UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

ADRIANO MENDONÇA

MARCELO DE MORAES

A INTERNET DAS COISAS APLICADA A AUTOMAÇÃO

RESIDENCIAL

Niterói

2018

ADRIANO MENDONÇA

MARCELO DE MORAES

A INTERNET DAS COISAS APLICADA A AUTOMAÇÃO

RESIDENCIAL

Trabalho de Conclusão de Curso subme-

tido ao Curso de Tecnologia em Siste-

mas de Computação da Universidade

Federal Fluminense como requisito par-

cial para obtenção do título de Tecnólo-

go em Sistemas de Computação.

Orientador:

JEAN DE OLIVEIRA ZAHN

NITERÓI

2018

Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e Instituto de Computação da UFF

M539 Mendonça, Adriano

A internet das coisas aplicada a automação residencial /

Adriano Mendonça, Marcelo de Moraes. – Niterói, RJ : [s.n.],

2018.

49 f.

Projeto Final (Tecnólogo em Sistemas de Computação) –

Universidade Federal Fluminense, 2018.

Orientador: Jean de Oliveira Zahn.

1. Internet das coisas. 2. Domótica. 3. Hardware. 4. Software.

I. Moraes, Marcelo de. II. Título.

CDD 004.678

ADRIANO MENDONÇA

MARCELO DE MORAES

A INTERNET DAS COISAS APLICADA A AUTOMAÇÃO

RESIDENCIAL

Trabalho de Conclusão de Curso subme-

tido ao Curso de Tecnologia em Siste-

mas de Computação da Universidade

Federal Fluminense como requisito par-

cial para obtenção do título de Tecnólo-

go em Sistemas de Computação.

Niterói, ___ de _______________ de 2018.

Banca Examinadora:

_________________________________________

Prof. Jean de Oliveira Zahn, MSc. – Orientador

UFF – Universidade Federal Fluminense

_________________________________________

Prof. ou Profa. <NOME>, <Título>. – Orientador ou Avaliador

<Sigla da Universidade> - <Nome da Universidade>

Dedico este trabalho a nossa família,

aos amigos e a todos que nos

apoiaram até aqui.

AGRADECIMENTOS

A Deus, que sempre iluminou nossa cami-

nhada.

Ao nosso Orientador Jean de Oliveira Zahn

pelo estímulo e atenção que nos concedeu.

Aos Colegas de curso pelo incentivo e troca

de experiências.

A todos os nossos familiares e amigos pelo

apoio e colaboração.

“O Aprendizado é o significado mais límpido

da vida, pois já mais se termina uma exis-

tência sem que se aprenda algo”.

Maria Clara Fraga Lopes

RESUMO

Com um ecossistema de dispositivos inteligentes, a Internet das Coisas conhecida

pela sigla IoT (internet of things) é tida como uma das molas propulsoras da trans-

formação digital, trazendo inovações tecnológicas em diversas áreas. E por ser tão

relevante nos dias atuais, a IoT em um futuro próximo, será possível conectar mi-

lhões de dispositivos ao redor do mundo. Assim este trabalho visa demonstrar todas

as etapas envolvidas na implantação de um protótipo de casa automatizada contro-

lada por hardware e software. Com o protótipo finalizado, será possível demonstrar

algumas das benesses que a IoT pode propiciar nos dias atuais, e analisar suas

possíveis aplicações. Logo, uma base de conhecimento será formada para desen-

volver e apresentar um estudo sobre este tema.

Palavras-chaves: Internet das Coisas, Automação residencial, Hardware, Sof-

tware.

ABSTRACT

With an ecosystem of intelligent devices, Internet of Things known by the acronym

IoT (internet of things) is considered as one of the driving forces behind digital trans-

formation, bringing technological innovations in several areas. And because it is so

relevant today, IoT in the near future will be able to connect millions of devices

around the world. Thus, this work aims to demonstrate all the steps involved in the

implementation of a prototype automated house controlled by hardware and soft-

ware. With the finished prototype, it will be possible to demonstrate some of the ben-

efits that IoT can provide today, and to analyze its possible applications. Therefore, a

knowledge base will be formed to develop and present a study on this topic.

Key words: Internet of Things, Residential Automation, Hardware, Software.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Pirâmide da Automação ............................................................................ 24

Figura 2: Frente da maquete .................................................................................... 37

Figura 3: Frente da maquete sem telhado................................................................ 38

Figura 4: Parte interna da maquete .......................................................................... 38

Figura 5: Arduíno Mega ............................................................................................ 39

Figura 6: Ethernet Shield w5100 .............................................................................. 39

Figura 7: Trecho de código - Arquivo pessoal .......................................................... 40

Figura 8: Módulo de relés de 4 canais.. ................................................................... 40

Figura 9: Módulo sensor de movimento ................................................................... 41

Figura 10: Tela Inicial ............................................................................................... 42

Figura 11: Tela principal ........................................................................................... 42

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

IOT - Internet Off Things

RFID - Radio Frequency Identification

MIT - Massachusetts Institute of Technology

ITU - International Telecommunications Union

CSN - Companhia Siderúrgica Nacional

CLP - Controlador Lógico Programável

ABS - Anti-lock Braking System

TCP - Transmission Control Protocol

IP - Internet Protocol

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 14

1.1 MOTIVAÇÃO .................................................................................................. 14

1.2 OBJETIVOS .................................................................................................... 15

1.3 METODOLOGIA EMPREGADA ..................................................................... 15

1.4 FERRAMENTAS ADOTADAS ........................................................................ 15

1.5 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO .......................................................................... 16

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 16

2.1 HISTÓRICO DA IOT ....................................................................................... 17

2.2 IOT: UMA DEFINIÇÃO GERAL ...................................................................... 18

2.3 A EVOLUÇÃO DA IOT .................................................................................... 20

2.4 APLICAÇÃO DA IOT NOS PROCESSOS DE AUTOMAÇÃO ........................ 22

2.4.1 IOT E AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS NA INDÚSTRIA ........................ 22

2.4.2 IOT E AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS NO COMERCIO ....................... 26

2.4.3 IOT E AUTOMAÇÃO NAS RESIDÊNCIAS .............................................. 27

2.5 PERSPECTIVAS FUTURAS .......................................................................... 28

3 TRABALHOS CORRELATOS ............................................................................... 30

3.1 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL UTILIZANDO A PLATAFORMA ARDUINO E

DISPOSITIVOS MÓVEIS ....................................................................................... 30

3.2 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL DE BAIXO CUSTO: UM PROTÓTIPO COM

ACESSO WEB ....................................................................................................... 30

3.3 CONSIDERAÇÕES ACERCA DOS PROJETOS ........................................... 30

4 TECNOLOGIAS EMPREGADAS NO PROJETO .................................................. 32

4.1 SISTEMAS EMBARCADOS ........................................................................... 32

4.2 INTERNET ...................................................................................................... 33

4.3 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO ............................................................ 33

