertao complexa quanto se queira, uma vez que saoinumeras as possibilidades de atuacao, controle esupervisao em uma edificacao.

O comportamento de um determinado grupo(e.g., trabalho, alunos, etc.) e caracterıstico e cı-clico segundo as necessidades do mesmo (Braga,2007), podendo, entao, ser levantado um perfil dainstalacao no que se refere ao consumo dos recur-sos presentes.

E fato que, dados adquiridos ao longo de umano podem revelar as tendencias sazonais desteperfil. Em uma escola, e.g., pode-se prever o con-trole de acesso a todas as salas, assim como de-tectores de presenca e sensores de luminosidadeno interior das mesmas, de forma que o elementofinal de controle, i.e., as lampadas, fiquem acesas,apagadas, ou parcialmente acesas dada a quan-tidade de pessoas na sala, o horario do dia e aintensidade luminosa do ambiente, ou ate mesmoconforme o perıodo letivo.

Equipamentos de climatizacao, e.g., ar condi-cionado (AC), sao responsaveis por 48% da ener-gia consumida em predios publicos (Magalhaes,2001). Um ambiente eficientemente climatizadorequer o uso otimizado destes equipamentos degrande consumo energetico, conforme as condicoesde temperatura e umidade relativa do local, assimcomo o seu horario de funcionamento. Uma ilu-minacao eficiente, preve intervencoes no nıvel deiluminacao de acordo com os expedientes de es-tudo/trabalho e a intensidade luminosa local.

Um ambiente seguro propicia zelo ao patrimo-nio fısico e intelectual de uma instalacao, deman-dando pequenas alteracoes de habitos associadasa estrategias de vigilancia (e.g., deteccao de pre-senca e alarmes). Tais condicoes caracterizam umambiente domotico e, quando aliadas a influenciasda sazonalidade e da periodicidade do uso da edifi-cacao, sobretudo publicas e comerciais, destacam-se por serem razoes categoricas para seu monito-ramento.

Outrossim, por meio do monitoramento,pode-se estabelecer indicativos de variacoes na fi-nalidade da edificacao, ou ate mesmo a detec-cao de um possıvel desvirtuamento referente aoseu projeto arquitetonico inicial. Desta forma,podem-se identificar alteracoes nos objetivos parao qual a edificacao foi projetada, observando-seo perfil de atitudes de seus habitantes, que pormeio das variaveis domoticas monitoradas, podeser tracado com maior facilidade.

Figura 3: Planta baixa esquematica do LVAS

3.1 Descricao do Ambiente Monitorado

Neste trabalho, ilustra-se o uso de redes de senso-res sem-fio para se monitorar o ambiente do La-boratorio de Validacao de Sistemas (LVAS), naEscola de Engenharia da Universidade Federal deMinas Gerais (UFMG), fomentado pelo PROCEL(Programa Nacional de Conservacao da EnergiaEletrica) da Eletrobras.

A fim de se estabelecer importantes relacoesentre o uso da edificacao e o perfil das variaveisambientais monitoradas e essencial que se a co-nheca previamente. A opcao de monitorar um la-boratorio se justifica pelo fato deste ser um ambi-ente de acesso restrito e conhecido, i.e., um localde uso diario e com o numero de frequentadorese equipamentos determinados, cujos impactos nasmedicoes podem ser averiguados com um mınimode especulacao, visto que o objetivo e validar ametodologia de analise das caracterısticas do am-biente. A Fig.3 apresenta uma planta baixa es-quematica do LVAS ilustrando a localizacao dosnos de RSSF utilizados.

O LVAS e um laboratorio utilizado diaria-mente por cinco pessoas em variados horarios,possuindo 26,47m2 de area e diversas cargas ter-micas, i.e., moveis, computadores e modulos dida-ticos. Para o seu monitoramento, foi programadauma RSSF em topologia estrela com tres nos re-motos realizando aquisicao de dados de tempera-tura, umidade relativa e luminosidade e enviandopara um quarto no programado como base de ra-dio e conectado a um PC. Optou-se por uma redetipo estrela devido sua facilidade de programacaoe por ser essa uma topologia disponibilizada como TinyOS gratuitamente. O intervalo de amostra-gem adotado foi de dois minutos e os dados anali-sados neste trabalho sao referentes a 102 horas e34 minutos de monitoramento.

