pim automação residencial novo

5/24/2018 Pim Automao Residencial Novo

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Nome do aluno RA:B3448676

Sistema de automao Residencial controlado via Microcontrolador e Controlador

Lgico Programvel.

Cidade

2014


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Sistema de automao Residencial controlado via Microcontrolador e Controlador

Lgico Programvel.

Trabalho de concluso de

semestre para obteno do ttulo de

Graduao em (Tecnlogo emAutomao Industrial) Universidade

PaulistaUNIP.

Orientador: xxxxxxxxx

Cidade

2014


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Trabalho de concluso de

semestre para obteno do ttulo de

Graduao em (Tecnlogo em

Automao Industrial) Universidade

PaulistaUNIP.

Aprovado em:

BANCA EXAMINADORA

_______________________/__/___

Universidade PaulistaUNIP

_______________________/__/___

Universidade PaulistaUNIP

_______________________/__/___

Universidade Paulista UNIP


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Resumo

Domtica a rea do conhecimento e tambm da engenharia voltada ao

desenvolvimento de solues de automao residencial para dispor, aos seus

usurios, maior conforto e segurana. Outra aplicao, que possui forte apelo social,

prover a acessibilidade a atividades e equipamentos aos portadores de

necessidades especiais que, anteriormente, dependeriam da interveno de outras

pessoas. A origem etimolgica do termo domtica vem da juno das palavras

Domus, que em latim significa residncia; e robtica, rea da mecatrnica que utiliza

os conceitos de robtica, eletro-eletrnica e programao, para o desenvolvimento

de solues de automao residencial. Tais solues normalmente so compostas

por um hardware de controle, responsvel pelo monitoramento de sensores e

acionamento de dispositivos, e um software de gerenciamento do sistema, que

dispe de funcionalidades bsicas de cadastramento de dispositivos, monitoramento

de eventos e execuo de comandos. Este projeto se prope a desenvolver um

prottipo de um sistema de domtica de baixo custo composto por um hardware de

controle que se comunica com um computador atravs de interface paralela, um

software de gerenciamento, com acesso atravs da Internet e com suporte adispositivos mveis, e uma maquete de demonstrao. Este prottipo tambm tem o

objetivo de demonstrar viabilidade de solues de baixo custo, democratizando o

acesso a automao residencial.

Palavras chave: Domtica, Automao residencial, Solues de Baixo Custo,

Porta Paralela e .NET e Bluetooth.


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Abstract

Home automation is a field of knowledge and also the engineering for

development of home automation solutions to provide to its users , greater comfort

and safety . Another application , which has a strong social appeal , is to provide

accessibility to activities and equipment for people with special needs who previously

would depend on the intervention of others . The etymological origin of the term

comes home automation by combining the words Domus , which in Latin means

residence; and robotics , mechatronics area that uses the concepts of robotics ,

electro - electronics and programming , for the development of home automation

solutions . Such solutions usually consist of a hardware control , responsible for

monitoring sensors and triggering devices , and software management system ,

which offers basic functionality for registering devices , event monitoring and

command execution . This project proposes to develop a prototype of a home

automation system composed of inexpensive hardware control that communicates

with a computer via parallel interface, management software , with access via the

Internet and mobile device support , and a mock demonstration . This prototype also

has the objective of demonstrating the feasibility of low-cost solutions , democratizingaccess to home automation .

Keywords : Home Automation, Home Automation , Low Cost Solutions ,

Parallel and NET and Bluetooth .


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Sumrio

LISTA DE FIGURAS.................................................................................................... 7

LISTA DE ABREVIATURAS ........................................................................................ 8

1 INTRODUO ......................................................................................................... 9

1.1 Metodologia ........................................................................................... 11

1.2 Organizao do Trabalho ...................................................................... 12

2 REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................... 13

2.1 CLP ....................................................................................................... 13

2.2 IHM ........................................................................................................ 15

2.3 Tipos comunicao do Controlador Lgico Programvel ...................... 17

2.3.1 Ethernet TCP/IP ................................................................................. 17

2.3.2 Modbus ............................................................................................... 19

2.3.3 Profibus .............................................................................................. 20

2.4 Energia Eltrica ..................................................................................... 22

2.4.1 Reduo do consumo de energia ....................................................... 22

2.5 Controle Digital ...................................................................................... 23

2.5.1 Programao ...................................................................................... 23

2.5.2 Microcontroladores ............................................................................. 232.5.2.1 Plataforma Arduino .......................................................................... 24

2.5.3 Redes sem fio Bluetooth..................................................................... 25

2.5.4 Android ............................................................................................... 26

3 METODOLOGIA PROPOSTA ................................................................................ 27

3.1 Desenvolvimento no Android ................................................................. 27

3.2 Desenvolvimento no Arduino ................................................................. 29

3.3 Desenvolvimento da placa de circuito impresso .................................... 313.4 Desenvolvimento do programa no CLP e IHM ...................................... 33

4 RESULTADOS E CONCLUSES .......................................................................... 35

4.1 Sugestes Para Trabalhos Futuros ....................................................... 37

Apndice ICdigo fonte Arduino e Esquema Eltrico ............................................ 38

Apndice IIProgramao do APP PIM_AUT_RESIDENCIAL............................. 39

Apndice IIIProgramao do CLP ......................................................................... 40

Anexos (Fotos do projeto) ......................................................................................... 41

Referencias ............................................................................................................... 42

Integrante .................................................................................................................. 43


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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1CLP 14

