Controle e automação residencial com uso do PIC 18F4550

Centro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica

Priscila Pagliari Pinheiro

Controle e automação residencial com uso do PIC18F4550

Londrina28 de fevereiro de 2016

Centro de Tecnologia e UrbanismoDepartamento de Engenharia Elétrica


Controle e automação residencial com uso do PIC 18F4550

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de En-genharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina, como requisitoparcial à conclusão do Curso de Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. Dr. Aziz Elias Demian Junior


Ficha Catalográfica

Priscila Pagliari PinheiroControle e automação residencial com uso do PIC 18F4550 - Londrina, 28 de fe-vereiro de 2016 - 93 p., 30 cm.Orientador: Prof. Dr. Aziz Elias Demian Junior

I. Universidade Estadual de Londrina. Curso de Engenharia Elétirca. II. Controle eautomação residencial com uso do PIC 18F4550.


Controle e automação residencial com uso do PIC 18F4550

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado aoDepartamento de Engenharia Elétrica da Uni-versidade Estadual de Londrina, como requi-sito parcial à conclusão do Curso de EngenhariaElétrica.

Trabalho aprovado. Londrina, ____ de Fevereiro de 2016:

Prof. Dr. Aziz Elias Demian JuniorOrientador

Prof. Dr. Walter GermanovixConvidado

Prof. Dr. Leonimer Flávio de MeloConvidado


Dedico este trabalho aos meus pais, avós e irmã, Ivanilde e Pinheiro, Carmen e Belmiro,

Paola, que sempre incentivaram-me e, principalmente, a meu namorado Jean, que sempre

acreditou em mim.

Agradecimentos

Agradeço primeiramente a Deus que permitiu que tudo isso acontecesse ao longo deminha vida e não somente nestes anos como universitária, mas que em todos os momentos éo maior mestre que alguém pode conhecer. Agradeço aos meus pais que sempre mostraram ocaminho correto e nunca deixaram de incentivar os estudos e uma fornecer uma boa educação.Em especial a meu companheiro de jornada Jean, que sempre esteve a meu lado apoiando-me durante a graduação e enfrentando junto a mim todas as dificuldades encontradas, à minhaamiga Jessica, que também sempre esteve presente nos melhores e piores momentos, e à minhaamiga Érika pelas risadas durante o curso. Agradeço ao meu orientador, prof. Aziz Elias De-mian Junior, por ter aceito orientar-me nesse projeto, com seu conhecimento e ideias para podermelhor direcionar-me. Agradecimentos especiais ao prof. Walter Germanovix por sempre arru-mar um tempinho para todos os seus alunos, mesmo durante as conversas de corredor, sempreprocurando ajudar e passar seu conhecimento e, por último, à meus professores que auxiliaramno processo pedagógico que hoje resulta em todo o conhecimento adquirido por mim. À meusfamiliares e amigos mais próximos que de alguma forma durante o meu curso, ajudaram paraque hoje esse trabalho fosse concretizado.

"Eu acho que o mundo seria um lugar melhor se dessem medalhas para grandes professores,

em vez de darem apenas para os soldados que matam os inimigos na guerra". Matthew Quick

em "Perdão, Leonard Peacock"

Priscila Pagliari Pinheiro. 28 de fevereiro de 2016. 93 p. Trabalho de Conclusão de Curso em- Universidade Estadual de Londrina, Londrina.

Resumo

Automação pode ser definida como uma tecnologia que utiliza-se de comandos pré-programadospara operar um processo. Aplicado esse conceito no cotidiano doméstico temos o surgimentoda domótica, à qual a tecnologia facilita algumas tarefas habituais que antes ficariam a cargo deseus moradores. O presente trabalho pauta o desenvolvimento de um controle de acionamentoscom uso de transmissão wireless com a utilização de radiofrequência 433 MHz devido sua faci-lidade de uso. O sistema foi desenvolvido com uma interface gráfica amigável, em um display

de resolução 84x48, para que o usuário tenha facilidade de interagir com o ambiente a seu re-dor. Para o projeto foi utilizado um microcontrolador PIC18F4550, fabricado pela Microchip,responsável pelo gerenciamento de acionamentos dos ambientes desejados.Palavras-Chave: Automação Residencial. RF 433 MHz. Domótica. Display Gráfico

. 28 de fevereiro de 2016. 93 p. Monograph in - Universidade Estadual de Londrina, Londrina.

Abstract

Automation can be defined as a technology that makes use of preprogrammed commands tooperate a process. Applied this concept in the domestic daily life, we have the rise of domotic,which technology facilitates some common tasks that previously were the responsibility of itsresidents. This paper guides the development a control drive with the use of wireless transmis-sion using radio frequency 433 MHz because of its ease of use. The system was developed with afriendly graphical interface, in a 84x48 resolution display, so that the user has facility to interactwith the environment around them. For the project it was used a PIC18F4550 microcontroller,manufactured by Microchip, responsible for managing drives the desired environments.Key-words: Home Automation. 433 MHz RF. Domotic. Graphic Display

Lista de ilustrações

Figura 1 – Diagrama de Blocos do Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Figura 2 – Linguagem C e suas derivações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 3 – Interface do software MikRoC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Figura 4 – Pinagem PIC18F4550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Figura 5 – Diagrama de blocos do controlador PCD8544 . . . . . . . . . . . . . . . . 27Figura 6 – Imagem monocromática para exemplificação de conversão . . . . . . . . . 29Figura 7 – Imagem convertida em código C para uso no display 84x48 . . . . . . . . . 30Figura 8 – Tipos de Antena para Transmissão/Recepção RF . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 9 – Exemplo de sinalização OOK com mensagem unipolar . . . . . . . . . . . 33Figura 10 – Pinagem DS1302 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Figura 11 – Sistema de envio dos pacotes de informação . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Figura 12 – Fluxograma da lógica do sistema receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Figura 13 – Lógica utilizada na verificação do checksum . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Figura 14 – Lógica de funcionamento do sistema em uma instalação elétrica residencial 45Figura 15 – Circuito interno a um módulo relé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Figura 16 – PIC18F4550 no simulador Proteus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Figura 17 – LM35 no simulador Proteus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Figura 18 – Push Buttons no simulador Proteus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Figura 19 – Display no simulador Proteus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 20 – Módulos RF no simulador Proteus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Figura 21 – Simulação de Acionamentos - Situação 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Figura 22 – Simulação de Acionamentos - Situação 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Figura 23 – Simulação de Acionamentos - Situação 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Figura 24 – Planta-baixa utilizada como modelo para automação . . . . . . . . . . . . . 59Figura 25 – Lista de acionamentos da residência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Figura 26 – Inicialização do display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Figura 27 – Menu Ajuda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Figura 28 – Submenu Cozinha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Figura 29 – Submenu Lavabos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Figura 30 – Submenu Sala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Figura 31 – Submenu Quartos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Figura 32 – Submenu Garagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Figura 33 – Submenu Corredor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Figura 34 – Submenu Lavanderia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Figura 35 – Submenu Varanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Figura 36 – Submenu Alarme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Figura 37 – Submenu Configurações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Figura 38 – Submenu Sair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Figura 39 – Tela de descanso do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Figura 40 – Aspecto final da placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Figura 41 – Posição dos componentes no esquemático do circuito . . . . . . . . . . . . 69Figura 42 – Visualização 3D da placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70Figura 43 – Características da case Patola modelo PB-108/2 . . . . . . . . . . . . . . . 71Figura 44 – Modelo do controle de automação (Módulo de Transmissão) . . . . . . . . 72Figura 45 – Confecção da placa de circuito impresso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Figura 46 – Placa pronta para solda dos componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Figura 47 – Solda do soquete do microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Figura 48 – Molde para recorte da case colada sobre a superfície . . . . . . . . . . . . . 76Figura 49 – Processo de montagem da case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Figura 50 – Case com todos os componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Figura 51 – Case finalizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Figura 52 – Controle em funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Figura 53 – Antena receptora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Figura 54 – Antena receptora helicoidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Figura 55 – Teste de Acionamentos - Situação 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Figura 56 – Teste de Acionamentos - Situação 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Figura 57 – Teste de Acionamentos - Situação 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86Figura 58 – Teste de Acionamentos - Situação 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

Lista de tabelas

Tabela 1 – Comparação Entre Dispositivos Empregados na Automação Residencial . . 18Tabela 2 – Descrição da Pinagem do PIC18F4550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Tabela 3 – Descrição da Pinagem do PCD8544 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Tabela 4 – Descrição da Pinagem do DS1302 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Tabela 5 – Comandos básicos do Display Gráfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Lista de quadros

Quadro 1 – Simulação de Acionamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Quadro 2 – Teste de Acionamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Lista de abreviaturas e siglas

ABS Acrylonitrile Butadiene Styrene

AM/PM Ante Meridiem/Post Meridiem

ANSI American National Standards Institute

ASK Amplitude-Shift Keying

CI Circuito Integrado

CLP Controlador Lógico Programável

EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory

Gfk Gesellschaft für Konsumforschung

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

IR Infrared

LCD Liquid Crystal Display

LED Light Emitting Diode

NiCd Níquel-Cádmio

OOK On-Off Keying

PIC Peripheral Interface Controller

RF Radiofrequência

RTC Real-Time Clock

SRAM Static Random Acess Memory

TUE Tomada de Uso Específico

TUG Tomada de Uso Geral

USB Universal Serial Bus

Sumário

I JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS DO TRABALHO 16

1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.1 Histórico da Automação Residencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.2 Automação Residencial Hoje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.4 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.5 Objetivos Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.5.1 Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.6 Organização do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

II FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 21

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.1 Linguagem C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2 Software MikRoC Pro for PIC R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.3 Microcontrolador Microchip PIC18F4550 . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.4 Display Gráfico com Controlador PCD8544 . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4.1 Exemplo de Uso do Display Gráfico com Controlador PCD8544 . . . . . 292.5 Módulo Transmissor e Receptor de Radiofrequência em 433 MHz . . . 312.5.1 Antena para Transmissor e Receptor de Radiofrequência em 433 MHz . 322.5.2 Modulação ASK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.6 LM35 - Sensor de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.7 DS1302 - Módulo Real Time Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

III EXPERIMENTO E DESENVOLVIMENTO DO CIRCUITODE AUTOMAÇÃO 36

3 PROGRAMAÇÃO E SIMULAÇÃO NO PROTEUS . . . . . . . . . . . 373.1 Display Gráfico com Controlador PCD8544 . . . . . . . . . . . . . . . . 373.2 Bibliotecas no software MikRoC Pro for PIC R . . . . . . . . . . . . . . . 383.3 Módulo Transmissor e Receptor de Radiofrequência em 433 MHz . . . 403.3.1 Escolha do protocolo de comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.2 Desenvolvimento do sistema de comunicação . . . . . . . . . . . . . . . . 413.3.2.1 Sistema de Envio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.3.2.2 Sistema de Recepção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

SUMÁRIO 15

3.3.3 Projeto da antena receptora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.4 Simulação no Proteus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.4.1 Simulação do PIC18F4550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.4.2 Simulação do LM35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.4.3 Simulação dos Push Buttons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.4.4 Simulação do Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.4.5 Simulação do Módulo RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.4.6 Simulação dos Acionamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.5 Desenvolvimento da Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.5.1 Lista de acionamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.5.2 Interface com o usuário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.6 Roteamento da placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.7 Projeto da case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

IV RESULTADOS E CONCLUSÕES 73

4 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.1 Transmissão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.1.1 Confecção da placa de circuito impresso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.1.2 Montagem da case de transmissão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.1.3 Teste do controle de transmissão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.2 Recepção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.2.1 Antena Receptora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.2.2 Teste dos Acionamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

5 CONCLUSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.1 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.2 Sugestões para projetos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

APÊNDICE A – ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO . . . . . . . . . . . 92

Parte I

Justificativa e Objetivos do Trabalho

17

1 Introdução

1.1 Histórico da Automação Residencial

Quando analisamos a história recente vemos que a evolução tecnológica vivenciada nosúltimos três séculos teve como estopim o surgimento da máquina a vapor com a Revolução In-dustrial em 1750, Inglaterra. Outros importantes eventos históricos que devem ser consideradossão:(ENGENHARIA, 2013)

∙ 1876 - Comunicação entre dois cômodos com a utilização do telefone, por AlexanderGraham Bell;

∙ 1879 - Invenção das lâmpadas com filamento de carbono, por Thomas Alva Edson;

∙ 1888 - Transmissão de códigos pelo ar por meio de ondas de rádio, por Heinrich Hertz;

∙ 1904 - Invenção da válvula, por John Ambrose Fleming, o que permitiu o desenvolvi-mento da eletrônica no século XX;

∙ 1947 - Surgimento do transistor, que põem um fim a era das válvulas;

∙ 1977 - Lançado pela Apple o computador Apple II. Primeiro microcomputador com te-clado integrado e capacidade de gerar gráficos coloridos;

∙ 1989 - Início da era da rede de internet e da telefonia celular.

Como pode-se ver, em pouco mais de 110 anos, houve uma evolução gigantesca entreo telefone até a tecnologia celular. O mesmo ocorreu com a automação residencial, houve umsalto tecnológico entre a automação industrial que houve nos dispositivos CLPs (ControladoresLógicos Programáveis), datados da década de 60 até o surgimentos dos primeiros edifícios comautomação, na década de 80.

Com o surgimento dos primeiros módulos com protocolo X-10, década de 70, nos EUA,foi possível fazer a comunicação entre dispositivos diversos. Esse protocolo utilizava a redeelétrica como canal de comunicação entre os diversos dispositivos, o que permitia o controleremoto destes sem a alteração na infraestrutura elétrica da residência.

Um pouco adiante, década de 80, pensou-se em usar os computadores pessoais comocentral de automação, porém devido a seu elevado consumo, entre outros, foi logo descartadodando lugar para o desenvolvimento de dispositivos dedicados através da utilização de micro-processadores e microcontroladores.

Inúmeras tecnologias foram incorporadas à automação residencial ao longo dos anoscomo, por exemplo, os controles remotos programáveis infravermelho e radiofrequência. Os

Capítulo 1. Introdução 18

controles remotos infravermelho universais são capazes de interpretar diferentes protocolos uti-lizados por diferentes fabricantes. A tecnologia de radiofrequência difere da infravermelha pornão necessitar visada direta entre o controle remoto e o dispositivo controlado.

1.2 Automação Residencial Hoje

Há alguns anos era difícil imaginar uma casa automatizada, inteligente e que tornasse odia a dia mais prático e simples. O que antes só era possível em ficção científica, como acendera luz a distância, fechar as cortinas, controlar a temperatura e visualizar câmeras internas, hojeé realidade.

De acordo com a pesquisa realizada pela empresa alemã de consultoria GfK (Gesells-

chaft für Konsumforschung, atualmente Growth from Knowledge), 90% dos brasileiros já têmconsciência do que é uma casa inteligente e outros 57% acreditam que nos próximos anos, aautomação residencial terá um forte impacto em suas vidas. No entanto, o número de residên-cias que contam com tecnologias de controle ainda é pequeno: 300 mil dentre os 63 milhões delares no Brasil, segundo dados do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística).

Acredita-se que a automação residencial ganhará forças nos próximos anos, principal-mente porque as construtoras precisam oferecer imóveis diferenciados para conquistar clientesmais exigentes. O ingresso de jovens na vida adulta com possibilidade de compra também fa-vorece um cenário mais tecnológico para o mercado.

Atualmente, para obter um apartamento inteligente, um imóvel sem paredes no estiloloft, é necessário desembolsar entre R$ 500 mil e R$ 700 mil. (BRAZILIENSE, 2015)

Na tabela abaixo encontra-se o comparativo de algumas tecnologias empregadas na im-plementação da automação residencial:

Tabela 1 – Comparação Entre Dispositivos Empregados na Automação Residencial

Z-Wave ZigBee X10Ano de Criação 2001 2004 1975

Modo de Comunicação RF RF RF/Rede ElétricaComunicação em Duas Vias Sim Sim Não

Alcance de Transmissão 120m 60m 30mHabilidade de Trabalho com Repetidores Sim Sim Não

Número de Dispositivos Certificados >600 <500 >500Fonte: (WITHANAGE et al., 2014)

Visto isso, é possível explorar a automação com o emprego de novas tecnologias oumesmo a combinação entre elas, como por exemplo a utilização de sistema Android, presenteem diversos smartphones, com a tecnologia Bluetooth. No presente trabalho é explorado o em-prego e utilização de módulos de radiofrequência em 433 MHz para controle de acionamentosdiversos.


O diagrama de blocos da Fig. 14 descreve a montagem a ser realizada durante o projeto:

Figura 1 – Diagrama de Blocos do Projeto

Fonte: Elaborado pela autora

1.3 Justificativa

A motivação do trabalho deriva da necessidade de explorar novas maneiras de imple-mentar um sistema inteligente de acionamentos em uma casa, preferencialmente busca-se umsitema de baixo custo, visto que os sistemas atuais no mercado demandam um alto investimentopor parte do consumidor.

1.4 Motivação

Tem-se por motivação deste trabalho o desejo de obter experiência no desenvolvimentode um projeto de automação residencial, desde a programação da interface até a montagem deuma case onde está localizado o circuito de transmissão responsável pelos acionamentos.

1.5 Objetivos Gerais

O objetivo geral do presente trabalho é desenvolver um sistema de automação residen-cial capaz de controlar diversos acionamentos de lâmpadas e equipamentos (on/off) de determi-nados ambientes.

O trabalho visa o baixo custo do protótipo final de modo a ser acessível para implemen-tação do usuário.

1.5.1 Objetivos Específicos

Para os objetivos específicos:

∙ Desenvolver o projeto com a utilização do PIC 18F4550;


∙ Utilização de um visor gráfico para interface com o usuário;

∙ Utilização de um módulo de transmissão RF (Radiofrequência) em 433 MHz para comu-nicação com os dispositivos a serem acionados;

∙ Desenvolvimento de um menu interativo para fácil manuseio do usuário;

∙ Desenvolver a rotina de acionamentos;

∙ Minimizar o custo do circuito;

∙ Realizar simulações;

∙ Realizar testes em bancada;

∙ Montagem do protótipo final.

1.6 Organização do Trabalho

Para a organização do trabalho:

1. Capítulo 1: Problematização, justificativa e uma das possíveis soluções para o problemaapresentado. Definição dos objetivos gerais a ser alcançados no decorrer do projeto.

