INTEGRAÇÃO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIALUTILIZANDO TECNOLOGIA OPEN-SOURCE

Luiz Paulo Pietta JuniorAcadêmico do curso de Engenharia de Controle e Automação da UFSM.

luizpietta@gmail.comMarcos Eduardo Treter

Acadêmico do curso de Engenharia de Controle e Automação da UFSM.marcostreter@gmail.com

Claiton Moro FranchiProfessor do curso de Engenharia de Controle e Automação da UFSM.

Leandro MichelsProfessor do curso de Engenharia de Controle e Automação da UFSM.

Resumo. Este trabalho apresenta umprojeto de automação residencial onde éabordada a integração de sistemas paraesse propósito. O projeto foi realizadoutilizando principalmente plataformas decódigo aberto, incluindo o sistemasupervisório ScadaBr e a plataformaeletrônica Arduino, responsáveis pelogerenciamento e controle do sistema deautomação na residência. O sistema queserá apresentado possui diversas funçõescomo: acionamento de lâmpadas, interfacecom central de alarmes, acionamento demotores, acionamento de ar-condicionado,medição de temperatura em diferentescômodos da residência, medição doconsumo de energia de equipamentoseletrônicos e controle de um sistema deaquecimento solar. Além da possibilidadede acesso via rede local, o sistema desupervisão pode ser acessado remotamentevia web assim o usuário pode acessarrelatórios, gráficos e alarmes, além decomandar os diversos sistemas existentes naresidência através de um navegador comacesso a internet, incluindo assim apossibilidade de acesso via celulares etablets.

Palavras-chave: Automação residencial.ScadaBr. Arduino.

1. INTRODUÇÃOA automação surgiu nas indústrias com

o objetivo de substituir determinadasatividades realizadas por humanos e queagora são realizadas por máquinas. Com aautomação industrial apareceram diversosbenefícios como: melhor qualidade deproduto final, maior produção, produtosuniformes, menores perdas, etc. Com opassar do tempo a automação deixou deestar presente apenas nas indústrias e a cadadia esta mais presente no dia a dia daspessoas, a automação chegou as residênciascom o objetivo de melhorar três fatoresprincipais: comodidade, segurança eeconomia de energia.

Segundo Bolzani et al. (2004), umambiente inteligente é aquele que aperfeiçoacertas funções inerentes à operação eadministração de uma residência ou edifício.Estabelecendo uma analogia com umorganismo vivo, a residência modernaparecerá ter vida própria, com cérebro esentidos.

A Automação Residencial inicialmente éreferida como uma novidade que as vezescausa perplexidade pelo seu alto grautecnológico e pela alusão ao futurismo, aomesmo tempo que pode ser compreendidacomo um símbolo de status e modernidade.Numa visão realista e austera, a AutomaçãoResidencial proporciona o conforto e aconveniência que qualquer ser humano

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deseja, talvez seja o maior e melhor dossonhos de consumo almejados (TEZA.2002).

Atualmente, sistemas de automaçãoresidencial possuem um elevado custofinanceiro associado, ficando assimdelimitados a apenas uma pequena parcela dapopulação. Através deste trabalho seráproposto um sistema de automaçãoresidencial que tem por objetivo atingir ostrês principais pilares da automaçãoresidencial, comodidade, segurança eeconomia de energia a um custo maisacessível do que os sistemas existentes nomercado.

2. SISTEMA PROPOSTO

O sistema proposto tem como foco aautomação de uma residência de classemédia. Tem-se como objetivo a criação deum projeto que auxilie e facilite algumasatividades rotineiras, melhore na segurançada residência e que possua um custoacessível à maioria da população.

Neste sistema de automação residencialuma central de controle reúne o controladore o restante do hardware necessário para ogerenciamento do sistema. Comocontrolador será utilizado um Arduino. Alémdo controlador placas eletrônicas para leiturados sinais de entrada no Arduino e ummedidor de energia compõem a central decontrole. O protocolo de comunicaçãoutilizado neste sistema é o ModBus RTU.

O sistema de automação residencialpossui um sistema supervisório de fácilinterface com o usuário e capaz de gerenciartodas as atividades da residência. Estesistema supervisório pode ser acessadoremotamente através da internet.

A primeira função do projeto é oacionamento de lâmpadas através do sistemasupervisório, o que pode ser feitoremotamente, esta função pode ser utilizadapara simular presença quando os moradoresnão estão em casa,

A segunda função do projeto é aconexão entre o sistema supervisório e acentral de alarmes. Através do sistemasupervisório pode-se verificar a situação doalarme, se o mesmo encontra-se desligado,ligado ou ainda mesmo se está disparado. Osusuários inclusive podem acionar ou desligaro alarme através do sistema supervisório.

A terceira função do sistema desupervisão é a observação de informaçõessobre os portões da residência. Através dosistema supervisório os usuários podemconsultar um relatório no qual está registradaa hora em que o portão foi aberto e a horaem que foi fechado.