Figura 2.2 IHM 16

Figura 2.3 Arquitetura TCP/IP 18

Figura 2.4 Arquitetura Modibus 20

Figura 2.5 Arduino Uno 24

Figura 3.1 Fluxograma Programa PIM_AUT_RESIDENCIAL 28

Figura 3.2 Fluxograma Programa Arduino 30

Figura 3.3 Demonstrao Dos Componentes 31

Figura 3.4 Viso Da Solda 32

Figura 3.5 Viso Da Placa De Potencia 32

Figura 3.6 Software ISPSoft 1.03 33

Figura 3.7 Software DOPSoft 1.01.4 34

Figura 4.1 Testes Do Prottipo 35

Figura 4.2 Bancada com componentes 35


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LISTA DE ABREVIATURAS

IHM(INTERFACE HOMEM MAQUINA)

CLP(CONTROLADOR LOGICO PROGRAMAVEL)

ECI(ENGENHARIA DA COMPUTAO INVISIVEL)

PDA(PERSONAL DIGITAL ASSISTANT)

PLC(PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER)

ABNT(ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS)

NEMA(NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURERS ASSOCIATION)

SEDs(SISTEMAS CARACTERIZADOS POR EVENTOS DISCRETOS)

TCP(TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL)

IP(INTERNET PROTOCOL)

LLC(CONTROLE DO LINK LGICO)


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1 INTRODUO

Este projeto se prope a desenvolver um prottipo de um sistema de

domtica de baixo custo composto por um hardware de controle que se comunica

com um controlador lgico programvel atravs de comunicao Bluetooth, um

software de gerenciamento (IHM com controle e visualizao), com acesso atravs

da Internet e com suporte a dispositivos mveis, e uma bancada de demonstrao.

Este prottipo tambm tem o objetivo de demonstrar viabilidade de solues de

baixo custo, democratizando o acesso a automao residencial.

Partindo da necessidade de melhorar a qualidade de vida, utilizao mais

eficiente dos recursos energticos, conforto e interao das pessoas com o meio em

que esto, podemos fazer o uso de sistemas microcontrolados, ms especificamente

de sistemas conhecidos como sistemas embutidos.

Sistemas embutidos, so sistemas desenvolvidos especialmente para uma

aplicao, so de baixo custo, pequena manuteno e so robustos. Esses sistemas

so feitos a partir de um microcontrolador ou CLP, circuitos de alimentao,

sensores e atuadores.

So sistemas integrantes da Engenharia da Computao Invisvel (ECI), quetambm tem as caractersticas da computao ubqua. Computao em que

sistemas embutidos, controlam a interao dos equipamentos com as pessoas, de

forma que elas no percebam.

A essncia da ECI a criao de ambientes repletos de objetos

inteligentes auto gerenciadas, espalhados, conectados por diferentes tecnologias e

coletando dados individuais e coletivas, dados de ambientes e de artefatos,

coletando experincias reais bem como dados do mundo virtual. Toda essainformao usada na construo de contextos que caracterizam a situao de

entidades (pessoas, lugares, objetos, instituies). Algoritmos so usados para

construir esses contextos e para produzir informao a partir deles, podendo resultar

em reaes das coisas inteligentes vislumbrando o bem-estar do ser humano.

Nesta perspectiva, a computao no estar presa ao computador pessoal, nem aos

PDAs (Personal Digital Assistant), notebooks, etc. e sim introduzida em objetos do

dia-a-dia (RUIZ; LOUREIRO ET. AL., 2011).


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Para melhorar a eficincia energtica de algumas aplicaes, podemos

desenvolver dispositivos dotados de inteligncia, e program-los para utilizar de

forma inteligente os equipamentos que eles esto automatizando ou controlando.

No mercado atual podemos encontrar vrios produtos capazes de melhorar

o consumo de energia, especificamente de lmpadas os atuais produtos so de alto

custo. Temos muitos sistemas baseados em plataformas proprietrias, protegidos

por patentes. Tais sistemas de automao predial e residencial usam

microcontroladores e podem controlar vrias lmpadas e ambientes.

No setor residencial, o uso de equipamentos mais eficientes poderia reduzir

o uso de energia em aproximadamente 30%.

O sistema proposto no trabalho uma verso inovadora que busca a

melhoria da eficincia energtica com uma interface automtica utilizando um

Smartphone ou IHM (Interface homem mquina). O dispositivo resultante um

equipamento energeticamente eficiente.


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1.1 Metodologia

No desenvolvimento do trabalho, realizou-se uma abordagem do tema

proposto, justificando-se a necessidade do desenvolvimento do prottipo. Fez-se

uma reviso de conceitos pertinentes resoluo do problema, e apresentando-se

algumas tcnicas j existentes para a soluo desse projeto.

Aps pesquisa, realizou-se uma proposta para a resoluo, e assim, ento,

desenvolveu-se o prottipo que foi testado.

Abordagem do problema;

Estudo dos conceitos pertinentes resoluo do problema;

Estudo de alguns mtodos existentes para resolver, se no o problema todo,

parte dele;

Proposio de um novo prottipo;

Teste do prottipo.


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1.2 Organizao do Trabalho

No primeiro captulo - Introduo, faz-se uma abordagem dos sistemas

disponveis e uma breve sntese do problema. Expem-se, tambm, os objetivos e a

metodologia utilizada.

No segundo captuloReviso Bibliogrfica, tem-se a reviso dos conceitos

pertinentes para o entendimento do problema e para a compreenso da metodologia

proposta.

No terceiro captulo Metodologia Proposta, desenvolvido o trabalho

proposto inicialmente.

No quarto captulo Resultados e Concluses, so realizados comentriossobre os resultados e deixando-se propostas para novos trabalhos.


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2 REVISO BIBLIOGRFICA

Este tpico aborda alguns dos conceitos pertinentes para o entendimento do

trabalho, faz uma reviso dos temas abordados, sendo estes importantes para o

maior entendimento dos leitores.

2.1 CLP

UmControlador Lgico Programvelou Controlador Programvel, conhecidotambm por suas siglasCLPouCPe pela sigla de expressoinglesaPLC(Programmable logic controller), um computador especializado,baseado em ummicroprocessador que desempenha funes de controle atravs desoftwares desenvolvidos pelo usurio. Geralmente as famlias de Controladores

Lgicos Programveis so definidas pela capacidade de processamento de um

determinado numero de pontos de Entradas e/ou Sadas (E/S).