2. Capítulo 2: Descrição e fundamentação detalhada dos componentes essenciais utilizadosna montagem do projeto.

3. Capítulo 3: Descrição do processo de desenvolvimento, apresentação de métodos da mon-tagem do circuito, hardware e simulações realizadas, além de todos os equipamentos e aestruturação dos softwares.

4. Capítulo 4: Apresentação dos resultados e aplicação do sistema desenvolvido.

5. Capítulo 5: Finalização do trabalho, apresentação da conclusão, aplicação e indicaçõespara possíveis trabalhos futuros à serem implementados.

Parte II

Fundamentação Teórica

22

2 Fundamentação Teórica

2.1 Linguagem C

Segundo (PEREIRA, 2003, p. 18), a utilização da linguagem C para a programaçãode microcontroladores PIC (Peripheral Interface Controller) é uma escolha natural pois, atual-mente, a maioria dos microcontroladores disponíveis no mercado contam com compiladores delinguagem C para o desenvolvimento de softwares.

A linguagem C é uma das mais bem sucedidas linguagens de alto nível já criadas e éconsiderada uma das linguagens de programação mais utilizadas de todos os tempos. A lingua-gem de alto nível é aquela que está relativamente próxima da linguagem humana, diferente docódigo de máquina.

A linguagem C surgiu em 1972 nos laboratórios AT&T Bell por Dennis Ritchie. Pos-teriormente Ritchie, com co-autoria de Brian Kernighan, lança o livro The C Programming

Language que serviu de tutorial da programação em C. Finalmente em 1989 a linguagem foipadronizada pela ANSI (American National Standards Institute).

Para (BACKES, 2013), a linguagem C influenciou, direta ou indiretamente, muitas lin-guagens desenvolvidas posteriormente, como C++, Java, C♯ e PHP. A Fig. 2 mostra uma brevehistória da evolução da linguagem C e de sua influência no desenvolvimento de outras lingua-gens de programação.

Capítulo 2. Fundamentação Teórica 23

Figura 2 – Linguagem C e suas derivações

Fonte: (BACKES, 2013, p. 3)


2.2 Software MikRoC Pro for PIC R

O MikroC PRO for PIC é um software da Microelektronika de programação para dis-positivos PIC da Microchip R. Dispõe de várias bibliotecas de hardware e software além deferramentas adicionais e exemplos de códigos que facilitam seu uso. (MIKROC, 2015)

Algumas bibliotecas do software utilizadas ao longo do desenvolvimento do projeto sãocitadas abaixo:

∙ Button library: Essa biblioteca fornece rotinas para detectar quando um botão é pressio-nado e é também utilizada na eliminação de ruídos provenientes do contato (debouncing)

∙ EEPROM library: Biblioteca para execução de leitura/escrita em determinado endereço

∙ UART library: Biblioteca utilizada para comunicação com outros dispositivos através doprotocolo RS-232

∙ PWM library: Utilizada para modificar a frequência de trabalho desejada

O software também foi escolhido pela facilidade de edição do projeto como escolha doPIC, frequência, entre outros. A Fig. 3 mostra a interface do programa.

Figura 3 – Interface do software MikRoC

Fonte: Print Screen do software MikRoC

Esse programa é compatível com os microcontroladores Microchip R famílias 12, 16,18 e 32.


2.3 Microcontrolador Microchip PIC18F4550

O microcontrolador PIC 18F4550 é ideal para utilização em projetos de baixa potênciae aplicações que necessitem das conexões I2CTM, SPITM, UART. Esse microcontrolador possui13 canais A/D, e entradas I/O PORT’s, para conexões com periféricos, subdivididas entre A, B,C, D e E.

Por muitas razões práticas, vários pinos I/O possuem duas ou três funções e, se confi-gurada para uma função, não poderá ser usada como pino de entrada/saída, por exemplo.

A Fig. 16 mostra a pinagem do PIC e a tabela 2 descreve, brevemente, as característicasde cada um.

Figura 4 – Pinagem PIC18F4550

Fonte: (MICROCHIP, 2009)


Tabela 2 – Descrição da Pinagem do PIC18F4550

PINO Nome Tipo Função1 MCLR/VPP In-In Reset externo e programação CSP2 RA0/AN0 I/O e input A/D I/O digital e entrada AD03 RA1/AN1 I/O e input A/D I/O digital e entrada AD14 RA2/AN2/Vref- I/O e input A/D I/O digital e entrada AD25 RA3/AN3/Vref+ I/O e input A/D I/O digital e entrada AD3 e referência alta do A/D6 RA4/TOCKI I/O e input TMR0 I/O digital e entrada TMR07 RA5/AN4/SS/LVDIN I/O e Inputs I/O digital, entrada do AD4, entrada do SPI e Detector de LV8 RE0/RD/AN5 Fonte I/O digital, Leitura da Porta Paralela e entrada do AD59 RE1/WR/AN6 Fonte I/O digital, Escrita da Porta Paralela e entrada do AD6

10 RE2/CS/AN7 Fonte I/O digital, Seleção da Porta Paralela e entrada do AD711 VCC Fonte Positivo da Fonte de Alimentação12 GND Fonte Negativo da Fonte de Alimentação13 OSC1/CLK1 Input Entrada do Cristal e entrada do Clock externo14 OSC2/CLK2/RA6 I/O e Inputs I/O digital, Saída do Cristal e saída do Clock externo15 RC0/T10S0/T1CK1 I/O Out e In I/O digital, saída do 2 oscilador e entrada do contador externo Timer1/Timer316 RC1/T10S1/CPP2 I/O In e Out I/O digital, entrada do 2 oscilador e saída do Módulo CCP217 RC2/CCP1 I/O e Out I/O digital e saída do Módulo CCP118 RC3/SCK/SCL I/O, I/O e I/O I/O digital, in e out do Clock serial para modo SPI e in/out do Clock serial para modo I2C19 RD0/PSP0 I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela20 RD1/PSP1 I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela21 RD2/PSP2 I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela22 RD3/PSP3 I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela23 RC4 / SDI / SDA I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela24 RC5 / SD0 I/O e I/O I/O digital e saída de dados SPI25 RC6 / TX / CK I/O e I/O I/O digital, Transmissão UART e Clock de sincronismo UART26 RC7 / RX / DT I/O e I/O I/O digital, Recepção UART e Dados do UART27 RD4 / PSP4 I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela28 RD5 / PSP5 I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela29 RD6 / PSP6 I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela30 RD7 / PSP7 I/O e I/O I/O digital e Porta de Comunicação Paralela31 GND Fonte Negativo da Fonte de Alimentação32 VCC Fonte Positivo da Fonte de Alimentação33 RD0 / INT0 I/O e In I/O digital e entrada de Interrupção Externa 034 RD0 / INT1 I/O e In I/O digital e entrada de Interrupção Externa 135 RD0 / INT2 I/O e In I/O digital e entrada de Interrupção Externa 236 RB3 / CCP2 I/O e I/O I/O digital Módulo CCP237 RB4 I/O e In I/O digital e entrada de Interrupção por Mudança de Estado38 RB5 / PGM I/O e In I/O digital, Interrupção por Mudança de Estado e Habilita ICSP baixa tensão39 RB6 / PGC I/O e In I/O digital, Interrupção por Mudança de Estado e ICSP in-circuit Debuger40 RB7 / PGD I/O e In I/O digital, Interrupção por Mudança de Estado e ICSP in-circuit Debuger

Fonte: (MICROCHIP, 2009)


2.4 Display Gráfico com Controlador PCD8544

O PCD8544 é um controlador/driver de baixa potência para o display gráfico de 48 li-nhas e 84 colunas. Todas as funções necessárias para o funcionamento do display são fornecidaspor um único chip, isso inclui o fornecimento de tensão para o LCD (Liquid Crystal Display)resultando no mínimo de componentes externos necessários e na baixa potência de consumo.O interfacemamento do PCD8544 com o microcontrolador é feito através de uma interfaceserial.(SEMICONDUCTOR, 1999)

A Fig. 5 mostra o diagrama de blocos do controlador e a tabela 3 descreve os pinosmostrados no diagrama.

Figura 5 – Diagrama de blocos do controlador PCD8544

Fonte: (SEMICONDUCTOR, 1999)


Tabela 3 – Descrição da Pinagem do PCD8544

Nome Função𝑅0 a 𝑅47 Saída do driver para as linhas do LCD𝐶0 a 𝐶83 Saída do driver para as colunas do LCD𝑉𝑆𝑆1, 𝑉𝑆𝑆2 Referência 0V𝑉𝐷𝐷1, 𝑉𝐷𝐷2 Alimentação𝑉𝐿𝐶𝐷1, 𝑉𝐿𝐶𝐷2 Alimentação do LCD

𝑇1 Teste 1 - Entrada𝑇2 Teste 2 - Saída𝑇3 Teste 3 - Entrada/Saída𝑇4 Teste 4 - Entrada

𝑆𝐷𝐼𝑁 Entrada de dados serial𝑆𝐶𝐿𝐾 Entrada declock serial𝐷/𝐶 Dados/𝐶𝑜𝑚𝑎𝑛𝑑𝑜

𝑆𝐶𝐸 Habilitar chip𝑂𝑆𝐶 Oscilador𝑅𝐸𝑆 Entrada do reset externo

𝑑𝑢𝑚𝑚𝑦1,2,3,4 Não conectadoFonte: (SEMICONDUCTOR, 1999)


2.4.1 Exemplo de Uso do Display Gráfico com Controlador PCD8544

O controlador PCD8544 foi largamente utilizado nos displays dos celulares Nokia mo-delos 5110 e 3310. Com a vasta escala de utilização desse controlador em displays 84x48 exem-plos de uso são facilmente encontrados.