A quarta função do projeto verifica atemperatura dentro dos cômodos quepossuírem condicionadores de ar, e quando atemperatura ultrapassar um valordeterminado pelo usuário o ar-condicionadoé automaticamente ligado. Esta função podeser ativada ou desativada através do sistemasupervisório e também é possível determinaruma faixa de horário em que a função seráativada.

A quinta função do sistema estáassociada à melhoria de um sistema deaquecimento solar através de um controle detemperatura mais eficiente. Os sistemasatuais normalmente são controlados atravésdo controle liga-desliga e produzem muitasvezes aquecimentos desnecessários quando aágua quente não está sendo utilizada.

A sexta e última função do projetoserá a medição e ilustração no sistema desupervisão das potências processadas emalguns equipamentos da residência, e oscustos relacionados à mesma para o usuário.Essa função permite o consumidor verificarquais são os equipamentos que maisconsomem energia na residência, parapossíveis melhorias, e também possibilitaráuma previsão do valor da conta da energiaelétrica.

A figura 1 ilustra de forma geral o sistema proposto e suas funcionalidades.

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Figura 1: Sistema Proposto.

2.1 Central de Controle

A central de controle é responsávelpor receber sinais de sensores analógicos edigitais, processá-los e enviar dadosreferentes ao mesmo ao sistema desupervisão da residência via RS232utilizando o protocolo de comunicaçãoModBus. Além disso, é responsável porreceber dados do sistema de supervisão ecomandar atuadores de acordo com anecessidade.

A central de controle é composta porum Arduino e uma placa central, responsávelpelo condicionamento de sinais e pelointerfaceamento com dispositivos atuadores.O Arduino será responsável pela leitura desinais digitais e analógicos (como, porexemplo, o sinal oriundo de um sensor fim decurso e de um sensor de temperatura,respectivamente) condicionados, paragarantir a proteção das entradas domicrocontrolador, a partir da placa central.Além disso, o Arduino é responsável peloenvio de sinais utilizando suas saídas digitais,para a placa central responsável pelointerfaceamento com os atuadores daresidência.

A placa central foi projetada, demaneira que a mesma se comportasse comoum shield para o sistema Arduino, conformepode ser visualizado na figura 2. As saídasdigitais do Arduino são interfaceadas com o

auxílio de relés e as entradas analógicasprotegidas com o auxílio de diodos zener.

Figura 2: Placa central.

Para a medição de potênciaconsumida por alguns dispositivos daresidência, como por exemplo, o chuveiro, etornar possível a visualização desses dadosno sistema supervisório é utilizado um sensorde energia consumida (figura 2) comconexão DIN 4.14.

Figura 3: Medidor de Energia DDS238-1.

Para comunicação entre a central decontrole com o sistema supervisório foiimplementado o protocolo ModBus RTU, no

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Arduino, onde o mesmo é o dispositivoescravo da rede de comunicação, enquantoque o SCADA é o dispositivo mestre. Oprotocolo ModBus é aberto e amplamenteutilizado no meio industrial. Além disso, omesmo foi escolhido devido a ser um dosprotocolos existentes internamente nosistema supervisório ScadaBr.

2.2 Sistema de Supervisão

O sistema supervisório é umas daspartes mais importantes do projeto, pois éatravés dele que o usuário vai monitorar,operar e controlar o sistema de automaçãoda sua residência.

O sistema SCADA utilizado nesseprojeto será o ScadaBr, este que é umsistema supervisório brasileiro edisponibilizado de forma livre.

O computador no qual será instalado osistema supervisório na residência deveráestar conectado à internet para possibilitaracesso remoto, através de qualquerdispositivo com acesso a internet e quepossua um navegador. Para essafuncionalidade, o ScadaBr utiliza o servidorweb Apache Tomcat.

Os usuários possuem determinadasrestrições de acesso, por exemplo,determinado usuário pode ter acesso a todasas configurações do sistema, enquanto queoutro usuário pode apenas monitorar asinformações sem provocar nenhumaalteração.

Figura 4: Página Inicial do sistema supervisório.

Ao acessar o sistema supervisório aprimeira tela que o usuário visualiza é a telade login, onde deve inserir o seu usuário e

senha. A segunda tela (figura 5) é a principaldo sistema de supervisão. Através desta telao usuário pode escolher em qual subsistemadeseja entrar, seja iluminação, central dealarme, supervisão de potência, etc.

Figura 6: Página do controle de temperatura.

Em cada subsistema o usuário podefazer o gerenciamento do sistemacorrespondente. A figura 6 ilustra a telareferente ao controle de temperatura daresidência.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O projeto de automação residencialrealizado abordou a integração de sistemasopen-source que propiciaram um reduzidocusto em sua implementação. A utilização dosoftware livre ScadaBr proporcionou, umsistema com do mesmo nível de qualidadeque sistemas proprietários do mercado,mostrando o enorme potencial do mesmonestas aplicações.

2. REFERÊNCIAS

BOLZANI, C. A. M. In: Residências Inteligentes.1. ed. [S.l.]: Editora e Livraria da Física, 2004.

TEZA, V. R. Alguns Aspectos Sobre aAutomação Residencial - Domótica.Dissertação de Mestrado - UniversidadeFederal de Santa Catarina, Florianópolis -SC, 2002.

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