Controlador Lgico Programvelsegundo aABNT(Associao Brasileira deNormas Tcnicas), um equipamento eletrnico digital com hardware e software

compatveis com aplicaes industriais. Segundo a NEMA(National ElectricalManufacturers Association), um aparelho eletrnico digital que utiliza uma memria

programvel para armazenar internamente instrues e para implementar funes

especficas, tais como lgica, sequenciamento, temporizao, contagem e

aritmtica, controlando, por meio de mdulos de entradas e sadas, vrios tipos de

mquinas ou processos.

Um CLP o controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por

eventosdiscretos(SEDs), ou seja, com processos em que as variveis assumemvalores zero ou um (ou variveis ditas digitais, ou seja, que s assumem valores

dentro de um conjunto finito). Podem ainda lidar com variveis analgicas definidas

por intervalos de valores de corrente ou tenso eltrica. As entradas e/ou sadas

digitais so os elementos discretos, as entradas e/ou sadas analgicas so os

elementos variveis entre valores conhecidos de tenso ou corrente.

Os CLP's esto muito difundidos nas reas decontrole de processos edeautomao industrial.No primeiro caso a aplicao se d nas indstrias do tipocontnuo, produtoras de lquidos, materiais gasosos e outros produtos, no outro caso
http://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessadorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessadorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/ABNThttp://pt.wikipedia.org/wiki/ABNThttp://pt.wikipedia.org/wiki/ABNThttp://pt.wikipedia.org/wiki/NEMAhttp://pt.wikipedia.org/wiki/NEMAhttp://pt.wikipedia.org/wiki/NEMAhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Discretohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Discretohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Discretohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Controle_de_processoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Controle_de_processoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Automa%C3%A7%C3%A3o_industrialhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Automa%C3%A7%C3%A3o_industrialhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Controle_de_processoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Discretohttp://pt.wikipedia.org/wiki/NEMAhttp://pt.wikipedia.org/wiki/ABNThttp://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessador


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a aplicao se d nas reas relacionadas com a produo em linhas de montagem,

por exemplo na indstria do automvel.

Num sistema tpico, toda a informao dossensores concentrada

nocontrolador (CLP) que de acordo com o programa em memria define o estado

dospontos de sada conectados a atuadores.

Os CLPs tm capacidade decomunicao de dados via canais seriais. Com

isto podem ser supervisionados por computadores formando sistemas de controle

integrados. Softwares de superviso controlam redes de Controladores Lgicos

Programveis.

Os canais de comunicao nos CLPs permitem conectar interface de

operao (IHM), computadores, outros CLPs e at mesmo com unidades de

entradas e sadas remotas. Cada fabricante estabelece umprotocolo para fazer com

seus equipamentos troquem informaes entre si. Os protocolos mais comuns

soModbus (Modicon - Schneider Eletric), EtherCAT (Beckhoff), Profibus (Siemens),

Unitelway (Telemecanique - Schneider Eletric) e DeviceNet (Allen Bradley) e

Ethernet TCP/IP, entre muitos outros.

Redes de campo abertas como MODBUS-RTU so de uso muito comum com CLPs

permitindo aplicaes complexas na indstria automobilstica, siderrgica, de papele celulose, e outras.

(Figura 2.1CLP)

Fonte:www.delta.com.tw-2014.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Controladorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Pontos_de_sa%C3%ADdahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Comunica%C3%A7%C3%A3o_de_dadoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Protocolohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Modbushttp://www.delta.com.tw/http://www.delta.com.tw/http://www.delta.com.tw/http://www.delta.com.tw/http://pt.wikipedia.org/wiki/Modbushttp://pt.wikipedia.org/wiki/Protocolohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Comunica%C3%A7%C3%A3o_de_dadoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Pontos_de_sa%C3%ADdahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Controladorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Sensor


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2.2 IHM

Com a grande difuso do CLP nesta ltima dcada, surgiram tambm novas

necessidades do usurio, como por exemplo, a possibilidade de verificar e/ou

modificar certos parmetros dentro de um programa, tais como: O preset de um

temporizador ou contador; o preset de uma temperatura desejada; a indicao de

uma nova velocidade para um servo-motor; entre outros, sem a necessidade de

conectar-se a um computador para a realizao desta tarefa.

Em face desta necessidade, surgiram as chamadas interfaces homem-

mquina, tambm conhecidas como IHMs. Omercado oferece IHMs de dois tipos:

As de interface alfa-numrica e as de interfaces grficas.

Numa interface alfa-numrica, a IHM ligada ao CLP atravs de sua porta

de comunicao. Alm dos parmetros normais, quando se est programando uma

IHM indica-se qual ser a marca e o modelo do CLP com o qual vai se comunicar.

O princpio de funcionamento consiste em pr-programar mensagens, onde

cada mensagem possui um nmero. Quando se deseja acessar qualquer

mensagem, basta fazer com que o CLP coloque o nmero desta mensagem no

registrador designado para indicar qual mensagem ser mostrada no momento.As teclas de funo podem funcionar como botes de comando para acionar

qualquer elemento no CLP. A cada tecla atribudo um endereo de memria do

CLP. Ao acionar a tecla na IHM, este bit setado, permitindo assim que o

programa do CLP possa utiliz-lo para acionar, por exemplo, uma sada que liga

uma lmpada ou at mesmo um equipamento ligado na tomada.

Tal possibilidade muito vantajosa, pois, alm de no se precisar ter um

painel convencional, de grandes dimenses, com botes e lmpadas de controle, possvel enviar mensagens pelo display, ou acionar leds frontais, economizando-se

assim entradas e sadas que seriam destinadas a estes elementos, pois, a IHM se

comunica com o CLP atravs da porta serial de comunicao.

