Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Sistema Integrado de Segurana e Domtica

Jos Eduardo do Monte Moreira da Rocha Beleza

Dissertao realizada no mbito do

Mestrado Integrado em Engenharia Electrotcnica e de Computadores

Major de Telecomunicaes

Orientador: Prof. Dr. Mrio de Sousa

Janeiro de 2009

Jos Eduardo M. M. Rocha Beleza, 2009

i

Resumo

Hoje em dia, o conforto, segurana e poupana de energia so caractersticas

fundamentais numa habitao. Com a instalao de um sistema de automao todos estes

factores podem ser conseguidos satisfatoriamente. A domtica uma tecnologia que permite a

gesto de todos os recursos habitacionais, simplificando a vida diria das pessoas. Como

exemplo das capacidades da domtica, temos a possibilidade de automatizar rotinas e tarefas

de uma casa ou mesmo controlar a temperatura ambiente ou at a iluminao.

O trabalho descrito nesta dissertao teve a empresa Nibble Engenharia, Lda como

proponente, visto esta pretender alargar as ofertas domticas que de momento possui. O

objectivo principal da empresa prende-se com o lanamento no mercado de um sistema

domtico prprio que inove com a possibilidade de acesso remoto ao sistema. Para tal, foi

descrito neste projecto a especificao do software para mais tarde ser desenvolvido, a fim de

ser comercializado.

Perante esta vontade demonstrada pela empresa, foram especificadas duas interfaces

grficas que permitem o controlo da iluminao da habitao, gesto de utilizadores,

observao do estado do equipamento da habitao, programao de tarefas a determinadas

horas e datas, escolha de cenrios, assim como tambm foi pensado a existncia de

segurana tcnica, da qual fazem parte os sensores de inundao e gs, e segurana contra

intruso. Todas estas funcionalidades podero ser acedidas remotamente atravs da Internet e

em diferentes plataformas.

ii

iii

Abstract

Nowadays, comfort, security and energy saving are important characteristics in a home.

With the installation of an automation system, all this elements can be achieved satisfactorily.

Domotics is a technology that provides management to all home resources, making peoples

daily life easier. As an example of home automation capabilities, there is the possibility of

performing automatic routines or tasks and it is also possible to control the rooms temperature

or even the lighting automatically.

The work described in this thesis had Nibble Engenharia, Lda as its proposer since they

want to extend the domotics capability they have at the moment. The main goal of the company

is to be able to enter the domotics market with its own system that can innovate by being able to

be accessed remotely. For that, it was described in this thesis the software specification for it to

be developed later on in order to be commercialized.

With the companys purpose, two graphical interfaces were specified. These interfaces

make possible the control of the home lighting, the users management, to know the state of

each home equipment, the programming of tasks on a specific date and time, the possibility of

choosing different ambiences, as well as it also figures technical safety measurements, with the

flooding and gas sensors, and an alarm system. All these functionalities may be accessed

remotely through the web and in different platforms.

iv

v

Agradecimentos

Acima de tudo, gostaria de agradecer aos meus pais, por me terem dado esta oportunidade

e pelo apoio sempre incondicional.

Agradeo tambm aos amigos de longa data que sabem da sua importncia e que sempre

estiveram presentes por todo este meu percurso estudantil. Em especial, quero agradecer ao

Ricardo Teixeira pelas horas de sono que dedicou a ajudar-me e Ctia Santos pela

motivao que me deu.

Por fim, ao orientador, o Professor Dr. Mrio de Sousa, agradeo toda a sua disponibilidade

demonstrada assim como orientao ao longo desta dissertao.

vi

vii

A Ti

viii

ix

ndice

Resumo ..................................................................................................................................... i

Abstract ................................................................................................................................... iii

Agradecimentos ....................................................................................................................... v

ndice ....................................................................................................................................... ix

ndice de Figuras ................................................................................................................... xiii

Lista de Tabelas e Diagramas ............................................................................................... xv

Abreviaturas e Smbolos ...................................................................................................... xvii

Captulo 1 ................................................................................................................................ 1

1 Introduo ....................................................................................................................... 1

1.1 Enquadramento do Trabalho..................................................................................... 1

1.2 Motivao .................................................................................................................. 2

1.3 Estrutura do Documento ........................................................................................... 3

Captulo 2 ................................................................................................................................ 5

2 Estudo do Mercado ......................................................................................................... 5

2.1 Tecnologias Existentes ............................................................................................. 5

2.1.1 X-10 ................................................................................................................... 5

2.1.2 LonWorks .......................................................................................................... 7

2.1.3 CEBus ............................................................................................................. 10

2.1.4 KNX/EIB .......................................................................................................... 13

2.1.5 C-Bus ............................................................................................................... 18

2.2 Situao do Mercado Nacional ............................................................................... 20

2.2.1 Logic Home ..................................................................................................... 20

2.2.2 Cardio .............................................................................................................. 22

2.2.3 Mordomus Intelligent House Management .................................................. 23

x

2.2.4 Instabus/EIB .................................................................................................... 24

2.3 Potenciais Utilizadores ............................................................................................ 24

2.4 Concluso ................................................................................................................ 25

Captulo 3 .............................................................................................................................. 27

3 Descrio Geral do Sistema .......................................................................................... 27

3.1 mbito do Sistema ................................................................................................... 27

3.2 Perspectiva do produto ............................................................................................ 28

3.2.1 Interfaces de hardware, software e de comunicaes .................................... 28

3.2.2 Interface com utilizador ................................................................................... 28

3.3 Funes do Produto ................................................................................................ 29

3.4 Caractersticas dos utilizadores ............................................................................... 30

Captulo 4 .............................................................................................................................. 33

4 Especificao dos Requisitos ........................................................................................ 33

4.1 Processos do Sistema de Informao ..................................................................... 33

4.1.1 Alterar o estado das lmpadas da habitao .................................................. 33

4.1.2 Visualizao do Histrico de Potncia ............................................................ 35

4.1.3 Programao de Tarefas ................................................................................. 36

4.2 Viso Geral .............................................................................................................. 37

4.3 Funcionalidades especficas da Interface Grfica ................................................... 38

4.3.1 Gesto e controlo do estado dos dispositivos de rede.................................... 38

4.3.2 Programao e organizao de tarefas .......................................................... 40

4.3.3 Gesto de histricos e de dados ..................................................................... 41

4.4 Casos de Uso .......................................................................................................... 41

4.5 Performance de Software ........................................................................................ 61

4.6 Requisitos da base de dados .................................................................................. 61

4.7 Atributos do Software .............................................................................................. 62

Captulo 5 .............................................................................................................................. 63

5 Resumo de Tecnologias Web ....................................................................................... 63

5.1 Common Gateway Interface: ................................................................................... 63

5.2 ASP.NET: ................................................................................................................ 64

5.3 Java Server Pages: ................................................................................................. 65

5.4 Concluso: ............................................................................................................... 67

xi

Captulo 6 .............................................................................................................................. 69

6 Soluo Proposta .......................................................................................................... 69

6.1 Arquitectura do Sistema .......................................................................................... 69

6.2 Modelo Entidade Associao .................................................................................. 72

6.3 Modelo Relacional ................................................................................................... 74

6.4 Prottipo da Implementao da Interface Grfica................................................... 74

Captulo 7 .............................................................................................................................. 77

7 Concluso ..................................................................................................................... 77

7.1 Desenvolvimentos Futuros ...................................................................................... 77

8 Referncias ................................................................................................................... 79

xii

xiii

ndice de Figuras

Figura 2.1 Camadas do modelo CEBus e seus tipos de meios de comunicao fsica ... 10

Figura 2.2 Topologia Tpica CEBus ................................................................................... 12

Figura 2.3 Rede centralizada ............................................................................................. 14

Figura 2.4 Fonte de alimentao KNX/EIB ........................................................................ 15

Figura 2.5 Alimentao de duas linhas com uma s fonte ................................................ 15

Figura 2.6 Interligao de Linhas ....................................................................................... 16

Figura 2.7 Distncias Mnimas e Mximas entre Equipamentos ....................................... 16

Figura 2.8 Topologias de Rede .......................................................................................... 17

Figura 2.9 Envio de Mensagens na Rede.......................................................................... 17

Figura 4.1 Login ................................................................................................................. 42

Figura 4.2 Erro de Login .................................................................................................... 42

Figura 4.3 Incio Criana .................................................................................................... 43

Figura 4.4 Incio Empregado .............................................................................................. 43

Figura 4.5 Iluminao......................................................................................................... 44

Figura 4.6 Lmpadas ......................................................................................................... 44

Figura 4.7 Estores .............................................................................................................. 45

Figura 4.8 Alarme ............................................................................................................... 45

Figura 4.9 Vlvulas de segurana ..................................................................................... 46

Figura 4.10 AVAC .............................................................................................................. 46

Figura 4.11 Aquecimento ................................................................................................... 47

Figura 4.12 Ar condicionado .............................................................................................. 47

Figura 4.13 Aparelhos Elctricos ....................................................................................... 48

Figura 4.14 Cenrios.......................................................................................................... 48

Figura 4.15 Histrico .......................................................................................................... 49

Figura 4.16 Potncia consumida ....................................................................................... 49

Figura 4.17 Erro na potncia consumida ........................................................................... 50

Figura 4.18 Agendamento ................................................................................................. 50

Figura 4.19 Nova tarefa no agendamento ......................................................................... 51

Figura 4.20 Ajuda ............................................................................................................... 51

