AUTOMAÇÃO PREDIAL WIRELESS EM AMBIENTE COM CARGAS TÉRMICAS COMPARTILHADAS

PAULO A. FERREIRAPEDRO R. M. FILHO

YURI F. G. DIASADOLFO BAUCHSPIESS

UNB - Universidade de BrasiliaDepartamento de Engenharia Elétrica

GRAV - Grupo de Robótica, Automação e Visão ComputacionalLAVSI - Laboratório de Automação, Visão e Sistemas Inteligentes

MOTIVAÇÃO

• Projeto PROBAL – CAPES (“Networked Control with Distributed Processing for Building Automation in an Ambient Intelligence Framework” )

SUMÁRIO

• Introdução• ZigBee• XBee• Ambiente de testes• Hardware• Rede implementada• Análise dos resultados• Conclusões• Trabalhos Futuros

INTRODUÇÃO

• Automação• Conforto• Ambient Inteliigence: densa rede de sensores e

atuadores integrados por um supervisório fornecendo serviços aos usuários

• Retrofitting• Rede sem fio “wireless”– Flexibilidade de implementação de sensores e

atuadores

INTRODUÇÃO

• Proposta do trabalho:– Controle de temperatura– Rede ZigBee– Projeto dos nós sensores, atuadores e

supervisório– Liga-desliga externo x Controle do ar condicionado

ZigBee

• Homologado IEEE 802.15.4• Baixo consumo energia• Baixo alcance da rede• Taxa de transmissão: cerca de 250 kbps• Frequência operação: 2.4 GHz• Aplicações: automação predial e residencial,

controle industrial, utilização sensores, entre outras

XBee: Características

• Maxstream (atual Digi)• Tensão alimentação: 3.3 V• Transmissão indoor: até 30 m• Transmissão outdoor: até 100 m• Potência transmissão: 100 mW• Portas de I/O• Canais PWM• Canais de conversão A/D• Configuração: Software X-CTU

XBee: Modos Operação

• Idle mode: não transmite nem recebe dados

• Transmit mode: dado recebido pela UART

• Receive mode: dado recebido através antena

• Sleep mode: não se comunica via serial

• Comand mode: ler ou modificar parâmetros do módulo

AMBIENTE DE TESTES

Hardware

• Aparelhos de ar condicionado• Módulo de Controle• Módulo de Acionamento• Medidores de Energia

Hardware: Ar condicionado

• Do tipo split com capacidade de 22.000 BTU/h• Unidade interna (evaporadora) • Unidade externa(condensadora)• Sensor de temperatura na unidade interna

Hardware: Módulo de Controle

• Xbee e ATmega8• Recebe informações do supervisório• Controla o Módulo de Acionamento

através de I/O para ligar/desligar a a unidade externa do ar

condicionado

Hardware: Módulo de Acionamento

• Relé de estado sólido:– MOC3081– TIC246D

Hardware: Nó Sensor

• Sensor de temperatura LM35• Conversor A/D do Xbee

Hardware: Medidores de Energia

• ZMD128 – Landis Gyr

REDE IMPLEMENTADA

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Software de Controle

• Altera seu próprio endereço para comunicação com os demais dispositivos da rede

• Calcula o liga-desliga externo para cada setor, com histerese de 0,5 °C

• Taxa de aquisição de 3 segundos• Trata as amostras de temperatura recebidas

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Software de Controle

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ANÁLISE DE RESULTADOS

• Dois experimentos comparativos:– Nós sensores no centro de cada setor– Nós sensores no retorno dos aparelhos de ar

condicionado• Realizados de 8hs as 17hs com referência de 22 °C• Registro consumo dos aparelhos ar condicionado

ANÁLISE DE RESULTADOS

• Testes com liga-desliga externo:– Referência definida no software de controle

• Testes com controle próprio dos aparelhos:– Referência definida via controle remoto

ANÁLISE DE RESULTADOSExperimento 1: Liga-desliga externo (sensor centralizado)

• Consumo de 20,77 kWh• Leituras espúrias

ANÁLISE DE RESULTADOSExperimento 2: Controle ar condicionado(sensor centralizado)

• Consumo de 31,41 kWh

ANÁLISE DE RESULTADOSExperimento 3: Liga-desliga externo (sensor retorno)

• Consumo de 26,21 kWh

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ANÁLISE DE RESULTADOSExperimento 4: Controle ar condicionado(sensor retorno)

• Consumo de 32,58 kWh

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ANÁLISE DE RESULTADOSTabela Comparativa

Experimento Tipo de controle Posição dos nós sensores Consumo

1 Liga-desliga Centralizado 20,77 kWh

2 Próprio dos aparelhos Centralizado 31,41 kWh

3 Liga-desliga Retorno 26,21 kWh

4 Próprio dos aparelhos Retorno 32,58 kWh

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CONCLUSÕES

• Retrofitting • Maior flexibilidade das redes sem fio• Bom resultado na rede zigbee implementada– Melhor tratamento das amostras de temperatura

• Controle liga-desliga externo apresentou menor erro de controle e menor consumo

• Em termos de conforto térmico em todo o ambiente, é necessário aumentar o número de sensores

TRABALHOS FUTUROS

• Estudo mais sistemático da diferença de consumo dos dois tipos de controle comparados

• Implementação de um protocolo de comunicação, e.g. BACNet

• Comparação com outros controladores, e.g Fuzzy, PID, Redes Neurais, etc.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq, à CAPES e à FINEP pelo apoio recebido.

http://grav.unb.br/