Caso o usurio queira modificar um parmetro qualquer, como por exemplo,

o preset de um temporizador, ele pode utilizar o teclado numrico frontal, juntamente

com a tecla enter para confirmar a incluso.

Alm das funes bsicas citadas, as IHMs grficas podem mostrar valores

de variveis, tanto na forma numrica simples, como na forma de grficos.


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A Fig. 2.2. mostra um exemplo de IHM com interface grfica, com tecnologia

touch screen (toque de tela).

(Figura 2.2IHM)

Fonte: www.hitech.com -2014.


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2.3 Tipos comunicao do Controlador Lgico Programvel

As redes de comunicao so cada vez mais utilizadas para interligar

componentes de sistemas de controle industrial. O hardware de uma rede de

comunicao so cabos ou frequncias que servem de autoestrada eletrnica para

mensagens.

Cada n de uma rede tem um nico endereo. Cada mensagem, designada

por pacote de dados, inclui o endereo de quem envia e para quem destinada.

Existem vrios tipos de redes e protocolos de comunicao dentre eles:

Ethernet TCP/IP, Modbus, Profibus, DeviceNet dentre outros, falaremos neste

trabalho sobre 03 tipos Ethernet TCP/IP, Modbus e Profibus.

2.3.1 Ethernet TCP/IP

O TCP/IP o protocolo de rede mais usado atualmente, este protocolo

funciona em uma linguagem fcil de entender.

Mas, afinal, o que um protocolo de rede? Um protocolo uma linguagem

usada para permitir que dois ou mais computadores se comuniquem. Assim comoacontece no mundo real, se eles no falarem a mesma lngua eles no podem se

comunicar.

O TCP/IP no na verdade um protocolo, mas sim um conjunto de protocolos

uma pilha de protocolos, como ele mais chamado. Seu nome, por exemplo, j faz

referncia a dois protocolos diferentes, o TCP (Transmission Control Protocol,

Protocolo de Controle de Transmisso) e o IP (Internet Protocol, Protocolo de

Internet). Existem muitos outros protocolos que compem a pilha TCP/IP, como oFTP, o HTTP, o SMTP e o UDP, conforme podemos ver na (Figura 2.3Arquitetura

TCP/IP) seguinte, ela nos mostra as camadas da arquitetura TCP/IP:


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(Figura 2.3Arquitetura TCP/IP)

Fonte: Clube do Hardware -2014.

O TCP/IP tem quatro camadas. Os programas se comunicam com a camadade Aplicao.Na camada de Aplicao voc encontrar os protocolos de aplicao

tais como o SMTP (para e-mail), o FTP (para a transferncia de arquivos) e o HTTP

(para navegao web). Cada tipo de programa se comunica com um protocolo de

aplicao diferente, dependendo da finalidade do programa. Aps processar a

requisio do programa, o protocolo na camada de Aplicao se comunicar com

um outro protocolo na camada de Transporte, normalmente o TCP. Esta camada

responsvel por pegar os dados enviados pela camada superior, dividi-los empacotes e envi-los para a camada imediatamente inferior, a camada Internet. Alm

disso, durante a recepo dos dados, esta camada responsvel por colocar os

pacotes recebidos da rede em ordem (j que eles podem chegar fora de ordem) e

tambm verificam se o contedo dos pacotes est intacto.

Na camada Internet ns temos o IP (Internet Protocol, Protocolo Internet),

que pega os pacotes recebidos da camada de Transporte e adiciona informaes de

endereamento virtual, isto , adiciona o endereo do computador que estenviando os dados e o endereo do computador que receber os dados. Esses

endereos virtuais so chamados endereos IP. Em seguida os pacotes so

enviados para a camada imediatamente inferior, a camada Interface com a Rede.

Nesta camada os pacotes so chamados datagramas.

A camada Interface com a Rede receber os pacotes enviados pela camada

Internet e os enviar para a rede (ou receber os dados da rede, caso o computador

esteja recebendo dados). O que est dentro desta camada depender do tipo de

rede que seu computador estiver usando. Atualmente praticamente todos os

computadores utilizam um tipo de rede chamado Ethernet (que est disponvel em


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diferentes velocidades; as redes sem fio tambm so redes Ethernet) e, portanto,

voc deve encontrar na camada Interface com a Rede as camadas do Ethernet, que

so Controle do Link Lgico (LLC), Controle de Acesso ao Meio (MAC) e Fsica,

listadas de cima para baixo. Os pacotes transmitidos pela rede so chamados

quadros.

2.3.2 Modbus

Modbus um Protocolo de comunicao de dados utilizado em sistemas de

automao industrial. Criado originalmente na dcada de 1970, mais

especificamente em 1979, pela fabricante de equipamentos Modicon. um dos mais

antigos e at hoje o mais utilizado protocolo em redes de Controladores lgicos

programveis (PLC) para aquisio de sinais de instrumentos e comandar

actuadores. A Schneider Electric (atual controladora da Modicon) transferiu os

direitos do protocolo para a Modbus Organization (Organizao Modbus3 ) em 2004

e a utilizao livre de taxas de licenciamento . Por esta razo, e tambm por se

adequar facilmente a diversos meios fsicos, utilizado em milhares de

equipamentos existentes e uma das solues de rede mais baratas a seremutilizadas em Automao Industrial e residencial.

O modbus equivale a uma camada de aplicao e pode utilizar o RS-232,

RS-485 ou Ethernet como meios fsicos - equivalentes camada de enlace (ou link) e

camada fsica do modelo. O protocolo possui comandos para envio de dados

discretos (entradas e sadas digitais) ou numricos (entradas e sadas analgicas).