Figura 4.21 Desactivar Alarme na Pgina de Login .......................................................... 52

Figura 4.22 Habitao, Rs-do-cho ................................................................................. 53

xiv

Figura 4.23 Novo dispositivo instalado na habitao ......................................................... 53

Figura 4.24 Sala da habitao ........................................................................................... 54

Figura 4.25 Sala com estore seleccionado ........................................................................ 54

Figura 4.26 Adio de novo dispositivo, parte 1 ................................................................ 55

Figura 4.27 Adio de novo dispositivo, parte 2 ................................................................ 55

Figura 4.28 Adio de novo dispositivo, parte 3 ................................................................ 56

Figura 4.29 Alarme ............................................................................................................. 56

Figura 4.30 Configurao do alarme .................................................................................. 57

Figura 4.31 Configurao do ar condicionado ................................................................... 57

Figura 4.32 Cmaras .......................................................................................................... 58

Figura 4.33 Visualizao da imagem de uma cmara ....................................................... 58

Figura 4.34 Cenrios .......................................................................................................... 59

Figura 4.35 Edio de cenrios.......................................................................................... 59

Figura 4.36 Utilizadores ..................................................................................................... 60

Figura 4.37 Edio de utilizadores ..................................................................................... 60

Figura 4.38 Criao de novo utilizador .............................................................................. 60

Figura 6.1 Sistema nico. ................................................................................................... 70

Figura 6.2 Dois sistemas independentes s com uma BdD. ............................................. 71

Figura 6.3 Dois sistemas independentes, ambos com BdD. ............................................. 72

Figura 6.4 Modelo Entidade Associao 1. ........................................................................ 73

Figura 6.5 Modelo Entidade Associao 2. ........................................................................ 73

Figura 6.6 Modelo Entidade Associao 3. ........................................................................ 73

Figura 6.7 Tabulao Iluminao/Lmpadas. .................................................................... 75

Figura 6.8 Tabulao Agendamentos. ............................................................................... 75

Figura 6.9 Novo agendamento de tarefa. .......................................................................... 76

Figura 6.10 Tabulao Agendamento actualizada com nova tarefa.................................. 76

xv

Lista de Tabelas e Diagramas

Tabela 2.1 Modelos de Transmissor/Receptor .................................................................... 9

Diagrama 4.1 - Diagrama de actividades para alterar estado das lmpadas. ...................... 34

Diagrama 4.2 - Diagrama de actividades para visualizao do histrico de potncia. ........ 35

Diagrama 4.3 - Diagrama de actividades para a programao de tarefas. .......................... 36

Diagrama 4.4 - Diagrama de pacotes dos casos de uso. ..................................................... 37

xvi

xvii

Abreviaturas e Smbolos

ASP Active Server Pages

AVAC Aquecimento, Ventilao e Ar Condicionado

BCI BatiBUS Club International

bps bits por segundo

CAN Controller Area Network

CGI Commom Gateway Interface

CSMA/CDCR Carrier-Sensing Multiple Access with Collision Detection and Collision

Resolution

DVD Digital Versatile Disc

E.U.A. Estados Unidos da Amrica

EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory

EHSA European Home Systems Association

EIA Electronics Industries Association

EIB Electrical Installation Bus

EIBA European Installation Bus Association

GSM Global System for Mobile Communications

HTML HyperText Markup Language

IIS Internet Information Service

IP Internet Protocol

JDBC Java Database Connectivity

JSP Java Server Pages

KNX Konnex

LAN Local Area Network

NCS Network Controller System

OSI Open Systems Interconnection

PDA Personal Digital Assistant

SDRAM Synchronous Dynamic Random Access Memory

TCP Transmission Control Protocol

UTP Unshielded Twisted Pair

xviii

1

Captulo 1

1 Introduo

Este captulo inicial comea por descrever o enquadramento do trabalho sendo seguido pela

apresentao dos motivos que levaram sua realizao. Ser ento apresentada uma

organizao da dissertao com uma descrio sucinta dos assuntos abordados em cada

captulo.

1.1 Enquadramento do Trabalho

A domtica um conceito que visa a automatizao de edifcios, atravs do controlo e

monitorizao integrados dos diferentes sistemas de apoio sua explorao. uma tecnologia

recente que permite a gesto de todos os recursos habitacionais, simplificando a vida diria das

pessoas, satisfazendo as suas necessidades de comunicao, de conforto e segurana. Quando a

domtica surgiu com os primeiros edifcios nos anos 80, pretendia-se controlar a iluminao,

condies climticas, a segurana e a interligao entre os trs elementos.

Nos nossos dias, a ideia base a mesma e prende-se com um contexto domstico. Esta

tecnologia permite o uso de dispositivos para automatizar as rotinas e tarefas de uma casa.

Normalmente so feitos controles de temperatura ambiente, iluminao e som automaticamente,

podendo tudo ser controlado por uma central ou ento ser um sistema descentralizado. Em ambos

os casos, o sistema pode ser estabelecido para ser controlado remotamente pela Internet ou

mesmo pelo telemvel. Pelo conforto e comodidade que pode proporcionar, aliado a uma contnua

baixa do valor dos preos que esta tecnologia comporta, a domtica promete vir a ter muitos

adeptos.

2

Perante esta situao, a possibilidade da venda no mercado de um sistema domtica para

instalao numa habitao algo que uma empresa de electrnica poder ter em vista como um

negcio a explorar.

Este trabalho foi proposto pela empresa Nibble Engenharia, Lda ao professor coordenador

do projecto, Prof. Dr. Jos Antnio Faria, para ser realizado em meio misto, empresarial e

acadmico, nas instalaes da empresa e na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto,

no mbito da disciplina Dissertao, do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotcnica e de

Computadores.

A empresa Nibble Engenharia, Lda pretende comercializar um sistema integrado de

segurana e domtica. Para tal ser possvel, ser preciso o desenvolvimento de um projecto tanto

a nvel de hardware como de software. Esta dissertao centrou-se apenas no desenvolvimento

do software do sistema, sendo considerada a parte de hardware como algo posterior. Como

objectivo, a empresa quer um sistema embebido que permita um acesso remoto via Web de modo

a ser possvel controlar o sistema a partir de qualquer localizao com ligao Internet.

H quatro etapas de processo principais comuns a todos os processos de software:

Especificao do software onde a funcionalidade do software e as restries na sua

operao devem ser definidas;

Desenvolvimento do software aqui o software deve ser produzido de modo a que

atenda s suas especificaes;

Validao do software nesta etapa o software tem de ser validado para garantir que

faz o que o cliente deseja;

Evoluo do software finalmente, o software deve evoluir para atender s

necessidades mutveis do cliente [1].

Pretende-se elaborar a primeira etapa, especificao do software, para desenvolvimento futuro

de um equipamento para lanamento no mercado pela empresa.

1.2 Motivao

A automao de edifcios sempre foi vista como um artigo de luxo capaz de assegurar um

maior conforto, autonomia e segurana a uma habitao. Devido a estes atractivos, a domtica

vista aos olhos dos consumidores como algo apetecvel.

A Nibble Engenharia, Lda j comercializa um mdulo de comunicao GSM por si

desenvolvido, assim como um pequeno nmero de equipamentos para instalao numa habitao,

mas pretende alargar a capacidade de controlo domtico. Para alm disso, tm como principal

objectivo conseguir permitir um controlo remoto via Web do sistema j que essa capacidade ainda

no apresentada de momento pela empresa. Com todos estes atributos, a empresa pretende

criar um sistema capaz de rivalizar e superiorizar-se aos j existentes no mercado, de modo a

conseguir penetrar no mesmo.

3

Com este desafio de penetrao no mercado, ser necessrio o desenvolvimento de um

sistema que apresente uma qualidade igual ou superior aos sistemas j existentes mas a um

preo inferior.

A empresa no pretende desenvolver os seus prprios dispositivos mas sim utilizar

dispositivos fornecidos por revendedores que possam comunicar com o sistema a desenvolver.

necessrio que seja um sistema robusto e seguro, estando protegido de possveis ataques que

possam prejudicar o seu bom funcionamento.

Em termos de hardware, foi apresentado como possvel utilizao neste projecto uma placa

que est a ser desenvolvida num projecto paralelo a este. Esta placa tem como fim uma

diminuio do custo do equipamento que comunica com os dispositivos na rede. A placa consiste

em um processador de 200 MHz, memria flash de 8 Mb, assim como, memria SDRAM de 64

Mb, o que requeria um supervisionamento por parte de outro equipamento. Outra possibilidade

seria o uso de um processador mais potente que o da placa, e com uma memria superior, para

manter o sistema a instalar pela imprensa completamente independente.

Para se chegar ao fim desejado, ser necessrio levar a cabo um estudo minucioso de forma

a procurar solues eficazes.

1.3 Estrutura do Documento

Este documento descreve o trabalho realizado e apresenta-se dividido em sete captulos,

incluindo introduo e concluso.

O primeiro captulo est dividido em trs seces. Na primeira descrito o enquadramento do

trabalho realizado sendo seguida por uma seco onde se identifica a motivao que levou ao

desenvolvimento do mesmo, e terminando, nesta mesma seco onde apresentada uma

estrutura do documento.

De seguida, no captulo dois, apresentado um estudo do mercado, no que refere domtica.