4.4 FERRAMENTAS E DISPOSITIVOS DE PROTOTIPAGEM ........................... 34

4.4.1 HARDWARE ............................................................................................ 34

4.4.2 SOFTWARE ............................................................................................. 34

5 APLICAÇÃO DA IOT NA AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL ...................................... 35

5.1 A PROPOSTA ................................................................................................ 35

5.2 MONTAGEM DA MAQUETE .......................................................................... 35

5.3 MONTAGEM DO HARDWARE ...................................................................... 37

5.4 MONTAGEM DO SOFTWARE ....................................................................... 40

5.5 FINALIZAÇÃO DO PROTÓTIPO .................................................................... 41

6 CONCLUSÕES ..................................................................................................... 42

6.1 TRABALHOS FUTUROS ................................................................................ 42

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 44

14

1 INTRODUÇÃO

A Internet das Coisas (IoT) é um novo paradigma que está rapidamente

ganhando terreno no cenário da moderna tecnologia sem fio de telecomunicações. A

ideia básica deste conceito é a presença inteligente de uma variedade de coisas ou

objetos com identificação por radiofrequência (RFID), sensores, atuadores, telefones

celulares e etc. Através de esquemas de endereçamento único, os dispositivos são

capazes de interagir uns com os outros e cooperar com seus vizinhos para alcançar

objetivos em comum de acordo com a sua programação. Inquestionavelmente, a

principal força da abordagem da IoT, é o alto impacto que terá em vários aspectos

da vida cotidiana e comportamento de usuários em potencial. Do ponto de vista de

um usuário, os efeitos mais óbvios da introdução da IoT serão visíveis nos campos

de trabalho e domicílios. Nesse contexto, a domótica, a vida assistida, a saúde e o

aprendizado acelerado, são apenas alguns exemplos de possíveis cenários de cita-

ção em que o novo paradigma terá um papel de liderança em um futuro próximo.

(Atzori, 2010).

1.1 MOTIVAÇÃO

Atualmente a IoT está sendo difundida com grande importância e mos-

trando que há muita coisa a ser feita ainda, no Brasil e no mundo. E está sendo a-

pontada como uma revolução tecnológica iminente e com mercado mundial estima-

do em 1,7 trilhão de dólares em 2020, a IoT gera impacto em todas as áreas, inclu-

indo indústria, eletrônica de consumo, saúde, e de maneira transversal, na forma

como a sociedade consome informação (GARTNER, 2014). Tomando isso como

ponto de partida, a ideia de automatizar uma residência com conceitos de Internet

15

das Coisas para demostrar suas benesses, torna-se motivador para a elaboração

deste trabalho.

1.2 OBJETIVOS

Partindo da ideia de automatizar uma residência com conceitos de Inter-

net das Coisas para demostrar suas benesses, este trabalho terá inicio com pesqui-

sas, onde será abordado os conceitos de IoT, as tecnologias sem fio empregadas,

como também suas ferramentas, e finalizando com a construção de um protótipo

para demonstração da automação residencial controlada remotamente, demons-

trando assim os rudimentos da Internet das Coisas (IoT). Em suma, o objetivo desse

trabalho é o desenvolvimento de uma arquitetura de hardware e software voltados

para o gerenciamento de dispositivos, confirmando a viabilidade de uma automação

residencial, tendo como objeto final deste trabalho um protótipo para demonstrar o

paradigma de IoT.

1.3 METODOLOGIA EMPREGADA

Este trabalho tem como objetivo aplicar uma pesquisa descritiva, e assim

apresentar as principais características da IoT e automação. Para isso será utilizado

como fonte, pesquisas bibliográficas e documentais, com uma abordagem qualitati-

va. Feito isso o trabalho tem como finalidade aplicar os conceitos dos objetos de

pesquisa, e analisá-los de forma experimental com a construção de um protótipo. Ao

final pretende-se concluir a investigação, e mostrar as possibilidades de aplicação

das tecnologias aqui estudadas.

16

1.4 FERRAMENTAS ADOTADAS

As ferramentas adotadas para este trabalho serão utilizadas na elabora-

ção do protótipo. Este protótipo será feito a partir de ferramentas de software gratui-

to, pois os experimentos poderão ser reproduzidos com facilidade de acesso em tra-

balhos de outros pesquisadores que venham a se interessar pelo assunto aqui estu-

dado, contribuindo assim com o conhecimento a posteriori.

A ferramenta para construção do hardware adotada será a plataforma de

desenvolvimento Arduíno ®, por ter uma vasta comunidade de colaboradores, ampla

utilização no meio acadêmico, e por ter hardware e software open source. Já para o

desenvolvimento do software utilizado no aparelho móvel, será utilizado o MIT App

Inventor 2, por se tratar de uma ferramenta para desenvolvimento de fácil acesso a

estudantes, desenvolvida para a prototipagem de projetos pelo Instituto de tecnolo-

gia de Massachusetts, também conhecido pela sigla M.I.T (Massachusetts Institute

of Technology). Os detalhes específicos de cada ferramentas será abordado no ca-

pítulo 4, que discorrerá sobre ferramentas de prototipagem de IoT e automação.

1.5 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO

No capítulo 2 são apresentados os aspectos da fundamentação teórica,

histórico da IoT, conceitos envolvidos, evolução e aplicação da automação e IoT na

indústria, comércio e domótica. No capítulo 3 serão apresentados trabalhos relacio-

nados com a proposta deste. No capítulo 4 é descrito as tecnologias empregadas na

automação e IoT, sistemas embarcados, internet e seus protocolos e ferramentas de

prototipagem. No capítulo 5 é abordado a aplicação da IoT na automação residencial

com a proposta e montagem do protótipo abordado. No capítulo 6 são feitas ponde-

rações finais sobre a colaboração do trabalho e trabalhos futuros.

17

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Neste capítulo abordaremos as duas tecnologias empregadas neste tra-

balho a Internet das Coisas e a Automação de Processos. Abordaremos o tema re-

correndo a fontes documentais. Ao final pretende-se mostrar uma análise sucinta do

tema, mas que possa ser o suficiente para construir as bases que nortearão a cons-

trução deste trabalho como veremos a seguir.

2.1 HISTÓRICO DA IOT

O ser humano desde os tempos mais remotos sempre buscou evoluir e

aperfeiçoar seus utensílios e ferramentas, para que estes colaborassem em seus

afazeres laborais e de lazer, e assim propiciar um maior conforto em sua jornada de

vida. E a relação da humanidade com os objetos e ferramentas segundo Corrêa

(2013), incorporam-se a este quase como uma extensão do corpo, e o desenvolvi-

mento de ferramentas contribuiu para a evolução cultural e científica de diversas ci-

vilizações no decorrer da história, pelo fato desses instrumentos facilitarem diversas

atividades.

Assim a evolução de tais objetos não poderia ficar para trás nos dias atu-

ais, visto que a tecnologia evolui a cada dia e vem alcançando patamares imprevisí-

veis. Logo os objetos e ferramentas tendem a acompanhar essa mesma evolução

tecnológica em ritmo constante, e a invenção de uma ferramenta que sem sombra

de dúvidas foi um marco para a história da humanidade principalmente em termos

de comunicação foi a internet, e Lévy (1996) a compara com a invenção da escrita

em termos de produção cultural.

Além da comunicação, a internet trouxe uma interação maior da humani-

dade com os objetos, é possível notar isso nos dias atuais com o advento dos smart-

18

fones e tablets (computadores portáteis que possuem acesso à internet), e já são

tratados como uma extensão do corpo humano.