Os nos sensores foram posicionados transver-salmente a janela, ate a um ponto proximo aporta. Pela Fig.3, nota-se que o no sensor de nu-mero dois (NS02), mais proximo a janela, recebemaior incidencia de luz solar do que das luminariasposicionadas mais a direita. Contrariamente, so-bre o no sensor de numero quatro (NS04) ha maior

incidencia de luz sintetica do que de luz solar. Ono sensor de numero tres (NS03), encontra-se nomeio do laboratorio, incidindo parcialmente sobreele tanto luz solar quanto sintetica. Durante o ho-rario de utilizacao do laboratorio, o ambiente foiclimatizado por meio de um aparelho de AC. OLVAS se encontra na linha poente do sol, estandoa janela posicionada a Oeste, i.e., a incidencia deluz solar no laboratorio aumenta com o entarde-cer, sendo maxima nos instantes anteriores ao pordo sol.

Figura 4: Visualizacao grafica do AcquireData

3.2 Aquisicao Remota de Dados

A tarefa de aquisicao de dados compreendeos estagios de temporizacao, conversao analo-gico/digital, filtragem e transmissao. Como exem-plo, foi desenvolvida em nesC/TinyOS, uma apli-cacao dedicada para a tarefa de aquisicao de da-dos, a AcquireData, que consiste na leitura do sen-sor de luminosidade S1087-01, na filtragem dosdados por um filtro de media movel e o poste-rior envio a outro mote programado como base deRF e conectado ao PC para registro dos dados li-dos. Conforme a linguagem nesC, esta aplicacao e

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.520

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30Temperatura na LVAS/EE-UFMG de 10/03/08 - 11:30h a 14/03/08 - 18:10h

Te

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tura

(ºC

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Dias (10/03/08 a 14/03/08)

Temperatura(Janela)Temperatura(Meio da Sala)Temperatura(Porta)2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3

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28.5

Figura 5: Medidas de temperatura no LVAS

dividida em dois arquivos, um arquivo de configu-racao (AcquireDataC.nc) e outro arquivo moduloou de implementacao (AcquireDataM.nc). O pri-meiro declara os componentes que sao utilizadospela aplicacao e realiza as conexoes destes com as

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.550

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90Umidade Relativa no LVAS/EE-UFMG de 10/03/08 - 11:30h a 14/03/08 - 18:10h

Um

ida

de

Re

lativ

a (

%)

Dias (10/03/08 a 14/03/08)

Umidade(Janela)Umidade(Meio da Sala)Umidade(Porta)

2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 358

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Figura 6: Medidas de umidade no LVAS

interfaces utilizadas (providas) pelo arquivo mo-dulo, que por sua vez contem o codigo (rotinas) daaplicacao. Para facilitar o entendimento, a Fig.4apresenta uma visualizacao grafica desta aplica-cao.

4 Resultados Experimentais

Dados de temperatura, umidade relativa e lumi-nosidade foram coletados num perıodo de cincodias uteis, no qual o ambiente monitorado,i.e., oLVAS, foi mantido com as seguintes caracterısti-cas: as cortinas, tipo persiana horizontal, perma-neceram parcialmente abertas; a janela e a portaforam mantidas fechadas, visto que o aparelho dear condicionado (AC) permaneceu ligado; as lu-zes ficaram acesas por um expediente de aproxi-damente dez horas/dia e registrou-se a presencade tres pessoas, em media, por dia. Poucas horasantes do termino da aquisicao dos dados, tanto ajanela quanto a porta do laboratorio, foram aber-tas e o AC desligado, com o intuito de ilustrar oimpacto desta acao no ambiente.

As condicoes ambientais foram de sol intensonos dois primeiros dias e ceu nublado nos dias con-secutivos. O ponto maximo de nublagem ocorreuno ultimo dia, no qual, no inıcio da tarde, houvechuva forte se extendendo ate o fim do experi-mento. Percebe-se que todas as variaveis medi-das, temperatura (graus Celsius - oC), umidaderelativa (porcento - %) e luminosidade (lux - lx),possuem um perfil caracterıstico que se repete di-ariamente, conforme evidenciado nas Figs.5, 6 e7. Nessas figuras, o marco zero da abscissa corres-ponde ao horario de 11:30h de uma segunda-feira,e o ultimo ponto a medicao realizada as 18:10h deuma sexta-feira.