Neste captulo encontram-se quatro seces. Na primeira seco feita uma exposio das

tecnologias existentes. Na seco seguinte figuram vrios sistemas que esto presentemente a

ser comercializados em Portugal. Seguidamente, apresentada uma seco onde so expostas

as vontades de potenciais utilizadores de domtica e, por fim, na ltima seco, feita uma

escolha ponderada da tecnologia a ser usada.

Quanto aos captulos trs e quatro, estes apresentam vrias seces onde so apresentados

os requisitos do sistema e casos de uso do mesmo.

No quinto captulo exposto um resumo de algumas tecnologias Web terminando com uma

concluso sobre as mesmas.

J no sexto captulo so apresentadas arquitecturas possveis do sistema e como estas sero

organizadas e estruturadas tendo em conta os estudos feitos nas outras seces.

Por fim, no ltimo captulo apresentada uma concluso do projecto realizado nesta

dissertao, seguido de possveis desenvolvimentos a serem realizados no futuro.

4

5

Captulo 2

2 Estudo do Mercado

Antes de se especificar qual das tecnologias de automao se iria utilizar no desenvolvimento

do produto, foi preciso elaborar uma pesquisa sobre as tecnologias existentes. A procura pela

melhor soluo foi assim pensada aps a anlise de diferentes aspectos.

Este captulo apresenta as tecnologias possveis para desenvolvimento da especificao do

software.

2.1 Tecnologias Existentes

2.1.1 X-10

O X-10 o protocolo mais antigo usado nas aplicaes domticas. Foi desenvolvido entre

1976 e 1978 com o objectivo de transmitir dados por linhas de baixa tenso a velocidade baixa de

apenas 50 bps e com custos muito baixos. Ao usar as linhas elctricas da habitao, no se torna

necessrio ter novos cabos para ligar os dispositivos.

O protocolo X-10 em si, no proprietrio, ou seja, qualquer fabricante pode produzir

dispositivos X-10 e oferec-los ao pblico a um preo reduzido. Graas, principalmente, ao seu

preo muito competitivo, os produtos X-10 so lderes no mercado residencial Norte-Americano

com as instalaes a serem realizadas por electricistas sem conhecimentos de automao ou

informtica ou at pelos prprios utilizadores, sendo um dos maiores veculos para a distribuio

destes produtos as grandes superfcies e os armazns de bricolage.

O X-10 de momento a tecnologia mais acessvel para a realizao de uma instalao

domtica no muito complexa.

6

Protocolo:

Existem trs tipos de dispositivos X-10: os que s podem transmitir ordens, os que s as

podem receber e os que as podem receber e enviar.

Os transmissores podem direccionar at 256 receptores. Os receptores vm dotados de dois

pequenos comutadores giratrios, um com 16 letras e o outro com 16 nmeros, que permitem

identificar uma direco das 256 possveis. Numa mesma instalao pode haver vrios receptores

configurados com a mesma direco, todos realizam a funo pr-designada, desde que um

transmissor envie um telegrama com esta direco. Evidentemente qualquer receptor pode

receber ordens de diferentes transmissores.

Os dispositivos bidireccionais, tm a capacidade de responder e confirmar a realizao

correcta de uma ordem, a qual pode ser muito til quando o sistema X-10 estiver ligado a um

programa de visualizao que mostre os estados em que se encontra a instalao.

Meio Fsico:

O protocolo X-10 usa uma modulao muito simples quando comparado com as que so

usadas noutros protocolos de controlo por correntes portadoras. O Transmissor/Receptor do X-10

est dependente do ciclo da onda sinusoidal de 50 Hz para introduzir, um instante depois desta

cruzar o zero, um sinal numa frequncia fixa.

Pode introduzir-se este sinal nos ciclos positivo ou negativo da onda sinusoidal. A codificao

de um bit 1 ou de um bit 0, depende de como este sinal emitido nos semi-ciclos. O 1 binrio

representado por um impulso de 120 kHz durante um milissegundo e o 0 binrio

representado pela ausncia desse impulso de 120 kHz. Num sistema trifsico, o impulso de um

milissegundo transmitido trs vezes para que coincida com a passagem pelo zero das trs fases.

Como tal, o tempo de um bit coincide com os 20 milissegundos que dura o ciclo do sinal, de

forma que a velocidade binria de 50 bps imposta pela frequncia da rede elctrica que temos

na Europa.

A transmisso completa de um telegrama X-10 necessita de onze ciclos de corrente. A trama

divide-se em trs campos de informao:

1. dois ciclos representam o Cdigo de Incio;

2. quatro ciclos representam o Cdigo de Casa (letras de A-Z);

3. cinco ciclos representam o Cdigo Numrico (1-16) ou o Cdigo de Funo (acender a

luz, apagar a luz, variar a luz, etc...).

Para aumentar a fiabilidade do sistema, esta trama transmitida sempre duas vezes,

separadas por trs ciclos completos de corrente. H uma excepo, nas funes de variao de

intensidade transmitido de forma contnua, pelo menos duas vezes, sem separao entre tramas

[2].

Principais desvantagens:

Para alm de ser muito precria, esta tecnologia est sujeita a grandes perdas devido a

interferncias. E embora nos Estados Unidos da Amrica estes equipamentos sejam facilmente

7

adquiridos, em Portugal no existe uma to grande variedade de distribuidores oficiais dos

produtos X-10. Deste modo, perde-se a facilidade de aquisio do produto como a que existe no

continente americano.

Postos estes problemas, est claro que optar por esta soluo no seria vivel para a

empresa.

2.1.2 LonWorks

A Echelon Corporation apresentou a tecnologia LonWorks no ano 1992 e desde ento

mltiplas empresas a tm vindo a usar para implementar redes de controlo distribudas e

automatizadas. Apesar de estar desenhada para cobrir todos os requisitos da maioria das

aplicaes de controlo, s tem tido xito a sua implementao em edifcios administrativos, hotis

e indstrias.

O xito que o LonWorks tem tido em aplicaes profissionais, nas quais importa muito mais a

fiabilidade e a robustez que o preo em si, deve-se a que desde a origem oferecem uma soluo

com arquitectura descentralizada, extremo-a-extremo, que permite distribuir a inteligncia entre os

sensores e os actuadores instalados e que cobre desde o nvel fsico at ao nvel de aplicao a

maioria dos projectos de redes de controlo.

Segundo a Echelon, o LonWorks um sistema aberto a qualquer fabricante que queira usar

esta tecnologia sem depender de sistemas proprietrios, o que permite reduzir os custos e

aumentar a flexibilidade da aplicao de controlo distribuda. Mas embora a Echelon use o

conceito de sistema aberto, como veremos posteriormente, isto no realmente verdade pois a

tecnologia no se pode implementar se no for num circuito integrado registado pela Echelon.

Protocolo:

Qualquer dispositivo LonWorks est baseado num microcontrolador especial chamado Neuron

Chip. Tanto este circuito integrado como o firmware que implementa o protocolo LonTalk, foram

desenvolvidos pela Echelon no ano de 1990.

Em relao ao Neuron Chip podemos salientar que:

Tem um identificador nico, o Neuron ID, o que permite enderear qualquer dispositivo de

forma unvoca dentro de uma rede de controlo LonWorks. Este identificador, com 48 bits,

gravado na memria EEPROM durante o fabrico do circuito;

Tem um modelo de comunicao que independente do meio fsico sobre o qual

funciona, isto , os dados podem ser transmitidos sobre cabos de pares do tipo telefnico,

correntes portadoras, fibra ptica, radiofrequncia, infravermelhos e cabo coaxial;

O firmware que implementa o protocolo LonTalk, proporciona servios de transporte e

routing extremo-a-extremo. Est includo um sistema operativo que executa e planifica a

aplicao distribuda e que maneja as estruturas de dados que so comunicadas pelos

dispositivos.

8

Estes circuitos comunicam entre si enviando telegramas que contm o endereo do

destinatrio, informao para o routing, dados de controlo, assim como, os dados da aplicao do

utilizador e um checklist como cdigo detector de erros. Todas as comunicaes de dados so

iniciadas num Neuron Chip. Um telegrama pode ter at 229 octetos de informao para aplicao

distribuda.

Os dados podem existir sob duas formas, a mensagem explcita ou a varivel de rede. As

mensagens explicitas so a forma mais simples de enviar e receber dados entre duas aplicaes

residentes em dois Neuron Chip do mesmo segmento LonWorks. As variveis de rede

proporcionam um modelo estruturado para a troca automtica de dados distribudos num

segmento LonWorks. So menos flexveis que as mensagens explcitas mas evitam que o

programador da aplicao distribuda esteja dependente dos detalhes das comunicaes.

No que diz respeito aos fabricantes, a Echelon s concedeu licena a trs fabricantes de

semicondutores, os quais tm de pagar pelos direitos de cada circuito fabricado. Para alm disso,

o desenho do Neuron Chip permanece secreto e nenhum outro fabricante, para alm destes trs,

pode fabricar este produto. Por estes motivos, ao no existir concorrncia real e de a produo

estar controlada pela Echelon, os preos no se reduziram tanto como deviam para permitir que

os dispositivos LonWorks tenham um preo competitivo para as aplicaes residenciais. Portanto,

apesar de a Echelon se empenhar em dizer que um sistema aberto, a realidade demonstra o

contrrio.

Meio Fisico:

O Neuron Chip proporciona uma porta especfica de cinco pinos que pode ser configurada

para actuar como interface de diversos transmissores/receptores de linha, e funcionar a diferentes

velocidades binrias. O LonWorks pode funcionar sobre RS-485 com isolamento ptico, acoplado

a um cabo coaxial ou de pares do tipo telefnico, sobre correntes portadoras, fibra ptica e,

inclusivamente, radiofrequncia ou infravermelho.