Neste contexto, é possível observar como os objetos tecnológicos e a in-

ternet, interagem com os seres humanos em uma realidade que há poucas décadas

seria encarada como um cenário futurista de obra de ficção. E este mesmo cenário

foi previsto “cirurgicamente” como profecia, em uma obra não fictícia, tendo a autoria

de Bill Gates, e intitulado “A estrada do futuro”, escrito em meados da década de 90,

onde o mesmo faz previsões como o uso de tecnologias análogas aos atuais smart-

fones, que ele apelidava de “micro de bolso”. Este aparelho para ele substituiria di-

versas coisas comuns à época, como agendas, blocos de anotações, celular, câme-

ra fotográfica, álbum de fotografias, material de leituras em geral e etc. Este apare-

lho segundo ele também seria capaz de acessar a internet e entreter o usuário com

jogos pré-instalados (GATES, 1995).

E Bill Gates estava certo em seu vislumbre tecnológico sobre o futuro,

pois com o avanço de diversas áreas da ciência, hoje todos contemplam essas tec-

nologias, e a interação que a humanidade tem com esses objetos que interconectam

pessoas através deles. Mas como esses avanços na área da ciência da computação

e engenharia podem ir além da comunicação entre pessoas, e possibilitar a interco-

nectividade entre máquinas? A resposta a essa questão será apresentada a seguir.

2.2 IOT: UMA DEFINIÇÃO GERAL

Assim como a internet impactou e evoluiu os meios de comunicação no

mundo, a Internet das Coisas tende a causar impacto semelhante na forma como

interagimos com objetos físicos. Como descreveu Sinclair (2018), à medida que a

internet estende o seu alcance a objetos no mundo físico, e torna-se também a In-

ternet das Coisas, e não somente uma internet voltada para pessoas, esta reconfigu-

rará todos os setores que estiverem a sua volta.

19

Para definir o que é internet das coisas, imagine objetos inteligentes dota-

dos de sensores e ou atuadores eletrônicos que lhe dão autonomia para tomarem

decisões e se conectar a internet para consultar dados, trocar informações com ou-

tros objetos, formando assim uma rede de dispositivos interconectados e totalmente

autônomos, livres parcialmente de interferência humana.

O que acontecia apenas em filmes futurísticos está acontecendo agora no

presente, com casas inteligentes dotadas de fechaduras biométricas, controle auto-

matizado de temperatura, sensoriamento de diversos tipos como umidade, chuva,

incêndio, detectores de presença, janelas e luzes automáticas. Tudo isso e muitos

outros aparatos, proporcionando aos moradores uma comodidade jamais vista. Sin-

clair (2018) diz que além das casas se tornarem mais inteligentes, os carros também

estão tornando-se autônomos e já são capazes de tomar decisões mais acertadas

do que os condutores. E ainda existe um impacto significativo na indústria, pois a

fabricação de produtos torna-se mais baratos com métodos de fabricação mais inte-

ligentes graças a dispositivos IoT, um exemplo disso está na indústria de petróleo e

gás, que através da análise de dados enviados por sensores tem uma eficácia maior

na extração, processamento e distribuição de seus produtos. Assim como na agricul-

tura, que aumenta o rendimento de suas safras graças à coleta e análise de dados

enviados por sensores implantados em suas colheitas. Com o uso de equipamentos

que hoje podem transmitir dados, o comércio se beneficia melhorando assim seus

negócios e construindo uma relação melhor com seus clientes, como exemplo, é

possível ver a gestão das frotas dos meios de transporte sendo aperfeiçoada através

da telemática. E através de sensores monitorando os pacientes os médicos podem

realizar diagnósticos mais precisos, tornando a prevenção de doenças mais eficaz.

Enfim, inúmeras benesses e diversos exemplos de dispositivos de IoT

poderiam ser descritos, mas isso tornaria a análise exaustiva, e esse não é o intuito

deste trabalho, que apenas se propõe em analisar de forma sucinta este tema.

Mesmo porque, mais detalhes das aplicações desses dispositivos em diversos seto-

res serão apresentados adiante neste mesmo capítulo. Mas primeiro é preciso anali-

20

sar como surgiu esse termo, e como sua evolução vem se apresentando até os dias

atuais como veremos a seguir.

2.3 A EVOLUÇÃO DA IOT

Segundo Garcia (2018) no ano de 1989 os desenvolvedores Simon

Hackett e John Romkey apresentaram em uma feira tecnológica o primeiro dispositi-

vo IoT, uma torradeira controlada pela internet. E na feira do ano seguinte em 1990

eles aperfeiçoaram o dispositivo incorporando um braço robótico para automatizar o

processo de colocar e retirar o pão da torradeira. A partir desse evento, segundo

Mancini [8], muitos pesquisadores passaram a estudar e publicar suas ideias sobre

dispositivos conectados à internet, como exemplo temos Weiser que em 1991 es-

creveu um artigo abordando o futuro da internet das coisas, onde o autor se refere à

mesma como “computação ubíqua”, e diz que objetos inteligentes no futuro seriam

algo imperceptível para os seres humanos, tornando-se algo natural ao convívio

destes. Outros autores de destaque foram Venkatesh, Greenfield e Gershenfeld que

na década de 90 em suas respectivas publicações, previram o aparecimento de ob-

jetos, casas e ambiente de trabalhos totalmente inteligentes.

Mas até o final da década de 90, o termo Internet das Coisas nunca havia

sido usado. Entretanto, em meados de 1999, o termo Internet das Coisas foi usado

estrategicamente como forma de marketing pelo executivo Kevin Ashton, onde em

uma palestra proferida a outros executivos da empresa P&G (Procter & Gamble), ele

apresentou a ideia de dispositivos rastreáveis via sistema de RFID. Pois Ashton

acreditava que a coleta de dados de objetos feita por seres humanos é muito limita-

da, e computadores dotados de sensores capazes de perceber o mundo físico torna-

riam esta tarefa mais eficiente. Assim nota-se que a ideia de produtos microproces-

sados e rastreáveis via sistema RFID pode desviar esses esforços para as máqui-

nas, que podem processar e gerir esses dados de forma mais eficiente, e com isso

21

deixar outras tarefas menos árduas para as pessoas nas cadeias de produção (AS-

THON, 2009).

Já na década de 2000, Mancini (2017) fala como a tecnologia da IoT em-

pregando a identificação via RFID, passou a ser usada em massa por algumas ca-

deias industriais. E algumas companhias como WallMart e o departamento de defe-

sa dos Estados Unidos, passaram a adotar essa tecnologia nos pallets de seus es-

toques, para facilitar o controle de produtos dos fornecedores.

A privacidade e segurança dos dados no contexto de IoT foi um tema de

grande relevância apresentado em 2005 pela International Telecommunications Uni-

on (ITU), que é uma agência das Nações Unidas para tecnologias da informação e

comunicação. Em seu relatório foi discutido amplamente o conceito de Internet das

coisas em relação à comunicação de dados por meio de objetos físicos, as tecnolo-

gias empregadas, como exemplo, o RFID e redes sem fio, os espectros de frequên-

cias adotados por estes, e a privacidade e troca de dados utilizados nestes apare-

lhos, visando uma padronização nos seus protocolos de comunicação (ITU, 2005).