O protocolo Modbus especifica que o modelo de comunicao do tipo

mestre-escravo (ou cliente-servidor). Assim, um escravo no deve iniciar nenhumtipo de comunicao no meio fsico enquanto no tiver sido requisitado pelo mestre.

Por exemplo, a estao mestre (geralmente um PLC) envia mensagens solicitando

dos escravos que enviem os dados lidos pela instrumentao ou envia sinais a

serem escritos nas sadas, para o controle dos atuadores ou nos registradores. A

imagem abaixo (Figura 2.4Arquitetura Modbus) ( mostra um exemplo de rede

Modbus com um mestre (PLC) e trs escravos (mdulos de entradas e sadas, ou

simplesmente E/S). Em cada ciclo de comunicao, o PLC l e escreve valores em

cada um dos escravos.


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(Figura 2.4Arquitetura Modibus)

Fonte: Delta Automao -2014.

2.3.3 Profibus

Profibus o 2 tipo mais popular sistema de comunicao em rede Fieldbus

ficando atrs somente do protocolo Modbus, sendo que em 2004, estimava-se que

existiriam mais de 10 milhes de ns instalados mundialmente.

PROFIBUS foi desenvolvido em 1987 por Johan Sartwish Wilman, em So

Petersburgo.Existem trs diferentes verses de PROFIBUS:

PROFIBUS-DP (Decentralized Peripherals) esse protocolo foi a primeira

verso criada. Indicada para o cho de fbrica, onde h um volume de informaes

grande e h a necessidade de uma alta velocidade de comunicao para que os

eventos sejam tratados num tempo adequado.

PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) esta verso umaevoluo do Profibus DP e destina-se a comunicao ao nvel de clulas (nvel onde

se encontram os PLCs). O FMS to poderoso que pode suportar o volume de

dados at o nvel gerencial, mesmo que isso no seja indicado.

PROFIBUS-PA (Process Automation) a verso mais moderna do Profibus.

Uma caracterstica interessante deste protocolo que os dados podem trafegar pela

mesma linha fsica da alimentao DC, o que economiza tempo de instalao e

cabos e diminui o custo de sua instalao. Sua performance semelhante ao DP.Uma caracterstica interessante nesse protocolo, o fato dele ser intrinsecamente

seguro, podendo ser usado em reas classificadas.


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PROFIBUS foi definida em 1991/1993 na norma DIN 19245, movida em

1996 para EN 50170, e desde 1999 includa na normas IEC 61158/IEC 61784.

O padro PROFIBUS mantido, atualizado e comercializado pela

PROFIBUS International, uma organizao sem fins lucrativos administrada de

Karlsruhe na Alemanha.

Existem trs tipos de meio fsico de comunicao que podem ser utilizados

pelo Protocolo Profibus, a saber:

RS-485 - o meio fsico mais utilizado e consiste basicamente de um cabo

blindado e dois fios, geralmente nas cores verde e vermelha. Nas extremidades da

rede necessrio realizar terminao da rede, que consiste num arranjo de

resistores interligados aos terminais da rede e dois pontos de tenso de referncia

disponibilizados no dispositivo. Existe tambm a possibilidade de utilizao de

terminadores ativos.

IEC 61158-2 - um padro que define regras e particularidades para

aplicaes em automao de processos (Profibus PA), sobretudo para aplicaes

em reas classificadas.

Fibra ptica - o meio fsico mais recomendado para locais onde h grande

possibilidade de interferncias eletromagnticas (EMI). Existem equipamentosdisponveis no mercado para efetuar a converso de RS-485 para fibra ptica e vice-

versa, especficos para rede Profibus DP.


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2.4 Energia Eltrica

A legislao brasileira, no exige um projeto nem a implantao da

instalao eltrica interna de uma residncia por um profissional especializado.

Algumas normas esto surgindo para regularizar os mtodos de interligao de

equipamentos, controle de cargas e projetos de luminotcnica com intuito de

melhorar a qualidade de um modo geral, reduzindo os riscos de choque, mau

funcionamento e fuga de energia.

Uma residncia que agrega uma grande quantidade de equipamentos

eltricos e eletrnicos altamente dependente da qualidade de energia fornecida

pela concessionria. Variaes de sub ou sobre tenso so altamente perigosaspara microcontroladores existentes nos dispositivos inteligentes. Falta de energia ou

curtos-circuitos podem deixar os sistemas inoperantes. Variaes e rudos da linha

de transmisso podem causar situaes de comandos errneos.

Chegou-se a uma situao em que a economia essencial para manter a

qualidade da energia eltrica, problemas como apages so uma ameaa constante,

todos os anos ao chegar o perodo da seca.

2.4.1 Reduo do consumo de energia

A reduo do consumo de energia eltrica pode ser alcanada

desenvolvendo programas de gerenciamento de energia. Equipamentos interligados

aos pontos de consumo que os desativam quando no so necessrios, ou mesmo

que faam o controle da carga dos aparelhos.

A implantao de controles nas janelas, portas e persianas podem permitiruma melhor utilizao da luz natural, diminuindo assim a necessidade da utilizao

da luz artificial. Mas tambm deve ser considerada a influncia da luz do sol sobre o

ar-condicionado, para no sobrecarreg-lo.

Assim como de extrema importncia a utilizao de fontes de luz artificial

de maior rendimento energtico, para que junto ao sistema inteligente de controle,

possa-se ter o melhor rendimento possvel.

Pesquisas revelam que 25% da iluminao de escritrios no Brasil est

baseada em sistemas de iluminao obsoletos e ineficientes - principalmente

sistemas fluorescentes de 20W e 40W (FONTE, 2007).


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De acordo com Fonte (2007), existe potencial de economizar mais de R$ 90

Milhes por ano em energia atravs da melhoria dos sistemas existentes por

tecnologias mais modernas (mescla TL5 e TL8), menos de 1% dos escritrios

utilizam controles inteligentes (detector de presena e aproveitamento da luz

natural), o que garante um maior potencial para reduzir custos com energia.