O transmissor/receptor encarregado de adaptar os sinais do Neuron Chip aos nveis de que

necessita cada meio fsico. Na tabela seguinte resumem-se as caractersticas mais importantes

dos cinco modelos mais usados actualmente.

9

Transceiver Meio Fsico Velocidade

Binria

Topologia de

rede

Distncia

Mxima

N

Dispositivos Outros

PLT-22 Correntes

Portadoras 5,4 Kbps

Qualquer uma

em redes de

baixa tenso, o

par de

condutores sem

alimentao

Depende da

atenuao entre

o emissor e

receptor e do

rudo na linha

Depende da

atenuao

entre o

emissor e

receptor e do

rudo na linha

Compatvel com

PLT-20 e PLT-21

TT-10A

Par de

condutores

tipo telefnico

78 Kbps

Barramento,

estrela ou anel.

Qualquer

combinao

destes.

500 m, at 2700

m com duplo

barramento e

impedncias nos

extremos

64 Compatvel com

FTT-10 e LPT-10

LPT-10

Par de

condutores do

tipo telefnico

78 Kbps

Barramento,

estrela ou anel.

Qualquer

combinao

destes.

500 m, at 2700

m com dois

barramentos e

impedncias nos

extremos

32,64,128 em

funo do

consumo

Capaz de

alimentar

dispositivos pelo

mesmo par de

condutores

TPT/XF 78 Par de

condutores 78 Kbps Barramento 1400 m 64

Nenhum. Isolado

com

transformador

TPT/XF 1250 Par de

condutores 1,25 Kbps Barramento 130 m 64

Nenhum. Isolado

com

transformador

Tabela 2.1 Modelos de Transmissor/Receptor

Compatibilidade LonMark:

A LonMark a associao dos fabricantes que desenvolvem produtos e servios baseados em

redes de controlo LonWorks. Esta associao especifica e publica as recomendaes e

implementaes que melhor se adaptam a cada um dos dispositivos tpicos das redes de controlo.

Para isso baseiam-se nos conceitos de objecto e perfil de funcionamento.

Os objectos LonMark formam as variveis que comunicam na rede de controlo ao nvel de

aplicao (nvel 7 do OSI). Estes objectos descrevem os formatos dos dados que comunicam nos

dispositivos e a semntica que se usa para os relacionarmos com outros objectos da aplicao

distribuda. Existem trs objectos que so bsicos, o actuador, o sensor e o controlador.

Os perfis funcionais detalham em profundidade a interface da aplicao distribuda com a rede

LonWorks e o comportamento das vrias funes implementadas.

Para no limitar o conjunto de funes ou objectos que os fabricantes podem instalar num

dispositivo Lonworks, os perfis funcionais so especificados com um conjunto de objectos ou

funes obrigatrios para alm de um conjunto opcional. Aqui est a razo de que apesar de

existirem milhares de produtos Lonworks nem todos tm a certificao LonMark [3] [4].

10

Principais desvantagens:

Devido ao seu custo, os dispositivos LonWorks no tm tido grande implementao nas casas,

sobretudo porque existem outras tecnologias com prestaes iguais e muito mais baratas. Aliado a

esta situao, pe-se tambm o facto de esta tecnologia no ser completamente aberta, o que

encarece todo o desenvolvimento sua volta.

Com a apresentao destas caractersticas, no se aceita a tecnologia LonWorks como algo a

considerar no futuro do desenvolvimento do sistema.

2.1.3 CEBus

O Consumer Electronic bus, CEBus, um protocolo de comunicao, ponto-a-ponto, de

mensagens de controlo relativamente curtas sobre os meios de comunicao disponveis numa

habitao. Este protocolo para automao domstica uma norma dos Estados Unidos, EIA

600, e surgiu h mais de dez anos. A norma CEBus surgiu em 1984, para dar resposta s

necessidades sentidas no seio da automao domstica devido inexistncia de uma forma

padronizada que permitisse aos diferentes dispositivos comunicarem entre si, incompatibilidade

entre os diferentes produtos existentes no mercado, provenientes de fabricantes distintos e

tambm devido incompatibilidade entre formatos, designadamente no que respeita aos

dispositivos de controlo remoto para televises, rdios e outros aparelhos, responsvel pela

enorme confuso no seio dos consumidores.

Protocolo:

O protocolo CEBus tem como referncia o modelo OSI, embora no inclua as camadas de

Apresentao, Sesso e Transporte (Figura 2.1).

Figura 2.1 Camadas do modelo CEBus e seus tipos de meios de comunicao fsica Imagem retirada de [5].

11

A norma EIA-600 especifica o formato da mensagem, a entrega desta e as regras de resposta

das camadas de aplicao, de rede, lgica e fsica. Tipicamente, os utilizadores compram os

componentes de software do protocolo, modificando a parte varivel deste, consoante a aplicao

desejada. Esta norma tambm define uma rede de comunicaes que suporta comunicao por

rede de energia elctrica, par entrelaado, cabo coaxial, sinalizao por infravermelhos,

sinalizao por radiofrequncia, fibra ptica, assim como, cabo udio-vdeo.

Com esta variedade de escolha do meio de comunicao, alguns sistemas de automao

podem ser instalados, sem necessidade de colocar nova cablagem. Estes sistemas podem usar a

rede elctrica para troca de dados entre os componentes e, para o controlo remoto, infravermelhos

ou radiofrequncia.

Todos os meios fsicos de comunicao transportam o canal de controlo CEBus e transmitem

a informao com o mesmo ritmo de transmisso, cerca de 8000 bps. Tambm podem transportar

canais de dados com larguras de bandas adequadas para vdeo e udio, dependendo do meio de

comunicao fsico. Os comandos e as informaes do estado so transmitidos no canal de

controlo na forma de mensagens, compostas por pacotes de bytes. A maior parte da especificao

do CEBus dedicada especificao do canal de controlo.

O formato das mensagens CEBus de controlo independente do meio de comunicao

usado. Cada mensagem contm o endereo destino, sem nenhuma referncia aos meios de

comunicao onde o emissor e o receptor esto colocados. Logo, o CEBus forma uma rede lgica

uniforme.

O CEBus suporta uma topologia flexvel. Um dispositivo pode ser colocado em qualquer lugar

onde seja necessrio e poder ligar-se a qualquer meio de comunicao, para o qual ter uma

interface CEBus apropriada. As mensagens podem ser enviadas entre os diferentes meios de

comunicao, atravs do uso de um dispositivo electrnico denominado encaminhador. Na Figura

2.2, pode visualizar-se uma rede CEBus tpica, com trs meios de comunicao interligados por

encaminhadores. Os sensores e actuadores so colocados nesta rede, no local que for mais

conveniente. O controlador, clustercontroller, ilustrado na figura, responsvel pela organizao

de uma aplicao que pode ser, por exemplo, a iluminao ou a gesto de energia.

12

Figura 2.2 Topologia Tpica CEBus Imagem retirada de [5]

Todos os pontos de ligao dos dispositivos em cada um dos meios de comunicao so

tratados logicamente tal como se estivessem num barramento. Esta tecnologia emprega

CSMA/CDCR, Carrier-Sensing Multiple Access with Collision Detection and Collision Resolution, o

que permite que qualquer dispositivo existente na rede possa aceder ao meio de comunicao a

qualquer momento. Contudo, um dispositivo que pretenda enviar um pacote de dados deve,

primeiro, verificar se a linha do barramento se encontra, nesse momento, desimpedida. Neste

caso, o pacote ser enviado, tal como sucede no protocolo IEEE 802.3 das redes locais de

transmisso de dados.

Todos os dispositivos lem o endereo de destino contido na mensagem. S o dispositivo que

possuir um endereo igual ao que vem na mensagem que l o contedo desta e actua em

conformidade com o mesmo.

No endereamento de mensagens, alm de se poderem enviar mensagens individuais, todos

os dispositivos ou grupos restritos de dispositivos podem ser alcanados por uma nica

mensagem contendo um endereo de difuso nico. Todos os dispositivos CEBus devem

responder ao endereo de difuso. Um dispositivo pode fazer parte de um ou mais grupos, o que

permite que uma nica mensagem seja enviada para um determinado grupo, por exemplo, para o

grupo dos alarmes. Cabe ao fabricante determinar se o dispositivo criado suporta, ou no,

endereamento de grupo e, no caso afirmativo, quantos grupos podem ser suportados. Todos os

membros do grupo recebem as mensagens que lhes so endereadas.

A tecnologia CEBus no usa um controlador central para gerir a entrega das mensagens de

controlo. Este distribudo entre os dispositivos e os encaminhadores que fazem a ligao dos

diferentes meios de comunicao [5].

13

Desvantagens:

A desvantagem mais significativa desta tecnologia deve-se a este protocolo ter sido criado

principalmente para ser utilizado nos Estados Unidos da Amrica. Isto faz com que o acesso a

equipamento que funcione com esta tecnologia seja difcil e dispendioso.

Para alm desta desvantagem, o facto de a tenso da rede elctrica nos E.U.A. e na Europa

ser diferente tambm invalida a capacidade de funcionamento dos equipamentos usados e

comercializados pelos norte-americanos. Perante esta diferena, os dispositivos teriam de ser

adaptados rede elctrica europeia para um funcionamento prprio.