Segundo um documento escrito por Evans (2011) para a empresa CISCO,

no ano de 2003, havia aproximadamente menos de 0,08 aparelhos conectados à

internet por pessoa no planeta. E com base na definição do Cisco IBSG, a IoT não

existia em 2003. Visto que o número de objetos conectados à internet era relativa-

mente pequeno, e dispositivos como smartfones só foram apresentados em Janeiro

de 2007, com o advento do iPhone, concebido pela empresa norte-americana Apple.

Logo em seguida houve um crescimento gigantesco de smartfones e tablets, atin-

gindo o número de 1,84 dispositivos conectados por pessoa.

Foi possível analisar nos documentos levantados para a elaboração deste

breve histórico apresentado até aqui, que muitas fontes de informações da área de

tecnologia, não conseguem precisar a data oficial de nascimento da internet das coi-

sas. Mas sabemos que sua evolução é constante, e atualmente ela ocupa as esferas

22

industriais, comerciais e residenciais acompanhado de automação de processos

como veremos a seguir.

2.4 APLICAÇÃO DA IOT NOS PROCESSOS DE AUTOMAÇÃO

Até agora foi apresentado um conceito geral de IoT sem um aprofunda-

mento em suas aplicações. A proposta deste subcapítulo é sair das formas genéri-

cas e mostrar algumas de suas aplicações utilitárias, e apresentar suas respectivas

implantações nos processos de automações existentes.

2.4.1 IOT E AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS NA INDÚSTRIA

A automação, não é algo recente, pois desde os primórdios o homem vem

desenvolvendo mecanismos que facilitam a execução de tarefas diárias. A partir da

revolução industrial, foi constatado um avanço significativo de sistemas automáticos,

e assim surgiram as primeiras invenções, entre elas o “regulador de esferas”, que foi

desenvolvido por James Watt com o objetivo de controlar a velocidade das máqui-

nas a vapor (DORF; BISHOP, 2001).

A partir daí, emergiram as indústrias especializadas, que passaram a utili-

zar a força do vapor para movimentar as linhas de produção, facilitando o trabalho

dos funcionários. Deste modo a competitividade aumentou, e assim, os custos de

produção foram reduzidos, aumentando a produtividade e diminuindo consideravel-

mente a necessidade do componente humano. Com a descoberta da eletricidade e

do magnetismo, ampliou-se o rol de possibilidades para concepção de sistemas au-

tônomos, por conseguinte, vieram os relés eletromecânicos, mecanismos fundamen-

tais para automação das primeiras indústrias, em meados do século XX, sendo mais

tarde substituído por controladores lógicos programáveis (CLPs).

23

O ano de 1947 foi marcado pela criação do transistor, o que fomentou a

expansão da automação, tornando esse mecanismo a base dos microprocessadores

modernos. Em 1960, as empresas automobilísticas possuíam linhas de produção

fixas, que produziam com certa eficácia modelos pré-programáveis, no entanto

quando era necessária qualquer modificação, essa se tornava onerosa e demorada,

devido ao tempo de produção desses modelos. Desta forma, para atender a essa

demanda a General Motors, observou que era fundamental a criação de um disposi-

tivo que atribuísse polivalência à produção, e com esta finalidade sobrevém o primei-

ro Controlador Lógico Programável (CLP) desenvolvido pela empresa Allen-Bradley,

revolucionando todas as indústrias nos anos posteriores (GOEKING, 2010).

A automação chegou ao Brasil, somente no ano de 1980, sendo aplicada,

inicialmente, em indústrias automobilísticas e petroquímicas. Desde então, a tecno-

logia se propagou para outras áreas, como indústrias alimentícias, químicas, side-

rúrgicas, automotivas e associadas (pneus, borracha, etc.). Nesta mesma época,

surgiu a “pirâmide da automação”, que divide os níveis dos equipamentos envolvidos

nessa tecnologia de acordo com sua atuação na indústria, e descreve como as in-

formações são filtradas do nível 1 até chegar ao seu topo. Em contrapartida, as or-

dens vindas dos níveis administrativos (4 e 5) são repassadas para o nível 3, garan-

tindo que as tarefas sejam efetivadas pelos níveis operacionais. Nos dias de hoje, a

pirâmide da automação respalda-se no modelo apontado pela figura 1.

24

Figura 1 – Pirâmide da Automação

Fonte: Morais e Castrucci (2010).

E atualmente a indústria passa pela sua 4º revolução chamada de “Indús-

tria 4.0”. Segundo descreve Amorim (2017), objetivando aumentar a competitividade

industrial através de fábricas inteligentes, o governo Alemão cunhou o termo Indús-

tria 4.0, que se espalhou na Europa e atualmente ganhou o mundo. Um dos princí-

pios que dão base a essa ideia é a conexão entre as máquinas das unidades de

produção, e assim uma rede inteligente controlada de forma autônoma pode ser

formada. E outros cinco princípios que alicerçam o conceito de Iindústria 4.0 são:

1 Operação em tempo real – A coleta e análise de dados passa a ser instantânea

nas cadeias de produção.

2 Virtualização – Na Indústria 4.0 as plantas das unidades de produção podem ser

virtualizadas, e através dessa cópia virtual sua monitoração pode ser feita remo-

tamente.

3 Descentralização – Através da integração e comunicação entre os sistemas das

indústrias compartilhando informações, a produção pode ser separada de forma

modular. Além disso, fatores como reparos e manutenções podem ser gerencia-

dos por esses sistemas de forma totalmente autônomas. Esses sistemas são

chamados de “Cyber-físicos”.

25

4 Orientação para serviços – Os softwares responsáveis pela intercomunicação

entre sistemas e equipamentos utilizam os conceitos de Internet dos Serviços e

Internet das Coisas.

5 Modularidade – De acordo com a demanda apresentada, os processos produti-

vos podem ser flexibilizados através da alteração dos módulos que formam as

cadeias de produção. Isso é possível graças ao princípio de descentralização.

E segundo esse mesmo estudo apresentado por Amorim (2017), o avanço

tecnológico das máquinas e equipamentos no campo industrial sempre aconteceu,

entretanto, o surgimento da Internet das Coisas é o grande impulso tomado pela re-

volução industrial nesta época, visto que esta tecnologia permite promover uma in-

tercomunicação entre sistemas e equipamentos de forma autônoma, possibilitando

assim a tomada de decisões sem interferência humana, tomando apenas como base

a leitura e análise dos dados dos sistemas dos módulos de produção. A partir disso

a Internet das coisas somado a Inteligência Artificial e a Robótica formam o tripé que

impulsionarão o avanço da 4ª Revolução Industrial.

A Internet das Coisas como mostra o sumário executivo da Fundação Ge-

túlio Vargas, tem sido muito utilizada em indústrias de mineração e assim agregando

mais valor a este tipo de negócio, tornando a cadeia de produção mais competitiva.

Também é possível ver sua aplicação na Companhia Siderúrgica Nacional (CSN),

onde são utilizadas na mina Casa de Pedra, em Minas Gerais. O objetivo de sua

aplicação neste negócio é otimizar, automatizar e integrar as atividade operacionais.