2.5 Controle Digital

Neste tpico ser feita uma reviso terica de todos os conceitos que

ajudem a entender como funciona o controle utilizando softwares e hardwares.

2.5.1 Programao

Para compreendermos os sistemas que utilizam micro controlador e

microprocessador, devem-se conhecer os conceitos bsicos de programao e

computao.

Programar fornecer uma sequncia de comandos ou instrues que

devem ser seguidas pela mquina para a execuo de uma tarefa. Antes dainveno dos microprocessadores, era necessria a construo de complexos

circuitos de controle para diversas mquinas ou sistemas, e que uma vez

construdos, eram de difcil modificao. Atuando somente na tarefa em que eles

foram construdos para controlar. Com a criao do microprocessador, foi permitida

a fcil modificao da sua programao, para melhor atender as necessidades que

possam aparecer.

2.5.2 Microcontroladores

O microcontrolador constitudo de um microprocessador, memria e

perifricos de entrada/sada e pode ser programado para funes especficas, como,

por exemplo, o controle de mquinas e diferentes automaes (CAVALCANTE,

2011).


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2.5.2.1 Plataforma Arduino

Arduino uma plataforma open-source de prototipagem eletrnica baseada

flexibilidade, de hardware fcil de usar e software fcil de programar. destinado a

artistas, designers, hobbyists, e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou

ambientes interativos.

A plataforma microcontrolada utiliza-se de uma camada simples de software

implementada na placa, que um bootloader, e uma interface amigvel no

computador que utiliza a linguagem Processing, baseada na linguagem C/C++, a

qual open source. Atravs do bootloader dispensa-se o uso de programadores

para o chip (no caso a famlia AVR do fabricante ATMEL) facilitando ainda mais o

seu uso uma vez que no exige compiladores ou hardware adicional (SOUZA,

2011).

A plataforma escolhida foi o Arduino Uno, que apresenta restries de

memria, mas mesmo assim possui uma ampla capacidade de leitura de variveis

externas a partir das suas portas analgicas, possui tambm grande capacidade de

atuao a partir de suas sadas PWM e sadas digitais. Conta com 6 entradas

analgicas, 1 UART, 12C, SPI e 6 PWMs (FIG. 2.5).

(Figura 2.5 Arduino Uno)

O Arduino Uno REV.3, tem algumas caractersticas interessantes, abaixo

pode-se ver algumas destas:

a) microcontroller: 328P;


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b) operating Voltage: 5V;

c) input Voltage (recommended): 7-12V ;

d) input Voltage (limits): 6-20V ;

e) digital I/O Pins: 14 (of which 6 provide PWM output);

f) analog Input Pins: 6;

g) DC Current per I/O Pin: 40 mA;

h) DC Current for 3.3V Pin: 50 mA;

i) Flash Memory: 32 KB of which 8 KB used by bootloader ;

j) SRAM: 8 KB;

k) EEPROM: 4 KB;

l) clock Speed: 16 MHz.

2.5.3 Redes sem fio Bluetooth

Nos ltimos anos as redes sem fio se desenvolveram em todas as reas,

onde a comunicao a cabo dominava. Saindo de sua baixa utilizao quando era

apenas utilizada para comunicao via satlites, hoje podemos encontrar em

ambientes locais. Um padro muito utilizado o IEEE802.11, tambm conhecidocomo wi-fi (Wireless Fidelity), que substitui cabos nas redes de computadores

pessoais.

H uma tendncia moderna de se implantar cada vez mais as redes sem fio

em ambientes residenciais, motivada pela facilidade de instalao e, muitas vezes

pela inviabilidade do uso de redes cabeadas (BOLZANI, 2004).

Um padro altamente utilizado em redes de automao residencial o

Bluetooth, essa tecnologia de transmisso baseada em envio de dados via rdiode alta frequncia e baixo alcance. Tal tecnologia foi desenvolvida pela Ericsson nos

meados dos anos 90 como um padro aberto. de baixo custo e utiliza

transmissores pequenos o suficiente para serem includos em quase todo tipo de

dispositivo.

Dispositivos Bluetooth possuem um sistema inteligente de uso da potncia,

que depende da distncia entre os dispositivos. Dentro de 10 metros, o consumo o

menor entre as solues sem fio existentes. Apresenta uma taxa de transmisso

baixa, de 1 Mbps no padro 1.0 e de 3 Mbps no padro 2.0. O rdio opera na

freqncia de 2.4 GHz com uma potncia que varia de 1 mW a 100 mW. A


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transmisso de dados feita atravs de pacotes em espalhamento espectral de 79

canais.

2.5.4 Android

Apresentando alguns Sistemas Operacionais (SOs) disponveis para

dispositivos movis, temos o Android, BlackBerry, iPhone, Symbiam e o Windows

Mobile, chegamos a concluso que o mais simples para programao e abertura

para modificaes o sistema Android. O sistema BlackBerry no permite pesquisa

de locais de Wi-Fi ou de torres de celular, iPhone no tem suporte para aplicaes

funcionarem em segundo plano, Symbiam uma plataforma de difcildesenvolvimento de softwares, e o Windows Mobile muito dependente do seu

produtor, sendo uma plataforma muito protegida por patentes.

O sistema Android possui suporte a comunicao por Bluetooth, e permite

que aplicativos rodem em segundo plano, o que torna o mesmo perfeito para o uso

em questo.


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3 METODOLOGIA PROPOSTA

O desenvolvimento deste projeto foi formulado em quatro etapas: a primeira

etapa trata do desenvolvimento do software instalado no sistema Android e a

programao do CLP.; a segunda etapa do projeto de firmware e hardware do

Arduino e programao e criao das telas da IHM; a terceira etapa do

desenvolvimento da automao foi integrar o Arduino no clp, e o CLP com a IHM; a

quarta etapa foi integrar todos eles ao controle via Bluetooth (Controle de abertura

do porto automtico).