2.1.4 KNX/EIB

O protocolo Konnex (KNX) uma iniciativa promovida por trs associaes europeias, a

European Installation Bus Association (EIBA), a BatiBUS Club International (BCI) e a European

Home Systems Association (EHSA).

Os objectivos desta iniciativa so:

Criar um nico standard para a domtica e automao de edifcios que cubra todas as

necessidades e requisitos das instalaes profissionais e residenciais no mbito europeu;

Melhorar as prestaes dos diversos meios fsicos de comunicao sobretudo na

tecnologia de radiofrequncia, fundamental para a efectiva consolidao da domtica;

Introduzir novos modos de funcionamento que permitam aplicar uma filosofia Plug&Play a

muitos dispositivos tpicos de uma casa;

Envolver as empresas fornecedoras de servios como as de telecomunicaes e de

electricidade, com o objectivo de desenvolver a telegesto nas casas.

Em suma, partindo dos sistemas EIB, EHS e BatiBUS, trata-se de criar um nico standard

europeu que seja capaz de competir em qualidade, prestaes e preos, com outros sistemas

norte-americanos como o Lonworks ou X-10. Pode afirmar-se que este protocolo ter o melhor do

EIB, do EHS e do BatiBUS.

Esta tecnologia KNX est considerada pelos prprios como sendo a nica de protocolo aberto

para sistemas de controlo de casas e edifcios. Dada esta situao, existem mais de 100

fabricantes de dispositivos KNX no mercado que oferecem mais de 7000 grupos de produtos

certificados pela associao KNX e de diferentes aplicaes de domnio.

Protocolo:

O KNX/EIB foi desenvolvido com o objectivo de constituir um sistema de gesto na rea das

instalaes elctricas para o accionamento de cargas, controlo ambiental e segurana, em

diferentes tipos de edifcios. Esta tecnologia pode ser instalada em grandes edifcios, como por

exemplo escritrios, escolas, hospitais e fbricas, assim como em residncias domsticas,

assegurando a monitorizao e o controlo de funcionalidades e processos, tais como luzes,

14

persianas, aquecimento, ventilao, ar condicionado, gesto de cargas, sinalizao e alarmes. Os

dispositivos da tecnologia KNX/EIB so alimentados atravs do prprio meio de comunicao, que

pode ser par entranado ou a linha de alimentao 230V. Existem, contudo, outros dispositivos

que requerem fontes de alimentao adicionais, como por exemplo dispositivos de rdio

frequncia e de infravermelhos. O EIB foi desenvolvido para fornecer um controlo tcnico

distribudo para gesto e vigilncia de edifcios, sendo usada uma transmisso srie de dados

entre os dispositivos ligados ao barramento (BUS). O KNX/EIB normalmente implementado

como um sistema descentralizado, mas tambm permite, quando requisitado, a implementao de

aplicaes centralizadas. A gesto descentralizada implementada dentro dos dispositivos,

podendo comunicar directamente entre eles sem recurso a nenhuma hierarquia ou dispositivo

supervisor de rede. Este tipo de gesto torna o sistema muito flexvel. Com o mesmo meio fsico, e

com os mesmos dispositivos, possvel implementar ambas as alternativas, estando o modo de

gesto centralizado ilustrado na Figura 2.3, na qual o controlador de aplicao representado

corresponde a um computador porttil.

Figura 2.3 Rede centralizada Imagem retirada de [6]

O barramento EIB adapta-se facilmente ao tamanho da instalao e s funes a executar,

podendo interligar mais de dez mil dispositivos.

A alimentao do sistema pode ser feita atravs de dois tipos de fontes de alimentao, com

ou sem filtro indutivo integrado. Cada fonte de alimentao possui dois ou trs leds, um led verde

para indicar a operao normal e um led vermelho para indicar sobrecarga, por exemplo, curto-

circuito. Existir um terceiro led amarelo, se a fonte de alimentao estiver equipada com

proteco contra sobretenso, tal como se ilustra na Figura 2.4.

15

Figura 2.4 Fonte de alimentao KNX/EIB Imagem retirada de [6]

Tendo como objectivo garantir um funcionamento seguro, cada dispositivo requer, no mnimo,

uma tenso de alimentao de 21V, consumindo 0,15W. Cada fonte de alimentao armazena

energia de forma a prevenir falhas com durao inferior a 100ms, podendo alimentar mais do que

uma linha, sendo neste caso necessria a introduo de um filtro indutivo na segunda linha, como

se pode ver na Figura 2.5.

Figura 2.5 Alimentao de duas linhas com uma s fonte Imagem retirada de [6]

Se mais do que 30 dispositivos estiverem interligados entre si numa rea reduzida, como, por

exemplo, num quadro de distribuio, a fonte de alimentao deve ser instalada na vizinhana

desse grupo. No caso de ser necessria a instalao de uma nova unidade de alimentao,

funcionando como reserva, esta deve ser colocada a uma distncia mnima de 200 m, podendo

ser utilizadas no mximo duas fontes. O filtro indutivo faz a interface entre o barramento e a fonte

de alimentao, assegurando o desacoplamento entre a alimentao e os dados, sendo

recomendado que se equipe o filtro com um interruptor de reinicializao, de forma a isolar a fonte

da linha, em caso de curto-circuito.

No que diz respeito topologia da linha, o sistema KNX/EIB est organizado segundo uma

estrutura hierarquizada, estando separado por Linhas e Zonas ou reas. A Linha KNX/EIB a

entidade mais pequena do sistema; sendo constituda por uma alimentao e por produtos

16

KNX/EIB, normalmente designados por participantes. Uma linha suporta um mximo de 64

participantes. No caso da instalao projectada prever mais de 64 participantes ter-se- de

acrescentar mais linhas. Para interligar as vrias linhas entre si necessrio definir uma linha

principal, onde todas as outras sero ligadas, atravs de Acopladores de Linha. possvel

interligar, no mximo, at 15 linhas secundrias linha principal. Ao conjunto de vrias linhas d-

se o nome de Zona ou rea KNX/EIB.

Figura 2.6 Interligao de Linhas

Dentro de cada segmento elctrico, existem limitaes fsicas, dado que a distncia mxima

entre fonte de alimentao e um dispositivo de 350 m, a distncia mxima entre dois dispositivos

de 700 m, o comprimento mximo do cabo 1000 m e a distncia mnima entre duas fontes na

mesma linha de 200 m. A Figura 2.7 ilustra essas mesmas distncias.

Figura 2.7 Distncias Mnimas e Mximas entre Equipamentos

Apesar destes limites, a estrutura mxima consegue suportar mais de 15000 dispositivos

KNX/EIB. Quando so usados repetidores, o nmero de dispositivos pode ascender aos 61000.

A diviso de um sistema em linhas e zonas vantajoso, pois assim as mensagens referentes

a uma determinada linha ou zona no interferem no trfego de mensagens de outra linha ou zona.

Assim, os acopladores tm como funo limitar a circulao de informaes, actuando como um

filtro selectivo e facilitando o processo de comunicao entre diferentes linhas e zonas.

17

Em termos de rede, um sistema KNX/EIB suporta vrios tipos de topologia de rede, dos quais

so exemplo as redes na Figura 2.8, mas em caso algum deve ser criado um circuito fechado, em

anel.

Figura 2.8 Topologias de Rede

Meio Fsico:

A tecnologia KNX/EIB pode ser suportada por diferentes meios. So exemplos desses meios o

par entranado, as correntes portadoras, a radiofrequncia, infravermelhos ou mesmo sobre

TCP/IP, sendo tambm possvel a interligao a qualquer outro sistema atravs de uma unidade

conversora "gateway". Esta ligao tanto pode ser feita na linha de rea, na linha principal ou em

qualquer outra linha do sistema. A comunicao entre um sensor, por exemplo, um Interruptor, e

um actuador, por exemplo, uma lmpada, feita pela sequncia de operaes que se ilustra na

Figura 2.9.

Figura 2.9 Envio de Mensagens na Rede Imagem retirada de [6]

Usando o protocolo EIB, o interruptor, inicialmente identificado pelo seu endereo fsico,

comunica com a lmpada atravs do correspondente endereo de grupo. A transmisso da

informao baseada na troca de dados codificados entre objectos de comunicao (caixas de

correio), que apenas podem transmitir telegramas com um nico endereo de grupo. Do lado

oposto, os objectos de comunicao podem subscrever diversos endereos de grupo, o que

18

permite receber telegramas de diferentes origens. Isto significa que todos os dispositivos do

barramento subscritos com o endereo de grupo correcto, como a nossa lmpada, recebero a

mensagem de comando do interruptor [7].

Desvantagens:

Devido existncia de uma quantidade bastante grande de fabricantes, o preo para

dispositivos semelhantes pode variar significativamente, mas, e embora seja um protocolo aberto,

preciso pagar uma quantia Associao KNX para ser reconhecido como fabricante de produtos

KNX. Perante esta situao, o valor de venda dos equipamentos KNX um pouco elevado em

comparao com dispositivos de outras tecnologias.

2.1.5 C-Bus

C-Bus um sistema de gesto e controlo, baseado em microprocessadores, de edifcios e

habitaes. usado para controlo de iluminao e outros servios elctricos, tais como, bombas,

aparelhos audiovisuais ou motores, quer seja um simples equipamento de iluminao com

controlo digital ou analgico, tais como lmpadas fluorescentes de intensidade regulvel, C-Bus

pode ser usado para facilmente controlar quase todo o tipo de carga elctrica.