Uma Amostra real de como isso é feito por esta indústria, pode ser demostrada em

seus caminhões, que hoje possuem os mais diversos tipos de sensores como, câ-

meras, GPSs, dispositivos de monitoramento dos pneus, motores, pesos das cargas

e etc. Esta tecnologia visa ajudar na logística da empresa e assim reduzir custos

operacionais (ALBERTIN, 2017).

Outro aspecto relevante neste processo citado acima é o monitoramento dos

operadores dos veículos, que através de sensores, é capaz de predizer o quanto o

operador está atento a suas atividades. Este monitoramento que visa a segurança

26

das operações nas minas, observa o movimento das pálpebras e cabeça, podendo

servir de alerta para verificar o nível de fadiga desses operários, prevenindo assim

possíveis acidentes, tudo isso graças a intercomunicação desses dispositivos IoT.

Neste mesmo sumário executivo da Fundação Getúlio Vargas, a IoT vem

sendo testada e usada em ampla escala no agronegócio. Seu uso no campo garante

uma precisão maior, e abrange desde a preparação das áreas de plantio como a

aplicação mais uniforme de fertilizantes, podas e colheita. Isto é possível graças à

utilização de sensores e drones, que enviam dados para um sistema de análise,

possibilitando assim tomadas de decisão eficientes em relação aos custos operacio-

nais das lavouras. Isso possibilita ao agricultor planejar com mais eficiência o plantio

das safras, e assim rentabilizar sem desperdícios suas próximas colheitas. (ALBER-

TIN, 2017).

2.4.2 IOT E AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS NO COMERCIO

Análogo a implementação na indústria a IoT vem se consolidando no co-

mércio varejista. Segundo Maura (2018), com o auxílio de sensores instalados, por

exemplo, em pontos de venda, departamento de vestuário e prateleiras, é possível

captar e armazenar os hábitos de consumo de uma pessoa. Com esses dados é

possível fazer um estudo das preferências desses consumidores, e assim adotar

estratégias de marketing e alavancar as vendas dos negócios que adotam essas

tecnologias. Tais estratégias podem ser adotadas com as análises de horários de

consumo e de público em uma determinada loja, assim como reposicionar determi-

nadas marcas em prateleiras específicas, por exemplo. E com a IoT no comércio é

possível gerenciar estoques, acompanhar inventários, reduzir fraudes e otimizar as

atividades de funcionário e a reposição de produtos. Com essa otimização, as lojas

geram economia, e podem antever e diagnosticar possíveis falhas em seu plano de

negócio.

27

Segundo Paes (2016), a IoT no comércio pode ser empregada na manu-

tenção preditiva de equipamentos, gerenciando o consumo de energia e prevendo

falhas em equipamentos. Pode também ajudar na logística de caminhões de entre-

ga, otimizando rotas em tempo real com o uso de GPS. O emprego da IoT vem sen-

do utilizado nos estoques, e o seu controle se dá pelo fato das vendas estarem sen-

do monitoradas em tempo real. Isso garante aos lojistas rastrear vendas perdidas

em suas lojas, e acompanhar o fluxo para adotar estratégias para uma reposição

eficiente em relação à demanda.

Paes (2016) também afirma, que para atingir uma taxa mais altas de ven-

da, a IoT vem sendo usada para direcionar propagandas personalizadas, diretamen-

te nos smartfones dos clientes, de acordo com os seus hábitos de consumo e posi-

cionamento dentro da loja. Assim as antigas campanhas de marketing em massa

ficam obsoletas, por propiciarem uma taxa de sucesso ínfima se comparada a esse

direcionamento de propaganda personalizada. Além disso, serviços e promoções

personalizadas vão de encontro aos clientes mais fiéis.

2.4.3 IOT E AUTOMAÇÃO NAS RESIDÊNCIAS

A automatização ou automação é caracterizada como qualquer processo

que utilize dispositivos eletrônicos e automáticos, de forma a facilitar a vida do ser

humano desde tarefas casuais a empregos que aperfeiçoem o comércio e a indús-

tria. Com base na otimização dos mais diferentes empregos da automação, surgiu

sobre um contexto doméstico a automação residencial, também conhecida como

domótica. Segundo Muratori e Dal bó (2015), a automação residencial se utiliza de

equipamentos que dispõem da capacidade de se comunicar interativamente entre

eles, seguindo as instruções de um programa previamente estabelecido pelos usuá-

rios da residência, e com possibilidades de serem alteradas de acordo com seus

interesses. Como consequência da otimização de tarefas na própria residência, a

domótica permite uma maior qualidade de vida ao reduzir o trabalho doméstico e

28

aumentar o bem-estar e a segurança do indivíduo, sendo capaz de racionalizar o

consumo de energia inclusive.

E assim como nas indústrias e comércios, as benesses da IoT também po-

de ser acessível aos lares domésticos. Maradei (2016) descreve que o uso dos

smartfones, permite um controle de diversos dispositivos que já são realidades em

alguns lares. A empresa Qruio, por exemplo, fabrica fechaduras integradas com

smartfones, e permite que os moradores tranquem e destranque portas, sem a ne-

cessidade de chaves, permitindo inclusive o acesso à residência aos familiares e ou

amigos, mesmo que o usuário não esteja fisicamente próximo a fechadura. Pois com

acesso à internet, tal operação pode ser executada de qualquer lugar do mundo.

A empresa Phillips produz uma lâmpada chamada de Hue, comandada

por um aplicativo para ser acionada à distância, que também pode mudar de cor e

intensidade, e ser programada em horários predeterminados. Já a empresa Eletro-

lux, está produzindo aparelhos de ar condicionado conectados à internet, que podem

ser acionados antes mesmo do usuário chegar em casa. Programações personali-

zadas como, definição de temperatura e horários e dias da semana para o aparelho

operar de forma automática, podem ser configuradas através de um aplicativo de

smartfone. Já as persianas inteligentes da MySmartBlinds, além de serem operadas

pelo celular são capazes de reconfigurar sua posição de acordo com a intensidade

solar. Isso é possível graças a placas solares instaladas.

Na área de serviço a lavadora de roupas da marca Whirlpool, permite o

controle de suas funções através de um aplicativo. Além de possuir sensores que

medem a quantidade de sabão e amaciante, desta forma a máquina é capaz de en-

viar uma solicitação de compras para a Amazon quando estes estão prestes a aca-

bar. Na cozinha a Nestle inova com sua máquina Nespresso Prodígio, que é capaz

de preparar cafés em horários programados pelo usuário. Além de enviar notifica-

ções aos smartfones avisando que seu estoque de água e capsulas de café estão

prestes a acabar. No banheiro já é possível ter espelhos inteligentes que interagem

29

com os usuários. A marca Hi Mirror, além de reproduzir vídeos, e notificações tam-

bém é capaz de avaliar e dar dicas sobre o cuidado da pele.

E para auxiliar nas tarefas domésticas os assistentes pessoais são capa-

zes de atualizar a lista do supermercado, agir como player de música, interagir com

outros aparelhos de IoT da casa ligando e desligando-os, por exemplo, além de rea-

lizarem chamadas telefônicas. Empresas de soluções tecnológicas como Amazom,

Google e Apple, competem pelo desenvolvimento desses assistentes no mercado.