Exemplo disso é o software MikRoC Pro for PIC R que possui uma ferramenta quepode ser inicializada seguindo TOOLS → GLCD BITMAP EDITOR → Nokia 3310 queconverte imagens monocromáticas no formato bitmap para uma matriz 84x48. Essa ferramentafacilita a declaração de imagens para ser usada na programação visto que necessita ser feitaponto-a-ponto.

A Fig. 6 é uma imagem monocromática usada para conversão com o uso da ferramentadiponível no software MikRoC.

Figura 6 – Imagem monocromática para exemplificação de conversão


A Fig.7 mostra o código da conversão realizada pelo software:


Figura 7 – Imagem convertida em código C para uso no display 84x48

Fonte: Print Screen do código gerado pelo software MikRoC

Mesmo com a utilização da ferramenta de conversão, os comandos de desenhos sãolimitados visto que o software não possui bibliotecas que facilitam o desenho de retângulos,círculos e linhas para esse controlador. Ao programador, cabe desenvolver funções adicionaisque façam gráficos mais complexos e não somente a programação de pixels ponto-a-ponto comomostrada.


2.5 Módulo Transmissor e Receptor de Radiofrequência em433 MHz

Os módulos transmissor e receptor de RF tem as mais variadas aplicações como trans-missão de dados wireless, controle remoto para portão, chaves de carro e, nesse caso, automa-ção residencial. Esse módulo opera na frequência 433,92 MHz com um erro de ± 0,25 MHz.(ELECTRONICS, 2010; ELECTRONICS, 2008)

As principais especificações desses módulos são:

∙ Modulação: ASK (Amplitude-Shift Keying);

∙ Alimentação: 3-12V 𝑇𝑥 e 5V 𝑅𝑥;

∙ Seletividade 𝑅𝑥: -108 dBm;

∙ Potência 𝑇𝑥: 14 dBm;

∙ Temperatura de operação: entre -20𝑜𝐶 a +85𝑜𝐶;

∙ Corrente: 8mA 𝑇𝑥 e 2,2mA 𝑅𝑥;

∙ Alcance (área aberta): 350m (12V), 230m (5V) e 160m (3V);

∙ Alcance (área interna): 40m a 110m.

Para um melhor funcionamento do módulo transmissor e receptor é recomendável o usode antena no projeto.


2.5.1 Antena para Transmissor e Receptor de Radiofrequência em 433MHz

Se um equipamento ocupa uma faixa de frequência mais elevada no espectro, significaque o comprimento de onda diminue e, com isso, a dimensão da antena utilizada. Na frequênciade trabalho utilizada recomenda-se, a princípio, três tipos de antena como visto na Fig. 8.

Figura 8 – Tipos de Antena para Transmissão/Recepção RF

Fonte: (MIKRO, 2015)

Segue uma breve descrição das antenas apresentadas:

∙ Helicoidal: basicamente a antena helicoidal tem forma de uma solenóide. Essa antena éconectada em um extremo ao módulo e seu outro extremo, aberto. A principal vantagemdessa antena é sua reduzida dimensão porém não pode ser posicionada próxima a condu-tores. Essa antena limita-se a recepção e transmissão em uma estreita faixa de frequênciapois pequenas alterações em suas características de construção alteram completamentesua faixa de frequência. (ELETRONICO, 2013a; ELETRONICO, 2013b)

∙ Impressa: essa antena possui o formato de um laço impressa diretamente na placa. Suasvantagens são baixo custo de fabricação, flexibilidade no ângulo de radiação, ganho e po-larização. Porém, como a antena helicoidal, também apresenta pequena largura de bandae baixo rendimento. (IBYTES, 2015a)

∙ Monopolo: Utilizada em uma vasta faixa de frequências é principalmente empregada de-vido a seu padrão de radiação omnidirecional, ou seja, não necessita ser orientada paramanter os sinais constantes quando há mudança em seu posicionamento. Esse antenaprecisa obrigatoriamente ter um plano de terra, pois é do plano de terra que deriva suapolarização. (IBYTES, 2015b)


2.5.2 Modulação ASK

Modulação via chaveamento da portadora senoidal (liga-desliga) utilizando um sinalbinário unipolar, como mostra a Fig. 9. (ABRAO, 2015)

Figura 9 – Exemplo de sinalização OOK com mensagem unipolar

Fonte: (ABRAO, 2015)

O sinal OOK (On-Off Keying) é idêntico à modulação AM/DSB-SC tendo como mo-dulante um sinal unipolar binário. Um exemplo é a transmissão via rádio de código morse.OOK é a técnica de modulação pioneira, curiosamente, precedeu os sistemas de comunicaçãoanalógicos.

Ela é indicada em situações onde exista pouco ruído interferindo na recepção do sinal,ou quando o custo baixo é essencial para o projeto. Exemplos de aplicação são:

∙ Transmissão via fibras ópticas;

∙ Transmissão de dados em infravermelho;

∙ Controles remotos por radiofrequência e por infravermelho.

A banda mínima necessária para a transmissão de informação varia do resultado entrea diferença da frequência da portadora e do sinal de informação até a soma entre a frequênciafundamental da portadora com a frequência do sinal de informação.


2.6 LM35 - Sensor de Temperatura

O LM35 é uma série de CI’s (Circuito Integrado) sensor de temperatura a qual a saídaem Volts é linearmente proporcional a temperatura em graus Celsius. O LM35 possui uma van-tagem sobre os sensores calibrados em Kelvin pois não necessita a subtração de uma constantede tensão na saída para obter a escala centígrada. O LM35 não precisa de qualquer calibraçãoexterna para fornecer uma acurácia de±1/4𝑜𝐶 em temperatura ambiente e±3/4𝑜𝐶 na faixa de−55 a +150𝑜𝐶.

Como o LM35 necessita de apenas 60𝜇A para seu correto funcionamento, a perda poraquecimento para o ambiente é menor que 0, 1𝑜𝐶. Suas principais características são (SEMI-CONDUCTOR, 2000):

∙ Calibração direta em graus Celsius;

∙ Fator de escala linear +10, 0𝑚𝑉/𝑜𝐶;

∙ Acurácia de 0, 5𝑜𝐶 em 25𝑜𝐶;

∙ Faixa de medição entre −55𝑜𝐶 a +150𝑜𝐶;

∙ Baixo custo devido processo de fabricação;

∙ Opera entre 4 e 30V;

∙ Corrente menor que 60𝜇A para funcionamento;

∙ Baixa perda de potência para o ambiente;

∙ Baixa impedância de saída, 0,1Ω para 0,1mA.


2.7 DS1302 - Módulo Real Time Clock

O chip DS1302 contém um relógio/calendário em tempo real e 31 bytes de SRAM (Static

Random Access Memory). O chip comunica-se com o microprocessador com uma interfaceserial simples. O RTC (Real-Time Clock) fornece os segundos, minutos, horas, dia, data, mês eano. No fim do mês a data é automaticamente ajustada para meses com menos de 31 dias atéo ano 2100, isso inclui a correção para os anos bissextos. O relógio opera tanto no formato 24horas quanto no modo 12 horas com indicador AM/PM (Ante Meridiem/Post Meridiem).

Interfacear o DS1302 com o microprocessador é muito simples com o uso de comuni-cação serial síncrona e só requer três ligações (CE, I/O, SCLK). O DS1302 foi projetado paraoperar em baixas potências e reter dados de data e hora com menos de 1𝜇W.

A Fig. 10 mostra a pinagem do chip DS1302 e a tabela 4 descreve suas funções.

Figura 10 – Pinagem DS1302

Fonte: (INTEGRATED, 2015)

Tabela 4 – Descrição da Pinagem do DS1302

PINO Nome Função1 𝑉𝐶𝐶2 Fonte primária na configuração dual de alimentação. Quando 𝑉𝐶𝐶2 > (𝑉𝐶𝐶1 + 0.2𝑉 ), 𝑉𝐶𝐶2 alimenta o DS13022 𝑋1 Conexão para o cristal de Quartzo de 32.768KHz3 𝑋2 Conexão para o cristal de Quartzo de 32.768KHz4 𝐺𝑁𝐷 Referência 0V do DS13025 𝐶𝐸 Entrada. Deve ser mantido em alto durante a leitura ou escrita6 𝐼/𝑂 Pino de dados bidirecional para a interface com 3 ligações7 𝑆𝐶𝐿𝐾 Entrada. SCLK é usado para sincronizar os dados na interface serial8 𝑉𝐶𝐶1 Alimentado com baterial para manter os dados

Fonte: (INTEGRATED, 2015)

Parte III

Experimento e Desenvolvimento doCircuito de Automação

37

3 Programação e Simulação

3.1 Display Gráfico com Controlador PCD8544

O primeiro passo após a escolha do projeto a ser desenvolvido foi a seleção de umdisplay para interface com o usuário. Visto o objetivo de implementar um projeto de baixocusto os displays touchscreen não foram cogitados. Dentre várias opções de display gráficoforam encontradas algumas opções viáveis:

∙ Display 16x02: usualmente fabricado com o controlador/driver HD44780 é um display

que adapta-se ao mais diversos projetos, sendo eles feitos em PIC, Arduíno, Raspberry,entre outros. Possui 16 pinos para conexão sendo eles distribuídos entre comunicação,alimentação, backlight e contraste. Tem baixo custo e pode ser encontrado em diversascores porém limita-se a 32 caracteres alfa numéricos;

∙ Display 20x04: possui as mesmas características do display 16x02 com a diferença queeste apresenta limitação de 80 caracteres alfa numéricos;

∙ Display 84x48: largamente utilizado pela Nokia em seus aparelhos celulares modelos5110 e 3310. Possui 8 pinos de conexão, o que diminue a quantidade de pinos necessáriospara a comunicação com o microprocessador.