De modo a assegurar uma operao rpida e eficiente, cada dispositivo C-Bus tem o seu

prprio microprocessador integrado, permitindo a cada unidade ser individualmente programada.

C-Bus usa um mtodo patenteado para fazer a actualizao do estado das unidades. Este

mtodo no requer um computador central ou um controlador central para trabalhar com as bases

de dados ou as lookup tables para operar. O estado de cada unidade C-Bus iniciado em

intervalos de tempo especficos, sem ser necessrio um controlador central. Cada equipamento

alocado a um intervalo de tempo exacto para transmitir o seu estado, estando sincronizado com

um impulso auto-gerado do relgio do sistema. Isto permite a transmisso de grandes quantidades

de informao num intervalo de tempo muito pequeno, com eficincia e fiabilidade pela rede,

levando a overheads de baixo processamento e a exigncia de baixa largura de banda.

O C-Bus como um sistema domtico usado principalmente na Austrlia. Hoje em dia, a

tecnologia C-Bus tambm est disponvel na sia e nos Estados Unidos da Amrica, com o nome

de SquareD, assim como tambm pode ser visto em alguns edifcios especficos no Reino Unido,

como o caso do novo estdio de Wembley e do Manchester City Football Club.

Esta tecnologia compatvel com TCP/IP, Creston, AMX, LonWorks, ModBus, Charmed Quark

Controller e mais alguns outros protocolos atravs de interfaces.

19

Protocolo:

O protocolo C-Bus um protocolo aberto e est disponvel no domnio do C-Bus Enabled,

contudo, necessrio acordar com uma licena. Tambm possvel tornar-se um parceiro C-Bus

enabled. Isto requer um pagamento, mas deste modo ser providenciado um grande nvel de

apoio para o desenvolvimento de produtos e certificao.

O sistema de cablagem de um sistema C-Bus usa cabo UTP (Unshielded Twisted Pair) de

categoria 5 como cabo de comunicao na rede. A categoria 5 da rede C-Bus usa uma topologia

de rede livre. O comprimento mximo de cabo a ser usado numa rede desta tecnologia no pode

ser superior a 1000 m. Contudo, este valor pode ser facilmente extensvel usando bridges de rede

C-Bus. At unidades podem ser instaladas numa rede C-Bus mas tal como o comprimento do

cabo, este nmero de unidades tambm poder ser aumentado usando bridges de rede.

O nmero mximo de redes com fio que o sistema pode ter numa instalao ser de 255,

tendo em conta que se se usar uma interface C-Bus Ethernet o tamanho do sistema ser apenas

limitado pelo endereamento IP. O nmero mximo de redes ligadas em srie rede local de

sete via bridges de rede, por exemplo, usando seis bridges.

Cada unidade tpica de C-Bus requer 18 mA @15-36 Vdc para operar. Contudo, algumas

unidades C-Bus podem necessitar de at 40 mA.

Mais do que uma fonte de tenso pode ser ligada rede C-Bus para providenciar tenso s

unidades mas ambas as fontes iro dividar a carga uniformemente. Cada rede tambm requer a

existncia de um relgio que gera a sincronizao da informao [8].

Desvantagens:

Uma das maiores desvantagens desta tecnologia prende-se com o facto de ainda no estar

muito disseminada na Europa. Este facto faz com que os equipamentos para serem usados com o

C-Bus apresentem preos demasiado elevados, sendo ainda mais caros que o equipamento

KNX/EIB.

Para alm do problema do preo, ainda h um outro obstculo que se deve rede elctrica

principal normalmente usada no ser compatvel com o uso dos cabos C-Bus. Logo, isso levaria a

ter de ser feita uma instalao completamente nova para a instalar este equipamento ou s poder

ser feito em edifcios novos. Contudo, poder ser usado o C-Bus wireless por radiofrequncia para

suplantar este problema.

20

2.2 Situao do Mercado Nacional

2.2.1 Logic Home

A LogicHome Solues Inteligentes para Edifcios, uma estrutura dentro do universo

Logicalc orientada para a domtica e a automatizao. Em 2003 A LogicHome desenvolveu uma

parceria com o Instituto Pedro Nunes, instituio da Faculdade de Cincias e Tecnologia da

Universidade de Coimbra, para o desenvolvimento de sistemas avanados de domtica

distribuda, utilizando protocolos de comunicaes com e sem fios.

O sistema comercializado por esta empresa, o sistema Logic Home, assenta em pilares

considerados fundamentais:

gesto e controlo de parmetros de segurana tcnica, tais como, fogo, fugas de gs e

inundao;

gesto de acessos e deteco de pessoas, numa perspectiva mltipla de segurana

de pessoas, bens e instalaes tendencialmente no intrusiva, conforto e ambiente,

assim como, a economia de energia;

gesto, comando e controlo da totalidade da instalao elctrica;

comando e controlo dos sistemas de conforto ambiental/climatizao temperatura e

humidade, com actuao programada sobre os mecanismos do ar condicionado e

aquecimento;

controlo de luminosidade interna e externa;

gesto domtica individualizada dos espaos de forma centralizada, com comando e

controlo distribudos;

gesto, central e distribuda, integrada por cenrios para comando e controlo

automatizados de todo o complexo domtico do empreendimento, baseados em

mecanismos seguros mas de fcil utilizao, para configurao, definio de cenrios

e autorizaes de utilizao:

integrao da domtica com as comunicaes, incluindo telefones fixos, mveis e

Internet, sendo este o veculo preferencial de utilizao do sistema pelos seus

utilizadores;

integrao com sistemas de lazer;

interligao com outros subsistemas tcnicos;

PDA para controlo do sistema;

acesso Remoto Gesto do Sistema, alarmes e vigilncia.

A base deste sistema centra-se no uso de redes CAN [9].

Controller Area Network (CAN):

As redes Controller Area Network (CAN) so um protocolo de redes de computadores

designado para permitir que microcontroladores e outros aparelhos comuniquem entre si sem ser

21

necessrio um computador que os albergue. Foi criado especificamente para ser aplicado a

automao automvel mas hoje em dia utilizada nas diferentes reas.

As redes CAN, as quais so um tipo de Network Controller System (NCS), consistem em redes

que abrangem um espao geogrfico desde uma Personal Area Network s Local Area Network

(LAN), dependendo do propsito para o qual vai ser utilizado. Pelo facto das CAN basearem-se na

aplicao de sistemas em tempo real, necessrio um controlo rgido de erros e garantia de

recepo de mensagens. As CAN baseiam-se no conceito do uso de mensagens geradas por

broadcast, contendo um dispositivo central controlador de mensagens.

Baseando-se em 4 pontos principais, as redes CAN trabalham com uma topologia de rede

fsica em estrela e lgica em barramento, enviando as mensagens por broadcast.

Implementao de Hardware:

O meio de transmisso para as redes CAN influencia directamente no funcionamento e

no envio correcto das mensagens, uma vez que estas precisam de ser fiveis e

transmitidas a alta velocidade.

A topologia fsica da rede tambm precisa ser analisada com cuidado. O comprimento

de cada ramo deve seguir a norma CAN, caso contrrio, a propagao das mensagens

pode ser prejudicada.

Transmisso simples:

As CAN devem funcionar mesmo em caso de existncia de uma falha na ligao

fsica, assim, uma CAN a transmitir por 2 pares de cabo capaz de operar normalmente

somente com 1 par.

Controlo de erros:

O controlo de erros do protocolo CAN a principal caracterstica deste tipo de rede.

Como as CAN so utilizadas em sistemas sensveis a falhas, o controlo de erros feito

pelos prprios dispositivos.

Boa limitao de falhas:

Se um dispositivo estiver danificado, pode resultar no envio de mensagens de erro na rede,

prejudicando assim a largura de banda. Este mecanismo de controlo de erros garante que as

mensagens sinalizadoras de eventos crticos possam ser enviadas com sucesso, garantindo a

integridade do sistema. Embora as mensagens sejam enviadas em broadcast, as colises no so

destrutivas como nas redes Ethernet, sendo que todas as mensagens so transmitidas com um bit

recessivo e outro dominante para determinar a prioridade na transmisso. Quando duas

mensagens so enviadas simultaneamente no meio, a mensagem com maior prioridade continua

a ser transmitida enquanto abortada a transmisso da mensagem de menor prioridade pelo

dispositivo originador do sinal. As mensagens bloqueadas so retransmitidas pelo controlador

central [10].

22

Desvantagens do sistema Logic Home:

O facto de ser uma soluo proprietria que desenvolve os seus prprios dispositivos, obriga a

que o utilizador sempre que tenha problemas seja obrigado a contactar a empresa. Esta situao

no de todo confortvel ao cliente.

Para alm disso, os equipamentos indicados para esta soluo domtica no sero

compatveis com a maioria dos sistemas domticos alternativos, sendo s teis para o uso no

sistema desta empresa.

2.2.2 Cardio

O Cardio um sistema de controlo domtico completo, centralizado para instalao em

vivendas de tipo unifamiliar. Este sistema pode acoplar-se instalao elctrica de uma vivenda,

tanto em construo, como j construda, com algumas modificaes relativamente instalao

normal. Este sistema domtico permite:

regular a intensidade da iluminao;

criar ambientes;

programar para ligar ou desligar as luzes do jardim, automaticamente,

respectivamente ao anoitecer ou ao amanhecer;

simular a presena quando est ausente;

controlar os aparelhos que existam na habitao;

controlar o ar condicionado ou o aquecimento da habitao, tanto localmente como a

partir de telefone ou computador externo;

controlar sistema de rega;

aceder a entradas de segurana de tipo mdico, incndio ou intruso.