Na Fig.5, observa-se em todos os dias uma ele-vacao repentina de temperatura e um consequentepico por volta de 17:00h as 19:00h, devido ao des-ligamento do AC. Apos este perıodo, ocorre o de-caımento natural da temperatura ate por volta das7:30h, quando algum usuario do LVAS liga nova-mente o ar condicionado. Este comportamentoe repetitivo para todos os pontos de medicao,

alterado-se somente no ultimo dia, com a aber-tura da janela e porta do laboratorio. Como estefoi um dia de chuva forte, nota-se que em todosos pontos de medicao a temperatura cai abrupta-mente. A sensibilidade dos sensores de umidaderelativa, quando da abertura da janela em dia chu-voso, ilustra o potencial do monitaramento de am-bientes na deteccao de portas e janelas abertas, oumesmo de frestas abertas na janela.

A Fig.6 torna evidente que em todos diasha um crescimento da umidade relativa por todaa madrugada e um posterior pico por volta de7:00h, caracterizando o famigerado ponto de or-valho visto nas folhagens pela manha. Observa-seque, a partir deste ponto, ha uma pequena ele-vacao da umidade devido aos primeiros instantes(cerca de tres intervalos de amostragem) em que oAC e ligado. Logo apos, torna-se nıtida sua redu-cao brusca e o posterior decaımento ate por voltadas 18:00h.

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Luminosidade no LVAS/EE-UFMG de 10/03/08 - 11:30h a 14/03/08 - 18:10hL

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Dias (10/03/08 a 14/03/08)

Luminosidade(Janela)Luminosidade(Meio da Sala)Luminosidade(Porta)

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5150

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350

Figura 7: Medidas de luminosidade no LVAS

No caso da luminosidade, pela Fig.7, nota-se um comportamento muito caracterıtico quandose tem as luzes acesas (todos os dias de 7:30h as17:30h) e outro completamente diferente quandoapagadas. Observa-se que com o passar dos dias,o acrescimo de luminosidade proveniente da luzsolar e reduzido, visto que a partir da tarde do se-gundo dia o ceu esteve cada vez mais nublado, cul-minando na forte tempestade ocorrida no ultimodia de monitoramento. E interessante notar queo decaimento exponencial caracterıstico da ilumi-nacao natural mais proxima a janela e percebidonao apenas durante o dia, mas tambem a noite,quando se tem o efeito de noites de lua clara eiluminacao publica. O perıodo monitorado ilustabem o fato de que noites nubladas reduzem noambiente ate 150 lux.

Em todas as curvas apresentadas, e possıvelvisualizar algumas variacoes incomuns, como al-guns pequenos picos de luminosidade, devido aentrada de algum usuario do LVAS no perıodonoturno, ou mesmo pequenas elevacoes da tem-peratura e umidade, devido a desligamentos tem-porarios do AC, como observado nos instantes en-

fatizados na Fig.7.Por meio das curvas levantadas (vide Figs.5 a

7), e.g, nota-se que a temperatura no laboratorioaumenta a medida que ha maior proximidade ajanela e no caso do dia chuvoso, registra-se o con-trario, i.e., a janela como sendo a regiao mais fria.Da mesma forma, percebe-se que a umidade di-minui a partir das extremidades (porta e janela),sendo maior na janela e menor no meio da sala.E para a luminosidade, tem-se que, nos dias enso-larados por volta das 12:00h, ha maior claridadeproxima a janela e que o nıvel de luminosidade nomeio da sala e menor do que proximo a porta pornao se localizar diretamente sob as luminarias.

5 Conclusoes e Trabalho Futuro

As RSSF sao uma solucao de baixo custo e al-tamente flexıveis em termos de hardware e soft-ware, adequadas para a monitoracao e caracteri-zacao ampla de condicoes ambientais e consumode energia em edificacoes.

O baixo consumo de nos sensores aliado ascaracterısticas de configuracao em redes sem-fio,viabiliza o monitoramento amplo e detalhado decaracterısticas ocupacionais do ambiente, como ouso de AC e iluminacao. Este tipo de caracte-rıstica auxilia nao apenas na elucidacao do usoparcimonioso de recursos, mas tambem subsidiao planejamento da melhor utilizacao e adequacaode ambientes de forma objetiva, e.g., projeto lumi-notecnico, instalacao de bloqueadores solares nasjanelas, necessidade de vedacao de portas e jane-las, etc.

Trabalhos futuros incluem o monitoramentode espacos amplos e o projeto de mecanismos deautomacao e controle de insumos por meio de atu-acao pre-programada de imposicoes de posturasno uso de equipamentos de AC e iluminacao arti-ficial.

Agradecimentos

Ao programa PROCEL/Eletrobras S.A.

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