∙ Display 128x64: pode ser encontrado com o controlador/driver KS0108 que é somentecompatível com a resolução 128x64. Possui 20 pinos de conexão incluso a comunicaçãoparalela.

Apresentadas algumas características, a escolha deu-se pelo display 84x48 por diversosfatores, dentre eles o custo, dimensões e o fato de o projeto não necessitar de uma resoluçãomaior do que esta.

Capítulo 3. Programação e Simulação no Proteus 38

3.2 Bibliotecas no software MikRoC Pro for PIC R

Ao inicializar o software MikRoC Pro for PIC R é seguido os seguintes passos:

New→ New Project→ Device Name: PIC18F4550→ Device Clock: 8MHz;

Ao realizar esses passos é possível adicionar bibliotecas existentes, mas visto que o dis-

play escolhido não possui bibliotecas disponibilizadas no software, foi necessário o desenvolvi-mento de algumas ao longo do projeto para facilidade de programação. Dentre elas encontram-se:

∙ Declarações: inclui a pinagem do LCD e botões no PIC, definições dos ambientes aserem acionados, estado das portas (ligado/desligado), definições do alarme, endereçosna EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) do PIC;

∙ Tela: definições do LCD utilizado como funções de escrita de caracteres, inicialização,contraste;

∙ Imagens: contém todas as matrizes de imagens utilizadas no projeto.

Algumas das funções recorrentes na programação do display são listadas na tabela 5:

Tabela 5 – Comandos básicos do Display Gráfico

Nome Comando FunçãoInicia_Tela_Nokia void Inicia_Tela_Nokia() Inicializa o LCD

Posicao void posicao(y,x) Posiciona na coluna y e linha xImagem void imagem(desenho) Insere o código da imagem

Priscila_escreve void Priscila_escreve(y,x,texto,cor) Posiciona o texto na coluna y e linha x

O acionamento do display e dos botões contida na biblioteca encontra-se a seguir:


/* Pinagem da T e l i n h a LCD * /

s b i t Nokia_Clk a t RD7_Bit ;s b i t Nokia_Data a t RD6_Bit ;s b i t Nokia_DC a t RD5_Bit ;s b i t Nokia_RST a t RD4_Bit ;s b i t Nokia_SCE a t RD3_Bit ;s b i t N o k i a _ C l k _ D i r e c t i o n a t TRISD7_Bit ;s b i t N o k i a _ D a t a _ D i r e c t i o n a t TRISD6_Bit ;s b i t Nokia_DC_Direc t ion a t TRISD5_Bit ;s b i t Nokia_RST_Direc t ion a t TRISD4_Bit ;s b i t Nokia_SCE_Direc t ion a t TRISD3_Bit ;

/* Pino dos B o t oes * /

s b i t key_cima a t PORTB . B0 ;s b i t key_ba ixo a t PORTB . B1 ;s b i t k e y _ e s q u e r d a a t PORTB . B2 ;s b i t k e y _ d i r e i t a a t PORTB . B3 ;s b i t key_ok a t PORTB . B4 ;

Com a correta configuração dos pinos do LCD a serem utilizados na comunicação como microcontrolador, ao utilizarmos o comando Inicia_Tela_Nokia o display estará pronto parareceber os demais comandos.


3.3 Módulo Transmissor e Receptor de Radiofrequência em433 MHz

3.3.1 Escolha do protocolo de comunicação

Com a intenção de fazer o controle dos estados da casa sem fio, foi escolhido dentrealgumas opções aquela que achou-se um viável custo benefício. Tendo em vista o projeto deacionamento em baixo custo foram separados alguns componentes que poderiam cumprir essafunção, os escolhidos foram:

1. Módulo Bluetooth HC-SR05/SR06;

∙ O primeiro método analisado foi acionamento via Bluetooth, porém, esse compo-nente não satisfaria todas as condições visto que ele possui um baixo alcance, deaté 10 metros em ambiente fechado, e também suporta apenas um usuário por vez.Apesar dessa comunicação possuir malha fechada, isto é, capacidade de responderse a informação chegou ao seu destino com sucesso, um dos fatores cruciais queeliminou a escolha desse protocolo de comunicação é a necessidade de pareamentocom o receptor. Caso haja mais de um sistema de controle na casa, nesse caso, maisde um usuário, se este por sua vez não se desconectasse do receptor no final de cadauso os demais usuários ficariam impedidos de parear com o receptor visto que já háum pareamento ativo.

2. LED Emissor/Receptor Infravermelho;

∙ Tendo em vista o baixo custo e a facilidade de programação, um dos itens cogitadosfoi a transmissão via infravermelho, porém este também não iria ser aceitável nosistema de automação residencial pois essa comunicação possui baixíssimo alcance,e apenas uma barreira é o suficiente para fazer com que o receptor deixe de receberos dados do sistema transmissor.

3. Módulo Xbee/Zigbee;

∙ Um dos componentes com protocolos wireless mais robustos existentes no mer-cado, o sistema de comunicação via Xbee/Zigbee não deixa nada a desejar, possuium ótimo alcance em meio aberto ou fechado, possui diversos modelos, alguns atécom acoplamento próprio para antenas caso necessite de um ganho na recepção outransmissão. O fator principal que excluiu o Xbee/Zigbee como protocolo a ser uti-lizado foi o preço. Apesar dele oferecer inúmeras vantagens, introduzi-lo no sistemadeixaria o projeto encarecido.


4. Módulo de Radiofrequência 433 MHz;

∙ O módulo de radiofrequência, dentre todos analisados, foi o escolhido. Além deser um componente encontrado facilmente no mercado, é um componente de bai-xíssimo custo. Esse módulo possui um alcance de até 160 metros em área aberta ealcance de 40m à 110m em área interna. Apesar de ser uma comunicação simplex,isto é, somente envia ou somente recebe, é considerado viável sua utilização no pro-jeto, isso graças ao grande alcance de sua comunicação quando acoplado a devidaantena receptora. Outra grande vantagem é que o módulo receptor está sempre aptoà receber sinais, seja de um ou de mais usuários, com isso é necessário a criação deuma codificação pessoal com checksum para saber se os dados que o receptor rece-beu realmente é oriundo do módulo transmissor já que a comunicação RF 433MHz

é muito comum em alarmes veiculares e portões de garagens. Outra preocupaçãoque atentou-se foi de que como ele aceita mais de um usuário, acredita-se que nãoseria capaz de um transmissor interferir no outro, sabendo que o tempo de processa-mento é muito rápido e cada sinal do transmissor não se trata de uma varredura emfrequência, e sim apenas um pulso em um dado instante.

3.3.2 Desenvolvimento do sistema de comunicação

3.3.2.1 Sistema de Envio

Como já era conhecida, a lógica de programação adotada para o controle transmissor de-veria ser focada no reconhecimento da informação enviada sem grandes perdas ou interferênciade forma que a mensagem chegasse correta a ser compreendida no sistema receptor.

Com esses ideiais em mente, primeiramente foi projetado o envio, seguindo o seguinteraciocínio como mostra a Fig. 11:

Figura 11 – Sistema de envio dos pacotes de informação


Então as células foram separadas da seguinte maneira:

∙ Start - S:

A célula S é responsável pelo envio de 1 byte na qual tem a finalidade de acionar a inter-rupção externa presente no sistema receptor, isto é, é enviado um sinal para "acordar"a recepçãoe desencadear o sistema de leitura. Para garantir que não haja quaisquer erro nessa detecção,esse byte tem a única finalidade de sinalizar, sendo descartado logo depois de detectado.


∙ Cômodo - C:

A célula C representa o byte do cômodo ou ambiente. Com isso é possível fazer sub-divisões sem precisar ficar enumerando vários acionamentos, uma grande importância de criarsubdvisões entre cada cômodo da casa é a organização da lógica do código, que através desse,faz com que o microcontrolador possa percorrer e listar somente o ambiente desejado.

Na programação é rotineiro utilizar um caracter para facilitar a visualização, como porexemplo na função de envio de informação:

/* Chamada da fun ca o de e n v i o * /

RF_Enviar ( unsigned char Ambiente , unsigned char Acionamento ) ;

Para o envio de acionamento na cozinha, poderia ser escrito da seguinte forma:

/* Enviando comando do comodo c o z i n h a * /

RF_Enviar ( "C" , 5 ) ;

Sendo C o caracter responsável pela cozinha, e 5 o respectivo acionamento dentro desteambiente. Durante a realização do código, foi comum se colocar os bytes como a primeira letrade cada ambiente, sendo C de cozinha, S de sala, G de garagem, e assim por diante.