O controlo de todas as funes deste sistema pode fazer-se atravs de uma consola tctil fixa,

a partir de uma consola tctil mvel, desde qualquer telefone da casa ou telefone exterior, assim

como, a partir de um computador [11].

Desvantagens:

Este sistema j apresenta uma interface com consola tctil para uma melhor interaco do

utilizador, mas tal como o sistema anterior, esta soluo tambm uma soluo proprietria o que

traz todos os problemas referidos anteriormente, sendo que neste caso no se sabe que tipo de

equipamento e comunicao utilizado dado que essa informao no disponibilizada.

23

2.2.3 Mordomus Intelligent House Management

Mordomus o primeiro sistema de domtica totalmente desenvolvido e produzido em

Portugal. um sistema criado para tornar a habitao mais eficiente energeticamente, mais

segura, mais autnoma e com a melhor comodidade para o utilizador.

O Mordomus constitudo pela interligao do sistema fsico de hardware, gerido e controlado

pelo software residente numa consola central, possibilitando uma infinidade local ou remotamente

de funes e configuraes de todo o sistema pelo utilizador.

Este sistema permite a configurao dos equipamentos que o constituem vontade do

utilizador atravs de uma consola tctil equipada com um interface grfico.

Como funcionalidades, este equipamento disponibiliza:

Interruptores inteligentes;

Iluminao inteligente;

Tomadas controladas;

Controlo de climatizao;

Segurana;

Ventilao controlada;

Persianas e cortinas;

Video-porteiro;

Alarmes tcnicos;

Alarmes de intruso;

Piscina e Rega de jardim;

Videovigilncia;

Sonorizao ambiente;

Acesso remoto via Internet;

Controlo por PDA;

Controlo por GSM [12].

Desvantagens:

Mais uma vez, foi tomada a opo de usar um sistema com protocolo fechado. A empresa que

comercializa este sistema optou por desenvolver todos os mdulos que pertencem ao sistema.

Dado a esta opo, o cliente e utilizador ficar sempre dependente da empresa para uma

actualizao ou mudana no servio, o que provoca desconforto ao utilizador.

Em princpio, e visto que todo o equipamento desenvolvido pela empresa que comercializa

este produto, este sistema tambm no dever ser compatvel com outros equipamentos dado que

no dada uma informao de contrrio.

24

2.2.4 Instabus/EIB

O sistema Instabus/EIB foi criado para obter um funcionamento econmico com um elevado

conforto e uma segurana abrangente. Estes so os principais requisitos impostos moderna

tecnologia de edifcios, tanto aos edifcios de escritrios e industriais, como aos edifcios de

habitao.

No sistema de edifcios Instabus/EIB, a comunicao entre a totalidade das funes domticas

possvel atravs de um barramento comum. Da resulta uma organizao coordenada dos

participantes localizados num s edifcio ou em imveis separados.

A flexibilidade alcanada atravs deste sistema extremamente vantajosa em termos

construtivos. A competncia das aproximadamente 140 empresas de renome reunidas na

associao EIBA demonstra que os aparelhos e o software de aplicao tambm estaro

disponveis no futuro, o que, no caso de alteraes de utilizao ou na hiptese de se pretender

ampliar progressivamente toda a instalao, oferece uma segurana quanto ao equipamento que

se instala [13].

Este sistema permite um controlo de um sem fim de dispositivos e equipamentos. Bastar

procurar nos catlogos os dispositivos que existam na altura da instalao do sistema e escolher o

que pretende adquirir

Desvantagem:

Este sistema, apesar de no ser proprietrio, requer que sejam empresas certificadas pela

KNX Association a vender os equipamentos necessrios para a instalao do mesmo. Isto faz com

que o preo de venda destes equipamentos certificados seja demasiado elevado em comparao

com as solues proprietrias apresentadas anteriormente.

2.3 Potenciais Utilizadores

Visto ter-se como objectivo a posterior venda de um sistema integrado de segurana e

domtica num mercado nacional, foi realizada uma prospeco sobre a vontade que potenciais

utilizadores de sistemas domticos teriam se fossem adquirir um produto desses.

Aps a inquirio de vrias pessoas, conclui-se que os principais requisitos de um sistema

domtico sero:

Capacidade de controlo e gesto da iluminao da habitao havendo tambm a

possibilidade de a iluminao ser controlada atravs de detectores de movimento;

Existncia de equipamento contra intruses;

Possibilidade de gesto e controlo do aquecimento e ar condicionado;

25

Visualizao de imagens de cmaras instaladas na habitao atravs de um circuito

fechado de televiso;

Possibilidade de controlo de estores;

Existncia de alarmes tcnicos de sinalizao, tais como alarmes de incndio, gs ou

inundao;

Sistemas automticos de rega e de controlo da piscina;

Controlo sobre o home theater;

Capacidade para controlar e gerir os diversos electrodomsticos da habitao;

Possibilidade de acesso remoto, quer atravs de um computador como tambm

atravs de um PDA.

Estes requisitos so as vontades demonstradas pela maior parte das pessoas inquiridas.

2.4 Concluso

Aps uma anlise das diversas tecnologias anteriormente apresentadas, e tendo em ateno

as vontades demonstradas por potenciais utilizadores, chega-se concluso de que a melhor

tecnologia a usar ser a KNX/EIB.

A KNX/EIB , de momento, a tecnologia mais difundida na Europa. Para alm disso, j existem

equipamentos capazes de responder s vontades dos potenciais utilizadores e podem ser

facilmente adquiridos nos vrios revendedores j existentes em Portugal, tal como pretende a

empresa.

Outra das razes para esta escolha prende-se com o facto de esta ser uma tecnologia fivel.

Embora seja um pouco dispendiosa, possvel optar por dispositivos com menos detalhe esttico

e a preos mais acessveis mas que tero na mesma o certificado de qualidade da associao

KNX.

Em suma, optando por esta tecnologia, estamos perante um sem fim de equipamentos com

diversas possibilidades a nvel domtico. No tero de ser equipamentos desenvolvimentos

especificamente para uma determinada situao, bastando apenas interligar os tipos de

dispositivos pretendidos para se criar um sistema domtico.

26

27

Captulo 3

3 Descrio Geral do Sistema

Os sistemas domticos devero ter capacidade de interaco com os diversos equipamentos

de um edifcio ou de uma habitao (ar condicionado, luzes, segurana, electrodomsticos,

aparelhos de multimdia, etc.). Pretende-se criar um sistema que permita a gesto e controlo da

totalidade da rede domtica via Web atravs de um software.

Os diferentes equipamentos existentes na rede podero ser geridos atravs de uma Interface

Grfica. Para se disponibilizar um acesso remoto ao sistema domtico com a possibilidade de ser

usado um servidor de baixo custo, sero criadas duas Interfaces Grficas diferentes em que uma

permitir a visualizao e controlo dos equipamentos da rede e outra interface que permitir a

configurao da anterior e que ter mais funcionalidades disponveis.

Este captulo tem como finalidade especificar um conjunto de requisitos associados

implementao dum Sistema de Informao, para controlo dos diferentes equipamentos domticos

e organiza-se segundo a norma IEEE STD 830-1998, dando assim uma estrutura reconhecida

internacionalmente s especificaes das Interfaces Grficas para garantir a melhor compreenso

possvel antes do seu desenvolvimento [14].

3.1 mbito do Sistema

O Sistema de Informao especificado dever, no mbito das actividades produtivas, permitir

o controlo dos dispositivos domticos dispersos pela habitao.

A Interface Grfica a desenvolver confina-se s actividades de controlo operacional,

nomeadamente no controlo de equipamentos. A nvel de gesto, a Interface Grfica dever

permitir definir Tarefas, Cenrios e visualizao de ocorrncias alarmsticas e de consumos de

potncia.

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Atravs do armazenamento e tratamento da informao recolhida, o sistema ter a capacidade

de gerar e disponibilizar relatrios de alarmes e potncias consumidas contendo indicadores

estatsticos. Estes indicadores estatsticos destinam-se a posterior anlise da qualidade no tendo

como objectivo um controlo estatstico da habitao.

3.2 Perspectiva do produto

A Interface Grfica dever integrar um sistema a ser desenvolvido posteriormente, sistema

este que estar responsvel pela actualizao da base de dados sobre o estado dos dispositivos e

pela actualizao do estado dos equipamentos da rede.

A Interface Grfica dever ter acesso base de dados actualizada com as informaes

provenientes desse sistema, assim como tambm dever tar possiblidade de actualizao directa

da prpria base de dados.

3.2.1 Interfaces de hardware, software e de comunicaes

A Interface Grfica a desenvolver ser instalada num servidor com webserver Apache e com

base de dados PostgreSQL, e poder ser acedida a partir de qualquer terminal com acesso

Internet, seja ele um computador ou telefone mvel com tecnologia 3G, visto que estar em

comunicao com um mdulo GSM.

Por outro lado dever ser possvel a importao e exportao de dados da Interface Grfica

para a base de dados, bastando para tal dar a ordem para que o mesmo acontea.

3.2.2 Interface com utilizador

A interface dever ser baseada num browser que pode existir tanto em sistema operativo

Windows como em Linux. O contedo dinmico das interfaces ser gerado pelo servidor.