Tais assistentes têm a mesma tecnologia dos empregados nos smartfones, como é

o caso do assistente Siri do Iphone.

2.5 PERSPECTIVAS FUTURAS

Analisando o que foi apresentado até aqui, é possível predizer cenários

futuros que poderão ser expectados em breve. Um desses cenários segundo a pu-

blicação executiva da Fundação Getúlio Vargas, é o avanço da computação ubíqua,

termo cunhado, para representar dispositivos inteligentes ao qual o ser humano não

percebe sua presença, e convive de forma natural no meio ambiente com estes. Tais

dispositivos são capazes de analisar dados e tomar decisões para atender e forne-

cer serviços a indivíduos ou outros dispositivos presentes em seu ecossistema.

Também vemos outras tecnologias envolvendo a IoT começando a ganhar corpo,

como inteligência artificial e machine learning (aprendizado de máquinas), onde é

possível vislumbrar máquinas que são capazes de tomar decisões de acordo com

padrões de aprendizagem, e assim através da computação cognitiva interagir com

seres humanos, de forma que isso se torne cada vez mais natural (ALBERTIN,

2017).

Neste contexto é possível prever que a sociedade incorporará tais tecno-

logias a ponto de depender cada vez mais dela. A previsão segundo a consultoria

McKinsey Global, é que o impacto econômico gerado em torno da IoT atinja até

30

2025, cifras em uma faixa de US $ 2,7 a US $ 6,2 trilhões por ano. Onde serviços à

sociedade como saúde, infraestrutura e serviços públicos sejam os setores mais

promissores a serem alavancados por esta tecnologia (MANYIKA, 2013).

Logo a Internet das coisas torna-se um desafio aos novos empreendimen-

tos, economias e sociedades, pois estes terão que lidar com um terreno pouco ex-

plorado e ainda em expansão. Tais desafios trazem para as empresas a necessida-

de de constantes aplicações praticas e efetivas ao uso da IoT, e não somente no

campo experimental. Isso forçará o desenvolvimento do conhecimento técnico, me-

todologias, padronização e constante atualização, visando o emprego desta tecnolo-

gia. Já os governos tendem a buscar meios de policiamento e novas politicas que

garantam à sociedade a privacidade da informação gerada pela IoT (MANYIKA,

2013).

Ao longo deste capítulo, foram apresentados conceitos gerais da Internet

das Coisas. O que nos dá uma pequena base para o encaminhamento do projeto

proposto neste trabalho. No próximo capítulo serão apresentados trabalhos correla-

tos.

31

3 TRABALHOS CORRELATOS

Neste capítulo serão apresentados dois trabalhos que tem relação signifi-

cativa com esse. Após a análise desses projetos será possível estabelecer mais um

“pilar estrutural” para a construção deste trabalho.

3.1 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL UTILIZANDO A PLATAFORMA ARDUINO E

DISPOSITIVOS MÓVEIS

Segundo Amaral e Silva (2017) o desenvolvimento de seu projeto visa

facilitar o controle de dispositivos que fazem uso de infravermelho, e assim a propos-

ta é automatizar o controle de eletrodomésticos do tipo televisores, aparelhos de

DVD player e outros, pois estes geralmente utilizam controle remoto por infraverme-

lho. A proposta dos autores também tem por finalidade, formar uma rede operada

por um Arduíno, um Ethernet Shield, módulos Bluetooth e LEDs de infravermelho.

Além dos aparelhos citados acima, o projeto pretende controlar tomadas para ligar e

desligar aparelhos que estejam conectadas a estas. Este controle é feito através de

um software elaborado para dispositivos moveis. Além disso, o projeto tem a propos-

ta de trazer este conhecimento de controle de objetos no interior de uma casa pela

frequência de infravermelho, e assim outros dispositivos como lâmpadas, por exem-

plo, pode ser controlada com este método.

32

3.2 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL DE BAIXO CUSTO: UM PROTÓTIPO COM

ACESSO WEB

Neste projeto os autores pretendiam a princípio rodar um servidor web na

placa Arduíno e com isso, através da internet, o controle de uma residência seria

satisfeito. Entretanto foi constatado que a placa Arduíno não suportaria o servidor

escolhido (Apache), logo o hardware além de possuir uma placa Arduíno, um Shield

Ethernet, e circuitos integrados conversores de sinais seriais, passou a ter um mi-

crocomputador para hospedar o servidor web. Finalizada a etapa de hardware, para

o software de controle foi desenvolvida uma página web hospedada no servidor,

desta forma o usuário poderá acessar esta página para ter acesso aos comandos de

controle da casa automatizada ligada ao sistema.

3.3 CONSIDERAÇÕES ACERCA DOS PROJETOS

Tomando os trabalhos citados acima como ponto de partida e analisando-

os para efeito de comparação com a proposta deste projeto, é possível fazer as se-

guintes ponderações.

Na proposta do primeiro projeto existe a possibilidade de ter uma perda

na transmissão dos comandos aos aparelhos, onde possíveis interferências na

transmissão por infravermelho podem ocorrer. Por exemplo, ao enviar um sinal aos

dispositivos próximos, pode haver uma pessoa ou objeto móvel interrompendo a

transmissão. Uma maneira de sanar esse problema e fazer com que os objetos con-

trolados sejam interligados por cabeamentos e ter acesso direto aos comandos, o

que torna a transmissão dos sinais mais segura. É sabido que para acessar certas

funções de alguns aparelhos como televisores, por exemplo, é necessário fazer uso

33

do controle remoto, mas como o projeto propõe que o sinal de infravermelho seja

usado de forma genérica, ou seja, para uso de aparelhos em geral, será feita apenas

a análise de funções simples, como ligar e desligar um objeto eletroeletrônico. Outra

maneira de solucionar seria com a transmissão por radiofrequência, mas esta pode

sofrer com a atenuação do sinal, devido a obstáculos também, logo este trabalho

pretende adotar o tipo de transmissão cabeada, ou seja, o sinal de controle será en-

viado diretamente ao objeto controlado por intermédio de cabos.

Já no segundo projeto o problema encontrado pelos autores com a hos-

pedagem do servidor no Arduíno, pode ser sanado inserindo um código de servidor

web rudimentar diretamente no microcontrolador da placa Arduíno, e isso permitirá

que a conexão seja realizada através de um aplicativo móvel, que ficará responsável

pela interface gráfica. Desta forma o servidor ficará responsável apenas pelo envio e

recepção de comandos simples, e não precisará de um código tão pesado para ge-

rar a interface gráfica como foi feito no projeto dos autores através de servidor Apa-

che armazenando uma página web. Além disso, a conexão se tornará mais confiável

por não depender do intermédio de um computador, pois se o computador apresen-

tar falhas todo o sistema ficará comprometido. Isto pode ser implementado usando

as próprias bibliotecas padrão contidas na IDE do Arduíno, pois uma dessas biblio-

tecas gera um servidor web, que precisa apenas de configurações básicas para ser

utilizada. Além de deixar o sistema mais leve, existirá uma economia de hardware

considerável no projeto final, e este trabalho pretende implementar este código do

servidor diretamente no Arduíno.