Nota-se que o Start da transmissão não é solicitado na função, uma vez que ele é sempreenviado com quaisquer acionamentos que se deseja.

∙ Acionamento - A:

Esse byte representa o acionamento a ser realizado em determinado ambiente, sendoque normalmente são listados de 0 a 15, trazendo a informação de ON ou OFF de determinadoaparelho ou TUG (Tomada de Uso Geral), presente nesse cômodo.


3.3.2.2 Sistema de Recepção

Com o sistema de envio pronto, foi adotado os seguinte método de análise e requisiçãode dados pelo sistema receptor, como mostra o fluxograma da Fig. 12.

Figura 12 – Fluxograma da lógica do sistema receptor


Ao iniciar, rapidamente todos os LED’s (Light Emitting Diode) são testados, isso faza validação de que todos os pinos utilizados do microcontrolador estarão em pleno funciona-mento.


Logo em seguida o sistema entrará em standby deixando de executar suas principaisfunções e apenas ficará monitorando um único pino, este pino que estará sendo monitorado éo pino 𝑅𝑥 da comunicação serial, pois o microcontrolador a todo momento estará aguardandouma interrupção externa.

Uma vez recebida a interrupção externa, será dado início ao processo de leitura da serial,assim irá aguardar o byte do ambiente, byte do acionamento e o byte do checksum. Para o byte

do checksum foi realizado a soma do byte de ambiente com o byte de acionamento e comparadocom o valor do checksum, como segue a Fig. 13:

Figura 13 – Lógica utilizada na verificação do checksum


É importante notar no sistema que a soma do byte de ambiente com o byte de aciona-mento nunca excederá o total de um único byte.

Desde que o checksum esteja correto, o sistema irá executar os dados recebidos, ele iráentrar em um loop de verificação das informações, sendo primeiro a verificação do ambiente,logo em seguida, qual acionamento a ser executado.

Em uma instalação elétrica residencial, após receber a informação do acionamento de-sejado, o sistema funcionará conforme mostrado na Fig. 14.


Figura 14 – Lógica de funcionamento do sistema em uma instalação elétrica residencial


O sistema receptor por si é instalado junto ao quadro geral de distribuição e, junto aele, encontra-se um microcontrolador responsável pelo monitoramento dos interruptores da re-sidência. Esse microcontrolador acoplado junto ao sistema de recepção irá enviar os mesmoscomandos que o transmissor envia para o receptor, desta forma, a recepção saberá como tratarambos os dados, sejam oriundos do controle RF ou dos interruptores pressionados.

A vantagem de se adiconar um microcontrolador que monitora os interruptores, é que aresidência inteira estará ligada em "paralelo"com o controle transmissor, isso evita que necessiteum sistema receptor em cada cômodo, assim um único receptor é necessário para todos osambientes, evitando gastos adicionais, adição de vários dispositivos espalhados e maior custo-benefício para o usuário final.

Nota-se, ao passar os fios pelos conduítes até os interruptores, é extremamente recomen-dado que sejam cabos blindados, uma vez que o diferencial de tensão existente entre as TUG’s,TUE’s (Tomada de Uso Específico), e interruptores, podem extinguir o sinal de passagem entremicrocontrolador e interruptor.

Após um comando recebido e executado pelo sistema de recepção, este irá enviar um


sinal alto para o módulo relé, que permutará entre os canais No (Normalmente aberto) e Nc(Normalmente fechado) curtando a junção do pino comum, com a fase da residência, comoclaramente é observado na Fig. 14.

É importante notar que foi utilizado um módulo relé ao invés de um relé convencional,pois este por sua vez torna-se mais versátil em instalações residenciais, uma vez que não pre-cisaria uma placa com quantidades limitadas, assim possibilitando a criação de dois ou maisacionamentos com apenas um comando, caso deseje o usuário final. Este módulo pode ser,facilmente, montado conforme a Fig. 15.

Figura 15 – Circuito interno a um módulo relé


O esquema mostrado é muito utilizado comercialmente, sendo um circuito simples erobusto na realização de acionamentos que envolvem tensões acima de 12 𝑉𝐷𝐶 comandadospor microcontroladores.


3.3.3 Projeto da antena receptora

A antena é primordial em qualquer comunicação realizada por radiofrequência, dessemodo é necessário o projeto de uma antena para o módulo de recepção para que a transmissãode dados seja feita de maneira efetiva.

Inicialmente, é necessário saber o comprimento de onda de transmissão para que a an-tena seja projetada, o que é dado por:

𝜆 =𝑐

𝑓(3.1)

𝜆 = Comprimento da onda transmitida𝑐 = Velocidade da Luz no vácuo𝑓 = Frequência de transmissão

Temos dois dados necessário, 𝑐 = 8 × 108 𝑚/𝑠 e 𝑓 = 433, 92 𝑀𝐻𝑧, substituindo em(3.1):

𝜆 =8× 108

433, 92× 106= 0.6913 𝑚 (3.2)

Usualmente, pode-se utilizar antenas com 1/4 do comprimento de onda calculado:

𝜆

4= 0, 1728 𝑚 (3.3)

Pelos cálculos mostrados têm-se que o comprimento mínimo de uma antena para afrequência trabalhada é 0,17 m, porém, essa dimensão pode ser reduzida com a utilização deuma antena helicoidal. Não obstante, ao trabalhar com a antena helicoidal, deve-se considerarque ela não pode ser posicionada próxima a condutores e, também, limita-se a funcionar emuma estreita faixa de frequência devido suas características de construção.


3.4 Simulação no Proteus

Com a utilização do software Proteus que agrega simulação e design de circuitos foipossível realizar os testes iniciais da programação. O arquivo .hex gerado pelo MikRoC podeser testado no Proteus carregando-o diretamente no componente a ser simulado, no caso, o PIC.

Os principais componentes utilizados na montagem do esquemático são listados a se-guir:

∙ Display Nokia 3310: Esse componente não é encontrado para simulação de modo queé necessário o seu download e instalação na biblioteca do Proteus. O modelo utilizadono Proteus pode ser encontrado no site Microcontrolandos1. Após a correta instalação,pode-se selecioná-lo seguindo Component Mode→ Pick Devices→ NOKIA3310.

∙ LM35: Encontrado em Component Mode→ Pick Devices→ LM35.

∙ PIC 18F4550: Encontrado em Component Mode→ Pick Devices→ 18F4550.

∙ Push Buttons: Component Mode→ Pick Devices→ Button.

∙ Módulo RF: Do mesmo modo que o display, o módulo RF não é encontrado diretamenteno simulador de modo que é necessário fazer seu download e instalação. O modelo utili-zado encontra-se, também, no site Microcontrolandos2. Após instalado, pode-se encontra-lo seguindo Component Mode→ Pick Devices→Modulo RX e Component Mode→Pick Devices→Modulo TX.

Componentes como resistores, capacitores, cristais e LED’s foram adicionados con-forme a necessidade durante as simulações realizadas.

1 http://microcontrolandos.blogspot.com.br/2013/05/pic-nokia-3310.html2 https://microcontrolandos.blogspot.com.br/2013/10/pic-modulo-rf.html


3.4.1 Simulação do PIC18F4550

A Fig. 16 mostra o PIC no simulador Proteus:

Figura 16 – PIC18F4550 no simulador Proteus

Fonte: Print screen do software Proteus

Para correto funcionamento do componente, o pino 1 (𝑀𝐶𝐿𝑅) é ativado em nível ló-gico baixo, de modo que quando essa porta é alimentada com a mesma tensão do circuito, estarádesativada.

O valor do cristal oscilador utilizado no projeto é de 8 Mhz ligado aos pinos 13 e 14,porém para simulação não é necessário adiocioná-lo bastando configurar o dispositivo pelopróprio simulador como segue:

Edit Properties→ Processor Clock Frequency→ 8MHz


3.4.2 Simulação do LM35

A Fig. 17 mostra o sensor de temperatura no Proteus:

Figura 17 – LM35 no simulador Proteus


Para simulação, o valor da temperatura desejada pode ser setada no próprio Proteus uti-lizando as setas ↑ e ↓ presentes no componente. No entanto, para que o PIC leia o sinal analógicoda temperatura é necessário passá-lo pelo conversor analógico/digital e fazer o equacionamentoda conversão tensão↔ graus Celsius da seguinte maneira:

∙ Conversor A/D: Resolução de 10 bits⇒ (210 − 1)⇒ 1023 leituras possíveis

∙ Escala sensor: +10𝑚𝑉/𝑜𝐶

Se 10 mV ↔ 1 𝑜𝐶, pode-se fazer uma relação com a tensão de alimentação do PIC e aresolução do A/D:

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎(𝑜𝐶) =𝑇𝑒𝑛𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎ç𝑜× 𝐿𝑒𝑖𝑡𝑢𝑟𝑎 𝐴𝑛𝑎𝑙𝑜𝑔𝑖𝑐𝑎× 100

𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢ç𝑜(3.4)

∙ Se a tensão de alimentação for igual a 5 V, então:

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎(𝑜𝐶) = 𝐿𝑒𝑖𝑡𝑢𝑟𝑎 𝐴𝑛𝑎𝑙𝑜𝑔𝑖𝑐𝑎× 0, 48875 (3.5)


Por exemplo, para um temperatura ambiente próxima de 25 𝑜𝐶 a leitura do A/D será ovalor 51.