No projeto utilizou-se o sistema Android por este ser uma plataforma aberta,

de fcil desenvolvimento de aplicativos, e utilizou-se o Arduino por ser uma

plataforma microcontrolada, de licena aberta, para desenvolvimento de prottipos,

e o CLP para integrao de toda a automao existente.

A escolha do uso do mdulo Bluetooth deu-se por motivo de ser nativo em

dispositivos Android, e de ser fcil a incluso de um mdulo destes no Arduino; e

ainda foi considerado o baixo custo de aquisio do componente.

3.1 Desenvolvimento no Android

No Android desenvolveu-se um aplicativo capaz de comunicar com a placa

microcontrolada Arduino. Esse aplicativo tem como objetivo criar uma interface

usurio e controlador. Para isto utilizou-se do aplicativo de desenvolvimento APP

INVENTOR ( Google).

O aplicativo desenvolvido pela empresa Google, tem como objetivo utilizar o

sistema de envio de informaes, para poder controlar sadas no microcontroladorArduino e depois a comunicao do Arduino com outros componentes eletrnicos,

podendo ser sensores, atuadores, entre outros dispositivos.

O aplicativo batizado de PIM_AUT_RESIDENCIAL foi desenvolvido no

programa APP INVENTOR, um compilador de linguagem JAVA. Para permitir a

compilao deste aplicativo para Android foi instalado o plug-in ADB.SDK.

Para a comunicao, via Bluetooth, com o sistema Arduino foi utilizado um

modulo Bluetooth (Sem Marca definida)Modelo HC-06.


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A lgica do aplicativo PIM_AUT_RESIDENCIAL pode ser vista na FIG. 3.1,

esta explica em forma de fluxograma, como feito o tratamento dos comandos do

usurio e o envio dos dados.

(Figura 3.1 Fluxograma Programa PIM_AUT_RESIDENCIAL)


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No sistema Android tambm devem ser instalados o aplicativo desenvolvido,

por mim mesmo, o PIM_3_SEM (2013). Este aplicativo permitem o cadastro, do

mdulo Bluetooth conectado ao Arduino, ao Android e contm o protocolo de envio

de dados para o Arduino.

No aplicativo pode-se escolher o endereo do mdulo que se quer controlar.

Isto permite que se instalem quantos mdulos forem necessrios. Porm s se pode

controlar um mdulo por vez. Tendo que reiniciar o aplicativo no Android para

endereo do mdulo.

3.2 Desenvolvimento no Arduino

No Arduino desenvolveu-se um firmware para receber os dados do modulo

Bluetooth, onde podemos fazer os controles.

O firmware do Arduino tem como objetivo acionar a sada e indicar para o

CLP o comando necessrio.

Para isso desenvolveu-se um firmware, de forma que atendesse os

requisitos especificados, ou seja, receber os dados do bluetooth e controlar a

automao de ligar o numero de sadas equivalentes. Lembrando que em um projetoreal as saidas representam lmpadas e tomadas ou motores.

Para isso, reservou-se portas digitais do Arduino, depois definiu-se quais

seriam as portas de comunicao. Para receber de forma correta os dados enviados

pelo Android, por meio do Bluetooth, utilizou-se a funo Serial1.read(9600), esta

funo contm faz a leitura dos dados enviados pelo modulo bluetooth.


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Segue abaixo na FIG. 3.2 o fluxograma do processo:

(Figura 3.2 Fluxograma Programa Arduino)


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3.3 Desenvolvimento da placa de circuito impresso

Foi desenvolvido a placa de circuito impresso com os seguintes itens:

1P - Resistor 1K

1P - Transistor 2N2222

1P - Diodo 1N4007

1P - Rele 5V

1P - Placa Universal perfurada.

Foto das peas (FIG 3.3)

(Figura 3.3 Demonstrao Dos Componentes)

Foi realizada a polarizao do transistor utilizando o resistor e o diodo,

podendo assim atracar o rele.Imagem da placa montada (FIG. 3.4 e 3.5)


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(Figura 3.4 Viso Da Solda)

(Figura 3.5 Viso Da Placa De Potencia)


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3.4 Desenvolvimento do programa no CLP e IHM

Para o desenvolvimento da programao do CLP utilizamos o software

ISPSoft 1.03 este software nos possibilita vrios tipos de linguagem de

programao, mais utilizei o Ladder por ser uma programao mais difundida no

meio da automao. Abaixo segue imagem do software (Figura 3.6 Software ISPSoft

1.03).

(Figura 3.6 Software ISPSoft 1.03)

O CLP utilizado foi o modelo DVP28SV211R - CLP 16E/12S da fabricante

Delta + um modulo de expanso de I/O modelo DVP16SP11R - EXP. 8E/8S, a

utilizao do modulo de expanso foi necessrio, pois foram utilizadas 16 saidas

pela programao da automao e o CLP s possua 12 saidas. Este CLP trabalha

com dois tipos de comunicao sendo eles o RS-232 e o RS-485 Modbus, onde foi

utilizado a protocolo modibus RS-232 para comunicao com a IHM via entrada

Serial N3 da IHM, este modelo do CLP no apresenta a entrada Ethernet, sendo

assim no podemos neste modelo realizar a configurao de cliente via Ip para

acesso remoto, mais sendo o modelo DVP32SV2211E ele j possui esta funo.

Para a IHM foi utilizada o modelo DOP-B10E615 - C/ETHERNET 10" e o

software para a programao foi o DOPSoft 1.01.04 aonde conseguimos criar

botes, sinalizadores, imagens em bitmap e jpeg dentre outras funes. O intuito da

utilizao da IHM, simplificar o acesso remoto de todas as reas da casa, onde

podemos acionar todas as funes da automao, para o projeto foram criadas

varias paginas, para exemplificar a possibilidade da utilizao de multitela na IHM.