O browser a utilizar dever funcionar como janela normal. O acesso dever ser concedido

atravs de autenticao do Utilizador. Esta autenticao dever ser efectuada logo no incio da

sesso no permitindo o acesso caso esta autenticao no se realize.

Fisicamente, a interface com o utilizador poder ser feita atravs de qualquer equipamento

com acesso Internet, quer seja um computador pessoal, PDA ou mesmo um telemvel com

tecnologia 3G.

Existiro diferentes nveis de acesso de Utilizador que restringir o acesso a algumas

funcionalidades. As permisses dos diferentes utilizadores sero apresentadas em pormenor mais

frente no documento.

29

A Interface Grfica dever seguir o seguinte padro, de forma a se apresentar com um

aspecto consistente e agradvel. Desta forma estabeleceram-se algumas regras:

Fonte: Arial, tamanho 8;

Botes: devem aparecer no lado esquerdo para o caso das diferentes tabulaes e

centrados caso no direccionem para uma diferente tabulao;

Os TextBox e CheckBox devem ter uma altura de 30 pxeis e devem estar alinhados com

os restantes campos;

3.3 Funes do Produto

O Sistema de Informao compreende cinco funcionalidades base:

Acesso remoto a partir de qualquer ponto com Internet:

O Sistema de Informao dever permitir o acesso interface remotamente a partir de

qualquer equipamento que tenha capacidade de ligao Internet. Este acesso s

funcionalidades da interface estar pendente de autenticao do utilizador atravs de nome de

utilizador e palavra-chave.

Para o acesso ser feito atravs de um telemvel ou PDA os equipamentos tero de estar

equipados com tecnologia 3G.

Recolha e tratamento de informao contida numa base de dados:

O Sistema de Informao ser capaz de recolher e tratar dados referentes iluminao, tanto

de lmpadas como de estores, ao alarme da habitao, s vlvulas de emergncia de gs e gua,

ao aquecimento e ar condicionado, assim como, referentes rega e mquinas da piscina.

Quando for pedida uma informao do estado dos equipamentos, o Sistema de Informao

dever ser capaz de aceder aos dados presentes na base de dados e de os mostrar de forma

tratada. Paralelamente, o sistema actualizar os dados existentes na base de dados consoante

haja mudanas do estado do equipamento.

Acesso e definio de tarefas a realizar e cenrios a utilizar:

Tanto as tarefas como os cenrios devero ser editveis e criadas por um utilizador com

acesso a essa funcionalidade. O sistema deve permitir o acesso s tarefas e cenrios aos

utilizadores com nvel de acesso correspondente.

Estas funcionalidades permitiro a programao de eventos para uma utilizao mais prtica

das funcionalidades do sistema.

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Indicadores estatsticos:

O sistema deve gerar, conforme o pedido do utilizador, valores estatsticos para fins

informativos do prprio utilizador. Estes valores estatsticos so referentes aos consumos de

potncia dos equipamentos que estaro instalados na rede domtica e sero dados valores

dirios, mensais e do intervalo desejado.

Histrico de ocorrncias:

O sistema ter a capacidade de armazenar informao em base de dados referente a

ocorrncias que tenham existido na rede domtica.

3.4 Caractersticas dos utilizadores

Destacam-se no Sistema de Informao especificado quatro tipos de utilizadores com

diferentes nveis de acesso: Administrador, Empregado, Idoso e Criana.

Administrador:

O nvel de acesso Administrador dar acesso a todas as funcionalidades da Interface Grfica

no tendo, por consequncia, qualquer restrio de acesso. Um utilizador com nvel de acesso de

Administrador ser o proprietrio ou co-proprietrio da habitao. Este o nico nvel de acesso

que permite a alterao de propriedades do sistema de alarme de segurana da habitao e

alterao de valores pr-definidos nos equipamentos. Este nvel de acesso tambm permitir a

remoo de Utilizadores j existentes no sistema.

Empregado:

Este nvel de acesso no ter todas as funcionalidades da Interface Grfica disponveis. O

controlo de todas as luzes e estores da habitao, assim como a programao de Cenrios e

agendamento de tarefas sero opes s quais este nvel de acesso no ter acesso.

O nvel de acesso empregado existe para o proprietrio da habitao ter a possibilidade de

permitir pessoas estranhas ao ambiente familiar entrarem na habitao sem assumir um risco

maior.

Idoso:

Um utilizador com nvel de acesso Idoso ter o agendamento de tarefas bloqueado. Isto deve-

se ao facto de no ser algo necessrio e que possa evitar gastos exagerados de energia e

recursos.

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Criana:

Tal como no caso do nvel de acesso Idoso, o nvel de acesso Criana tambm no permite o

agendamento de tarefas assim como tambm tem bloqueado o controlo do sistema de rega e

piscinas pelas mesmas razes explicitadas no nvel anterior mas ainda mais para evitar gastos

excessivos por falta de responsabilidade inerente condio de criana, permitindo na mesma

que jovens acedam aos restantes equipamentos.

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33

Captulo 4

4 Especificao dos Requisitos

Neste captulo ser apresentado com maior detalhe algumas das funcionalidades que se

pretendem que sejam implementadas na Interface Grfica.

4.1 Processos do Sistema de Informao

4.1.1 Alterar o estado das lmpadas da habitao

Sempre que se pretenda alterar o estado das lmpadas da habitao, o utilizador dever

proceder como descrito no Diagrama 4.1 quanto sua interaco com o Sistema de Informao.

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Diagrama 4.1 - Diagrama de actividades para alterar estado das lmpadas.

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4.1.2 Visualizao do Histrico de Potncia

O diagrama apresentado seguidamente descreve a interaco do Sistema de Informao com

o Utilizador no caso em que esta pretenda verificar o histrico de potncia.

Nesta funcionalidade ter a possibilidade de visualizar dados existentes na base de dados.

Ter tambm a possibilidade de eliminar os dados pretendidos ou todos os dados j existentes.

Diagrama 4.2 - Diagrama de actividades para visualizao do histrico de potncia.

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4.1.3 Programao de Tarefas

Uma viso mais global do processo de programao de tarefas til no desenho do Sistema

de Informao. Como tal, descrito de seguida em diagrama de actividades, o fluxo de

procedimentos relativo a este processo.

Faz-se notar que o diagrama pretende descrever os passos associados programao de

tarefas a serem executadas pelo sistema.

Diagrama 4.3 - Diagrama de actividades para a programao de tarefas.

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4.2 Viso Geral

A Interface Grfica dever estar preparada para uma interaco com diferentes utilizadores

com acesso a funcionalidades distintas. Como tal, pretende-se representar estes processos de

utilizao por um diagrama global que permite uma visualizao mais clara do sistema.

Todos os elementos envolvidos no Sistema de Informao sero representados no diagrama

seguinte, sendo as permisses e funes de cada um evidenciadas atravs das ligaes a cada

sub-sistema. Os actores sero descritos detalhadamente no ponto seguinte deste documento.

Diagrama 4.4 - Diagrama de pacotes dos casos de uso.

Utilizador:

Representa todos os utilizadores humanos que interagem com o Sistema de Informao,

dividindo-se em quatro nveis de acesso, dependendo do grau de permisses de cada um, tal

como j foi visto anteriormente.

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Base de dados:

o sistema de armazenamento dos dados sobre o estado dos equipamentos da habitao e

de acontecimentos passados. tambm nesta base de dados onde ficam guardados os dados de

autenticao dos utilizadores, assim como o nvel de acesso respectivo.

Rede Domtica:

Representa a ligao que permite a comunicao com os equipamentos interligados em rede

na habitao.

4.3 Funcionalidades especficas da Interface Grfica

A Interface Grfica ter de ter funcionalidades especficas de forma a ser capaz de

corresponder ao seu propsito. Como o destino o mercado nacional, a interface apresentar-se-

totalmente em portugus, e para quando for acedida por novos utilizadores existir uma seco de

apoio ao uso da interface.

Uma das caractersticas da interface ser a possibilidade de visualizao da localizao da

posio onde se encontra o utilizador na Interface Grfica. Esta informao ser dada por uma

barra de localizao no topo da interface que indicar onde se encontra o utilizador na sua

navegao. Com esta funcionalidade, o utilizador ser capaz de retroceder para uma localizao

anteriormente visitada apenas com um clique sobre a localizao pretendida. Esta funcionalidade

far com que haja maior facilidade na navegao pela interface grfica visto que ao apresentar a

localizao presente ir fazer com que o utilizador saiba onde se encontra apenas observando a

barra.

As outras capacidades do sistema baseiam-se na gesto e controlo do estado dos dispositivos

da rede, na programao e organizao de tarefas e na gesto de histricos e de dados.

4.3.1 Gesto e controlo do estado dos dispositivos de rede

Por dispositivos existentes na rede da habitao, compreendem-se os equipamentos ligados

iluminao, lmpadas e estores, os sensores orientados para o alarme de proteco da habitao,

as vlvulas de emergncia do gs e gua, o aquecimento e o ar condicionado, assim como, o

equipamento de rega e as mquinas da piscina e as imagens das cmaras de vigilncia.

Um utilizador de nvel de acesso de Administrador ter a possibilidade de visualizar a

habitao, piso por piso, onde o estado dos equipamentos existentes nas diferentes divises

poder ser conferido e alterado. Se tiver sido adicionado algum equipa