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎(𝑜𝐶) = 51× 0, 48875 = 24, 9𝑜𝐶 (3.6)

Para uma uma melhor precisão de leitura do LM35, são obtidas 𝑁=10 leituras do con-versor A/D e calculada a média aritmética.

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑀𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎(𝑜𝐶) =

∑𝑁𝑖=1 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑖

𝑁(3.7)

Essa técnica utilizada é chamada de buffer de leitura e consiste em ler muitas vezes ovalor de um sensor, ou de uma variável, em um curto espaço de tempo, e depois criar uma médiadeste valor.

Essa média é necessária visto que o próprio sensor tem margens de erro na hora detransmitir uma informação, além de que a temperatura é algo extremamente instável, portantoo buffer tende a corrigir estes tipos de erros, criando uma média mais precisa diminuindo amargem de erro do sensor.


3.4.3 Simulação dos Push Buttons

A interface com o usuário foi desenvolvida para ser navegada com apenas 5 botões (↑,↓,←,→, 𝑂𝐾). Não é necessário a adição de outros botões pois em cada menu/submenu haveráa opção "sair"que quando acionada com o botão 𝑂𝐾 faz com que o usuário retorne para o menuanterior. A Fig. 18 mostra o esquemático dos botões no simulador:

Figura 18 – Push Buttons no simulador Proteus


Para o correto funcionamento dos botões é necessário a remoção do bounce e a adiçãode filtros que, neste caso, foi programado internamente. Ao pressionar um botão fazemos comque seus contatos "choquem-se"causando uma trepidação antes de estabilizar e isso causa umerro da leitura do estado do botão. O bounce pode ser detectado e corrigido de dois modos:

1. Delay: Assim que uma mudança no estado do botão é detectada é utilizado um pequenodelay. Se ao término do tempo delimitado para o delay a mudança persistir, então real-mente houve alteração no estado do botão. A desvantagem desse método é que mesmopara botões similares o tempo de trepidação quando ocorre o contato é diferente, alémde que durante o tempo de delay o PIC ficará bloqueado não executando nenhuma outrafunção.

2. Variável auxiliar: Nesse modo é criado uma variável para guardar o tempo em milisegun-dos. Quando ocorre uma mudança no estado do botão, essa variável é atualizada com otempo atual e, caso a diferença entre o tempo atual e essa variável seja maior que o tempodo bounce, o botão não estará mais instável de modo que pode-se averiguar se a mudançarealmente ocorreu.

O MikRoC possui a biblioteca button que utiliza flags que aguardam o estado anterior.


3.4.4 Simulação do Display

Como mencionado anteriormente, o simulador Proteus não possui o componente LCD

Nokia 3310 de modo que é necessário a instalação de sua biblioteca a parte. Após a intalação,seu esquemático no Proteus é mostrado na Fig. 19.

Figura 19 – Display no simulador Proteus


Com esse componente é possível verificar o funcionamento dos menus de acionamento,botões e demais itens do circuito sem que seja necessário a montagem em protoboard.


3.4.5 Simulação do Módulo RF

Com o uso dos módulos de transmissão e recepção, na simulação, é possível verificar seos dados serão transferidos corretamente. Após a correta instalação da biblioteca, o esquemáticodos módulos no Proteus é mostrado na Fig. 20.

Figura 20 – Módulos RF no simulador Proteus

(a) Módulo 𝑇𝑋

(b) Módulo 𝑅𝑋


Com esses componentes é possível fazer várias combinações de acionamentos, parateste da lógica de programação, antes de montá-los em protoboard.


3.4.6 Simulação dos Acionamentos

Para conferir a lógica de programação dos acionamentos, foram testados três sequênciasaleatórias. As Fig. 21, 22 e 23 mostram as sequências testadas.

Foram acionadas as seguintes sequências em cada imagem, conforme Quadro 1:

Quadro 1 – Simulação de Acionamentos

Figura Ambiente→ Acionamento

21Cozinha→ Luzes

Lavanderia→ LuzesVaranda→ Luzes

22Suíte 2→ Luzes

Suíte Master→ LuzesCorredor→ Luzes

23 Sala→ Luzes, Ar-Condicionado

Pode-se ver que todas as lógicas testadas em simulação funcionaram como esperado,logo deu-se seguimento aos próximos passos do projeto.

Capítulo

3.P

rogramação

eSim

ulaçãono

Proteus

56

Figura 21 – Simulação de Acionamentos - Situação 1


Capítulo

3.P

rogramação

eSim

ulaçãono

Proteus

57



Capítulo

3.P

rogramação

eSim

ulaçãono

Proteus

58




3.5 Desenvolvimento da Interface

3.5.1 Lista de acionamentos

O projeto de automação foi realizado visando um modelo de moradia com um númerorazoável de cômodos. A Fig. 24 mostra a planta-baixa de um apartamento com 13 cômodosentre cozinha, área de serviço, circulação, varanda, quartos, lavabos e banheiros.

Figura 24 – Planta-baixa utilizada como modelo para automação

Fonte: Construtora Plaenge

Com essa planta-baixa os acionamentos foram listados para cada cômodo, incluso alarme


e portão eletrônico. A Fig. 25 apresenta a lista de acionamentos pensados para maior comodi-dade do morador.

Figura 25 – Lista de acionamentos da residência


A lista de acionamentos pode ser modificada conforme a necessidade do consumidorcom a possibilidade total de 30 acionamentos. Porém, ao acrescer multiplexadores ao sistemade recepção é possível aumentar para mais de 100 o número de acionamentos.


3.5.2 Interface com o usuário

O desenvolvimento da interface foi pensada para ser o mais amigável possível como usuário final. Desse modo, os acionamentos foram divididos por ambientes em vários sub-menus, além de um menu de ajuda com as informações necessárias sobre a função de cadapush-button como acionamento e navegação do menu.

Ao ser ligado, o display mostrará rapidamente algumas informações antes que o usuáriopossa navegar nas opções do menu de acionamentos. A Fig. 26 mostra a sequência de imagensmostradas ao usuário.

Figura 26 – Inicialização do display

(a) Logo UEL (b) Informações gerais (c) Tela inicial


O display permanecerá na tela mostrada na Fig. 26(c) a espera do comando do usuárioe, nesta tela, pode-se selecionar o menu Iniciar ou menu Ajuda pressionando o botão OK.

A seguir é descrito a função de cada menu detalhadamente.


Menu Ajuda

Ao selecionar esse menu através da tela inicial, é mostrada uma série de informações aousuário como informações gerais e função de cada botão de navegação (↑, ↓, ←, →, 𝑂𝐾). AFig. 27 mostra a sequência de informações mostradas ao usuário.

Figura 27 – Menu Ajuda

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)


Para sair desse menu basta pressionar OK na tela apresentada na Fig. 27(f) que o display

retornará para a tela inicial.

Menu Iniciar

Nesse menu constam todos os cômodos listados da casa juntamente com os itens quepoderão ser acionados. Ao navegar pelo menu de seleção o usuário percorrerá, na sequência, asseguintes opções pressionando os botões ↑ e ↓:

Cozinha→ Lavabos→ Sala→ Quartos→ Garagem→ Corredor→ Lavanderia→ Varanda→ Alarme→ Configurações→ Sair

Ao entrar em cada opção disponível, temos:


1. Cozinha→

LuzesCoifa

Figura 28 – Submenu Cozinha

(a) (b)

2. Lavabos→

⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩

Lavabo→

Luzes

Lavabo Serviço→

Luzes

Banho Master→

LuzesHidromassagem

Banho 2→

Luzes

Banho 3→

Luzes

Figura 29 – Submenu Lavabos

(a) (b)


3. Sala→

⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩LuzesAr-CondicionadoCortina

Figura 30 – Submenu Sala

(a) (b)

4. Quartos→

⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩

Suite Master→


Suite 2→


Suite 3→


Figura 31 – Submenu Quartos

(a) (b)


5. Garagem→

Portão

Figura 32 – Submenu Garagem

(a) (b)

6. Corredor→

Luzes

Figura 33 – Submenu Corredor

(a) (b)

7. Lavanderia→

Luzes

Figura 34 – Submenu Lavanderia

(a) (b)


8. Varanda→

Luzes

Figura 35 – Submenu Varanda

(a) (b)

9. Alarme→

Estado

Figura 36 – Submenu Alarme

(a) (b) (c)

(d) (e)


10. Configurações→

⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩

Luz de Fundo→

Estado

Alterar Hora→

HorasMinutos

Contraste→

Valor

Som→

⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩Som TransmissorSom ReceptorToque

Figura 37 – Submenu Configurações

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Os valores do ajuste do contraste são mostrados em hexadecimal pois são tabelados pelofabricante.