34

4 TECNOLOGIAS EMPREGADAS NO PROJETO

Neste capítulo será feito um estudo das tecnologias utilizadas no projeto

de automação residencial. Visto que o entendimento de tais tecnologias é de suma

importância para o desenvolvimento do projeto proposto neste trabalho.

4.1 SISTEMAS EMBARCADOS

Ao analisar o conceito de sistemas embarcados, Moroz (2011) sintetiza o

termo, afirmado que sistemas embarcados são fundamentalmente uma composição

entre hardware e software, onde o hardware opera com seu processador, memórias

e periféricos. E o software (que pode ser um sistema operacional) é executado pelo

processador do sistema. Além do que, os sistemas embarcados são programados

para executarem, na maior parte do tempo, tarefas autônomas dependentes apenas

de eventos gerados pelos usuários de tais sistemas.

Siqueira (2016) apresenta uma lista de possibilidades de uso para siste-

mas embarcados, como exemplo, sistema de controle de automóveis que são capa-

zes de controlar os freios ABS e outros itens, programação de fornos de micro-

ondas, processos de máquinas de lavar roupas. Esses são apenas alguns dos obje-

tos que possuem sistemas embarcados em seu interior.

Para que os comandos inseridos na programação dos sistemas embarca-

dos sejam efetuados, geralmente os mesmos precisam de uma comunicação com o

mundo físico, e isso segundo Moroz (2011) se dá através de sensores que permitem

que os processos dos aparelhos citados acima sejam algo funcional. Logo sensores

de pressão, movimento, temperatura e etc, podem ser incorporados aos projetos

que utilizam tais sistemas. Além disso, ações são externadas ao mundo físico atra-

35

vés de atuadores que reproduzem o programa instalado segundo sua aplicação. Al-

guns exemplos de atuadores são motores, válvulas, relés e solenoides.

4.2 INTERNET

A conexão com a internet atualmente tornou-se algo indispensável para

diversos setores, e isso não poderia ser diferente quando se analisa a automação de

processos e a Internet das Coisas. E como descreve Kurose e Ross (2010), a inter-

net é formada por uma rede que interconecta milhares de dispositivos computacio-

nais, que atualmente não compreendem somente computadores, mas também apa-

relhos como celulares, automóveis, eletroportáteis em geral, sistemas de segurança

e outros dispositivos. Desta forma, chamar a internet somente de rede computado-

res começa a parecer um termo desatualizado, visto que a internet atualmente inter-

conecta diversos dispositivos que não tem o formato dos tradicionais computadores.

4.3 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO

Para interconectar os dispositivos na internet é preciso haver protocolos

de comunicação preestabelecidos entre esses, desta forma, os dispositivos podem

trocar informações sem o risco de um, não entender as solicitações e respostas do

outro. Kurose e Ross (2010) afirma que os protocolos definem o formato e a ordem

das mensagens que são compartilhadas entre duas ou mais entidades que transmi-

tem dados em uma rede. Em destaque, estão dois protocolos bastante usados na

internet, que são, TCP (Transmission Control Protocol) que atua na camada de

transporte, e o IP (Internet Protocol) que atua na camada de rede. E juntos eles dão

nome ao modelo de protocolos TCP/IP, que será adotado para compor este traba-

lho.

36

4.4 FERRAMENTAS E DISPOSITIVOS DE PROTOTIPAGEM

Atualmente existem diversas plataformas de prototipagem de hardware e

software, que ajudam no desenvolvimento de aplicações de IoT e automação em

geral. A seguir será apresentado as ferramentas adotadas.

4.4.1 HARDWARE

O dispositivo de prototipagem de hardware adotado para este projeto foi a

plataforma Arduíno, pois esta além de possuir uma ampla comunidade de colabora-

dores, possui preço acessível aos estudantes, e linguagem de programação conhe-

cida no meio acadêmico (C++). O Arduíno foi desenvolvido no Ivrea Interaction De-

sign Institute, e seus idealizadores construíram essa ferramenta de prototipagem

rápida, destinada a estudantes sem formação em eletrônica e programa-

ção.(Arduíno, 2018). Isso fez com que o Arduíno fosse adotado para ser o cérebro

de milhares de projetos (inclusive acadêmicos), em uma faixa de objetos do cotidia-

no até complexos experimentos científicos.

4.4.2 SOFTWARE

Como software para este projeto foi adotado o MIT App Inventor. Este

software de prototipagem é bem intuitivo, usando blocos para a elaboração dos pro-

gramas. Esta ferramenta propicia um desenvolvimento em um tempo relativamente

curto, e possibilita testes em tempo real do software final de maneira totalmente on-

line. O sistema do App Inventors é totalmente compatível com o sistema operacional

Android.

37

5 APLICAÇÃO DA IOT NA AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL

Neste capítulo abordaremos a descrição do tema proposto, como também

a montagem de todo aparato e implementação do software do projeto.

5.1 A PROPOSTA

Esta proposta apresenta um ensaio sobre as vantagens da aplicação de

IoT na automação residencial, e ainda, são apresentados alguns aspectos da infra-

estrutura de um projeto de IoT.

5.2 MONTAGEM DA MAQUETE

A maquete foi desenvolvida como um modelo em escala reduzida de uma

casa residencial.

Figura 2: Frente da maquete

38

Primeiro foi elaborado um desenho de uma casa, com seus respectivos

cômodos, sala, quarto, cozinha, banheiro, garagem e varanda. Para a estrutura da

maquete utilizamos papel Paraná natural n° 80 781 g/m², papelão, cola branca, cola

de contato e cola quente. O telhado foi construído com encaixe, para que possa ser

retirado para apresentar a parte interna da casa, onde será visualizado a climatiza-

ção, iluminação e alarmes.

Figura 3: Frente da maquete sem telhado

Figura 4: Parte interna da maquete

39

5.3 MONTAGEM DO HARDWARE

A placa Arduíno Mega, foi adotada para a montagem do Hardware por ter

mais portas de entra e saída de dados, além de armazenar mais memória do siste-

ma embarcado a ser gravado. Nesta Montagem foram utilizadas ao todo sete portas

para saída de dados e uma porta para entrada de dados.

As placas Arduíno tem encaixes simétricos que permitem o uso de dispositi-

vos de hardware chamados de shields. O ethernet shield w5100 foi utilizado para

obter acesso à internet. Esse shield ocupa as portas 4, 10, 11, 12 e 13 do Arduíno, e

não é possível modificar este padrão de portas devido à configuração interna deste.

Logo estas portas não poderão ser utilizadas no projeto por outras funções.

Figura 6: Ethernet Shield w5100

Figura 5: Arduíno Mega

40

Para configurar o ethernet shield no programa principal, parâmetros como en-

dereço IP estático, endereço MAC e porta do servidor, foram utilizados.

O endereço de MAC configurado no programa identifica o host (casa automa-

tizada) na camada de enlace. E o endereço de IP atribuído ao host o identifica na

camada de rede. E a porta 80 geralmente é usada como padrão para os servidores

de web, visto que o hardware do Arduíno fará a função de servidor ao software de

controle remoto via internet.