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Com a IHM tambm podemos setar senhas de acesso para que somente

pessoas autorizadas possam utilizar as telas especificadas.

Em modelos mais modernos de CLP, podemos agrupar na IHM o sistema de

viso onde consigo tambm criar uma aba para a visualizao de uma cmera

instalada em um ambiente.

(Figura 3.7 Software DOPSoft 1.01.4)


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4 RESULTADOS E CONCLUSES

O trabalho se mostrou vlido, uma vez que os testes de funcionamento

foram concludos com xito. Na FIG. 4.1 pode-se ver o sistema, sendo testado.

(Figura 4.1 Testes Do Prototipo)

Notou-se nos testes que o aplicativo PIM_AUT_RESIDENCIAL se mostrou

capaz de enviar os valores de setpoint corretos para o Arduino. O Arduino, utilizando

o firmware desenvolvido, foi capaz de ler de forma correta os dados enviados pelo

aplicativo que estava rodando no Android, e controlou com perfeio o acionamento

da porta de entrada do CLP.

No teste de controle do modulo Bluetooth ocorreu tudo bem, tendo apenas

alguns problemas de configurao da placa, por causa da mesma no ter um

fabricante e nem um datasheet exclusivo, este conjunto est montado em uma

bancada a onde encontram-se CLP, Fonte 24Vcc, IHM, Modulo Bluetooth e a Placa

Arduino montada j com os mdulos Rele, Na FIG. 4.2 pode-se ver esta montagem.

(Figura 4.2 Bancada com componentes)


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Tambm foi verificado que possvel alternar entre diferentes mdulos,

colocando-se diversos cada controladores Arduino um com seu mdulo Bluetooth, e

fazer o controle de vrios ambientes, atuando em cada ponto de forma separada,

todos comunicando com o mesmo CLP.

No presente trabalho conseguiu-se atender aos objetivos propostos, ou seja:

Foi construda de uma ferramenta supervisria para funcionar em tablets com

o sistema Android. Esse aplicativo deve ser capaz de se comunicar

remotamente com os dispositivos responsveis pelos controles (CLP);

Foi construdo de um firmware para que a placa microcontrolada Arduino

pudesse comunicar-se com o Android utilizando um mdulo Bluetooth;

Foi desenvolvido um Software para o CLP, onde este atua em conjunto com

a IHM;

Disponibilizou-se um estudo sobre controle digital;

Construiu-se um controlador que pode ser ligado lmpadas e tomadas ou

motores;

Construiu-se uma bancada para fins de demonstrao do projeto.


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4.1 Sugestes Para Trabalhos Futuros

Para futuros trabalhos, pode-se implementar uma forma mais prtica de se

alternar entre os mdulos Bluetooth, para que facilite a utilizao de n pontos de

controle de automao. Para isso deve-se fazer uma verso nova do aplicativo para

o Android, onde o usurio seja capaz de cadastrar e salvar o endereo de forma

prvia de n mdulos. Com um menu, para alternar entre esses mdulos de forma

rpida, sem a necessidade de digitar o endereo do mdulo ou pesquisar.

Recomenda-se tambm o desenvolvimento de um produto para ser usado

de forma industrial (Comercial), com maior capacidade de controle de pontos de

iluminao, e maior alcance do sinal, podendo ser alterado para wireless.Alm disso, podem ser realizadas melhorias no software para o Android,

pensando em um controle via internet acessando o TCP/IP da rede do CLP. Uma

vez que certos aparelhos possuem a comunicao via, pode-se desenvolver um

aplicativo que utilize esses equipamentos para realizar o controle de volume de TVs

Home Theater e Similares.

Por fim, sugere-se considerar a confeco de uma placa microcontrolada

dedicada para esta soluo e o desenvolvimento de uma biblioteca prpria parautilizar no sistema Android.


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Apndice ICdigo fonte Arduino e Esquema Eltrico

int PinoLeitura = A0; // Escolhendo o pino analgico A0

int Luminosidade;

int led = A1;

void setup() {

//No h necessidade de declarar o pino analgico

Serial.begin(9600);

pinMode(led,OUTPUT);

}

void loop() {

//LeituraPot recebe o valor do pino A0.

Luminosidade = analogRead(PinoLeitura);

char caracter = Serial.read();

if(caracter == 'A'){

digitalWrite(led,HIGH);

}

if(caracter == 'B'){

digitalWrite(led,LOW);

}


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Apndice IIProgramao do APP PIM_AUT_RESIDENCIAL


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Apndice IIIProgramao do CLP


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Anexos (Fotos do projeto)


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Referencias

[ANGEL, 1993] Angel, P. M. Introduccin a la domtica; Domtica: controle e

automao. Escuela Brasileo-Argentina de Informtica. EBAI. 1993

[BOLZANI, 2004] BOLZANI, C.A.M. Residncias inteligentes - domtica, redes

domsticas, automao residencial. So Paulo: Livraria da Fsica, 2004.

[BRUGNERA, 2008] BRUGNERA, Mauro Ricardo. Domtica. Disponvel em:

.

Acesso em: 22 MAIO. 2014.

[BUSCHMANN et al 1996] BUSCHMANN, F., Meunier, R., Rohnert, H.,

Sommerland, P., and Stal, M. Pattern- oriented software architecture: a system of

patterns. John Wiley & Sons Ltd, New York, 1996.

[DAAMEN, 2005] DAAMEN, David. Sistemas de barramentos domsticos. Elektor:

eletrnica e microinformtica, Barueri-SP, n. 41, 2005.

[DECOESFERA, 2009] DECOESFERA. Iluminacin y domtica. Disponvel em: acesso em: 22

MAIO 2014.


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Integrante

Nome:

RA:

Fones:

e:mail:

pim automação residencial novo

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