Além dos shields, o Arduíno possui módulos como sensores e atuadores que

podem ser conectados às portas digitais e/ou analógicas. Dois módulos de relés de

quatro canais foram usados para ligar os dispositivos de iluminação e ventilação da

casa. Ao receber um sinal da porta de saída do Arduíno, o relé correspondente é

acionado, e assim a carga conectada a este é ligada ou desligada de acordo com o

estado do relé. Cargas de até 10 amperes podem ser ligas a esses relés. Como a

carga a ser aciona está na faixa dos mili-amperes, por se tratar de leds, não há ne-

cessidade de proteção contra sobrecarga nesse projeto. As portas utilizadas no Ar-

duíno foram a 2, 3, 5, 6, 7, 8 e 9, todas configuradas como saída de sinal.

Figura 7: Trecho de código - Arquivo pessoal

Figura 8: Módulo de relés de 4 canais..

41

O módulo sensor de movimento foi ligado à porta A0 do Arduíno, e esta foi

configurada como entrada de sinal. Pois quando um movimento for detectado, um

sinal é enviado ao Arduíno e então o alarme dispara alertando assim a presença de

intrusos no ambiente. A princípio dois sensores seriam usados no projeto, mas devi-

do à dimensão da maquete, apenas um foi utilizado.

Para o suporte de energia foi utilizado uma fonte de alimentação de 12 volts e

1 ampere para ligar todo o hardware. Além disso, leds azuis simulando a iluminação

do ambiente, e uma ventoinha simulando a refrigeração, foram utilizadas nesse pro-

jeto.

5.4 MONTAGEM DO SOFTWARE

Como software foi utilizado o MIT App Inventor para sistemas Android.

Por se tratar de um sistema bastante intuitivo e didático, pois permite aos usuários

iniciantes arrastar e soltar objetos visuais para criar um aplicativo que pode ser exe-

cutado em dispositivos Android. Para o App do projeto em questão, usamos como

título “Automação Residencial” e como tela de início, uma autenticação com nome e

senha.

Figura 9: Módulo sensor de movimento

42

Na próxima tela após ser feito a autenticação é apresentado botões de

Alarme, Garagem, Ar, Luz, Créditos e Sair. Os botões de Alarme, Garagem e Ar ao

serem clicados é exibido a cor verde no botão e o estado do botão ligado ou cor cin-

za desligado.

Figura 11: Tela principal

Figura 10: Tela Inicial

43

Quando o botão Luz é clicado passa para a tela de iluminação, onde te-

mos botões da Varanda, Sala Quarto, Cozinha, Banheiro, Garagem e Voltar, análo-

go a tela anterior, é exibido a cor verde e o estado do botão ligado ou cor cinza des-

ligado.

5.5 FINALIZAÇÃO DO PROTÓTIPO

Como finalização é desenvolvido um vídeo utilizando a plataforma You-

Tube onde é apresentado todo o protótipo na prática. É demonstrado todas as funci-

onalidades do protótipo do projeto. Aqui disponibilizamos um link para acesso ao

vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=OF9zR4G7k3E&feature=youtu.be.

44

6 CONCLUSÕES

O projeto de IoT aplicada a automação residencial desenvolvido neste

trabalho, serviu para alicerçar os conhecimentos dessa área aos alunos que o de-

senvolveram. Mesmo com algumas dificuldades encontradas durante sua elabora-

ção, como exemplo, os ajustes na programação do hardware e software que tiveram

várias alterações até chegar as suas versões finais, serviram para solidificar ainda

mais os conhecimentos adquiridos, visto que os erros nortearam as pesquisas para

o aprimoramento do projeto final. Além, disso os levantamentos documentais e os

referenciais teóricos adotados neste trabalho, cumpriram um papel essencial nos

estudos, complementando assim conteúdos que não foram apreciados durante o

curso.

E a proposta de sanar alguns problemas identificados nos trabalhos cita-

do que são correlatos a este, obteve êxito. Pois os sinais não sofreram interferência

em seu envio e recepção. Além disso, o servidor foi configurado na própria placa

Arduíno, desta forma não foi necessário o uso de um servidor externo, o que gerou

uma economia de hardware tanto no custo quanto no tamanho final das partes físi-

cas. Ressaltando que a perda de sinal pode ser ocasionada devido à queda de co-

nexão com a internet advinda do provedor. Não foram testados os efeitos de con-

gestionamento na conexão de internet. Logo seus efeitos não são conhecidos quan-

do um comando é enviado para o servidor, possivelmente isso traria um atraso e

instabilidade nos objetos controlados.

45

6.1 TRABALHOS FUTUROS

A contribuição deixada por este projeto pode servir de base para futuras

pesquisas, tanto da parte dos alunos envolvidos (com a continuidade de seus estu-

dos), quanto de outros pesquisadores a se aventurar por esta temática. Pois melho-

rias e aprimoramentos podem ser elaborados para o modelo aqui apresentado. Co-

mo exemplo, é possível realizar o estudo e aplicação de um sensor biométrico ser-

vindo de fechadura eletrônica para a casa, isso traria um conhecimento em uma tec-

nologia que tem potencial para ser o padrão em muitas residências futuramente. E o

estudo desta tecnologia, visando a segurança da informação contra fraudes e/ou

hackers que possam interceptar os sistemas de controle biométrico, seria algo de

suma importância para os domicílios que venham a adotar tal sistema.

Outra possibilidade para o aperfeiçoamento deste projeto é a instalação

de diversos sensores pela casa, visto que apenas um sensor foi utilizado (detector

de movimentos). Outros sensores como temperatura, umidade do ar e luminosidade,

por exemplo, podem abrir uma gama de possibilidades no desenvolvimento do sof-

tware de controle, além de trazer oportunidade de pesquisas do funcionamento des-

ses dispositivos de sensoriamento climático.

Outra forma de continuar o projeto proposto é desenvolver outros mode-

los de casa inteligente, para configurar uma espécie de rede interconectando os do-

micílios. A ideia é trocar informações como detecção de chuva, leitura de temperatu-

ra, incêndios, inundações, tremores de terra e outros fenômenos naturais, e desta

forma gerar um sistema de aviso em rede desses eventos. Outras residências po-

dem receber os alertas pelo compartilhamento desses dados e assim tomar provi-

dências como um alerta de perigo aos moradores por exemplo. Além disso, os da-

dos podem ser fornecidos a órgão interessados e assim gerar estatística que ajuda-

rão na prevenção desses eventos.

46

Outra proposta de dar continuidade a este projeto seria reproduzi-lo e tes-

tar os efeitos do atraso na conexão, e ao constatar possíveis defeitos e interferên-

cias, pode-se apresentar uma proposta para sanar as falhas indesejadas ao projeto.

Isto traria um conhecimento de grande valia que pode inclusive ser incorporado a

casos reais de automação em geral.

Enfim, inúmeros estudos podem ser realizados para o aperfeiçoamento

da implantação das tecnologias concebidas pela Internet das Coisas nos diversos

setores da sociedade. E trabalhos futuros podem concentrar seus esforços, para

buscar essas soluções de aperfeiçoamento, tomando este por base.

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