11. Sair

Figura 38 – Submenu Sair

(a)

Caso o usuário não pressione nenhum botão por 1 minuto o sistema passará a exibir umrelógio em formato grande na tela e, também, a temperatura medida no ambiente que encontra-se o controle. Caso o tempo passe de 1:30 minuto, o backlight do LCD será desligado e commais 30 segundos o sistema entrará no modo standby passando a não mostrar informações natela. A Fig. 39 mostra o modo de descanso do sistema.

Figura 39 – Tela de descanso do sistema

(a) (b)


3.6 Roteamento da placa

O roteamento da placa, após várias simulações, foi realizada com o uso do própriosoftware Proteus. Como não foi utilizado um número expressivo de componentes para o projetofoi possível a utilização de apenas um layer, como mostra a Fig. 40.

Figura 40 – Aspecto final da placa


A Fig. 41 mostra a posição dos componentes na placa.

Figura 41 – Posição dos componentes no esquemático do circuito


O softwate Proteus possui uma ferramenta de visualização 3D da placa de modo queé possível conferir melhor o posicionamento dos componentes antes da fabricação da placa. AFig. 42 mostra a o modelo 3D da placa roteada.


Figura 42 – Visualização 3D da placa

(a) Top view (b) Back view

(c) Front view (d) Right view

O display foi posicionado de modo a ficar no meio da placa para melhor encaixá-lona case projetada. A placa foi projetada com dimensões 6,5x4,7 cm e, com isso, foi possívelacondicioná-la em um gabinete injetado em ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) encontradocomercialmente em vários tamanhos.


3.7 Projeto da case

Após o roteamento da placa foi escolhido o gabinete injetado da fabricante Patola, mo-delo PB-108/2, por seu baixo custo e suas dimensões. A Fig. 43 mostra as características dacaixa escolhida.

Figura 43 – Características da case Patola modelo PB-108/2

(a) (b)

(c) (d)

Fonte: (PATOLA, 2016)

Conhecida as dimensões da caixa, do display e botões escolhidos, foi utilizado o soft-

ware AutoCAD para projetar um molde para o protótipo final do controle. Os botões foramposicionados de modo que fosse possível acondicionar a placa do circuito logo abaixo do dis-

play.A Fig. 44 mostra o projeto da case.


Figura 44 – Modelo do controle de automação (Módulo de Transmissão)

Fonte: Print screen do software AutoCAD

Os botões foram distanciados de modo que ao serem pressionados os outros próximosnão fossem pressionados por acidente.

Parte IV

Resultados e Conclusões

74

4 Resultados

4.1 Transmissão

4.1.1 Confecção da placa de circuito impresso

A placa de circuito impresso utilizada no projeto foi feita manualmente com o uso dométodo de transferência de calor. Com as trilhas e malhas devidamente roteadas no Proteus,o circuito foi impresso em papel couchê com uso de impressora laser e transferido para umaplaca de fenolite com uso de calor, nesse caso, utilizou-se um ferro-de-passar para transferir atinta do papel couchê para a placa, como mostrado na Fig. 45.

Figura 45 – Confecção da placa de circuito impresso

(a) (b)

(c)

Após a transferência da tinta para a placa de fenolite, foi utilizado percloreto de ferropara a corrosão do cobre não utilizado. O resultado é mostrado na Fig. 46.

Capítulo 4. Resultados 75

Figura 46 – Placa pronta para solda dos componentes

Com a placa corroída e perfurada, os componentes foram soldados para a montagem dacase do controle de acionamentos. O processo de solda é mostrado na Fig. 47.

Figura 47 – Solda do soquete do microcontrolador

Após o término do processo de solda, a placa está pronta para ser testada juntamentecom os botões e display.


4.1.2 Montagem da case de transmissão

Após a confecção da placa do circuito, a caixa do protótipo final do controle foi mon-tada. Inicialmente foi impresso o molde, em escala 1:1, com os recortes a serem feitos na case

e colada diretamente sobre a superfície, como mostra a Fig. 48.

Figura 48 – Molde para recorte da case colada sobre a superfície

O recorte do display foi feito com a utilização de uma micro retífica da marca Dremel

modelo 4000 enquanto o acabamento foi feito com o uso lixas e uma lima comum. Para oencaixe dos botões, a case foi perfurada gradativamente com brocas de espessuras que variamde 3 mm a 9,5 mm, até o perfeito encaixe, em uma furadeira de bancada Ferrari modelo FGC-16.

A Fig. 49 mostra as várias etapas da montagem da case.


Figura 49 – Processo de montagem da case

(a) (b) (c)

(d)

Dentro da caixa foi posicionada a placa, o buzzer, o LED que indica que o sistema estáligado, uma bateria de 3,7V e um módulo carregador de bateria TP4056. A Fig. 50 mostra acaixa antes do posicionamento dos componentes.

Figura 50 – Case com todos os componentes

O LED foi posicionado logo acima da chave on/off do sistema de modo que ao pres-


sionar a chave, o usuário tenha a confirmação visual que o sistema está ligado. O buzzer foiposicionado do lado superior direito da caixa de modo que ao pegá-la com uma só mão o somnão seja abafado e, por último, o módulo de carregamento de bateria mini UBS (Universal Se-

rial Bus) foi posicionado no canto inferior de modo a não atrapalhar o uso do controle quandoem carregamento.

A Fig. 51 mostra a montagem do controle finalizada.

Figura 51 – Case finalizada


4.1.3 Teste do controle de transmissão

Com a case montada, fez-se o teste ligando-a e acessando o menu para verificar seufuncionamento, como mostra a Fig. 52. O sistema funcionou como esperado com a utilizaçãode uma bateria de NiCd (Níquel-Cádmio) de 3,7V/700mAh apresentando uma autonomia deaproximadamente 20h antes de precisar ser recarregada.

A recarga do controle é feita via cabo mini-USB/USB podendo ser conectada direta-mente a entrada USB do computador demorando cerca de 3h para ser completamente carre-gado, ou com o uso de um carregador de celular, onde demora aproximadamente 1h30 para sercompletamente carregada, enquanto isso o controle pode ser utilizado normalmente durante ocarregamento da bateria.

A entrada mini-USB do módulo de carregamento pode ser alimentada com tensões entre4V a 6V pois há circuitos de proteção presentes no módulo que impedem a sobrecarga dabateria.


Figura 52 – Controle em funcionamento

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i)

(j) (k) (l)


4.2 Recepção

4.2.1 Antena Receptora

A antena receptora, necessária para melhor funcionamento do projeto, pode ser simples-mente um fio rígido de cobre com o comprimento adequado à onda transmitida. No entanto, asua dimensão de aproximadamente 17 cm, calculada na equação (3.3), como mostra a Fig. 53,somente é viável para fins de testes em protoboard.

Figura 53 – Antena receptora

Uma solução para a dimensão da antena é utilizá-la em seu formato helicoidal. Comer-cialmente a antena helicoidal RF 433MHz é encontrada nas dimensões 11,3 mm e 29,8 mm.Essa diferença dá-se principalmente pela espessura do cobre utilizado em sua fabricação, maiscomumente utilizado para este fim o cobre de 0,5 mm de diâmetro.

Escolhida a dimensão maior, 29,8 mm, a antena helicoidal foi confeccionada manual-mente para teste com um fio de cobre de 0,7 mm de diâmetro dando-se 24 voltas (conformeFig. 8) em torno de uma chave philips de 3,4 mm de diâmetro. A Fig. 54 mostra a antenaconfeccionada.


Figura 54 – Antena receptora helicoidal

Idealmente, as antenas helicoidais apresentam ganho médio de 2,15 dBi e impedânciacaracterística de 50Ω.


4.2.2 Teste dos Acionamentos

Para finalização do trabalho algumas sequências de acionamento foram testadas comLED’s. As Fig. 55, 56, 57 e 58 mostram as sequências acionadas.

Foram acionadas as seguintes sequências em cada imagem, conforme Quadro 2:

Quadro 2 – Teste de Acionamentos

Figura Ambiente→ Acionamento

55Nesta imagem são acionados todos os pontos ao mesmo tempo para fins de testecomo exemplo, se algum terminal do microcontrolador apresenta defeito e se as

ligações feitas estão corretas.56 Sala→ Luzes, Ar-Condicionado, Cortina

57

Lavanderia→ LuzesVaranda→ LuzesCorredor→ Luzes

Alarme→ Acionado

58Suíte 2→ Luzes, Ar-Condicionado, Cortina

Suíte 3→ Luzes, Ar-Condicionado

Capítulo

4.R

esultados84

Figura 55 – Teste de Acionamentos - Situação 1

Capítulo

4.R

esultados85


Capítulo

4.R

esultados86


Capítulo

4.R

esultados87



Como visto, tanto em simulações quanto em testes realizados com montagem do cir-cuito, a lógica do projeto funcionou como esperado. Todas as sequências mostradas nas ima-gens anteriores foram acionadas em aproximadamente 4 metros, com o alcance máximo testadode aproximadamente 35 metros.

Visto isso, pode-se dizer que o sistema não apresenta atrasos perceptíveis entre o enviodo sinal do módulo 𝑇𝑥, presente no controle, ao módulo 𝑅𝑥, responsável pela correta interpreta-ção do sinal sendo, assim, possível implementá-lo com módulos relés dentro de uma instalaçãoelétrica residencial.

89

5 Conclusões

5.1 Conclusão

O presente trabalho apresentou uma solução para acionamentos sem fio de lâmpadas,condicionadores de ar, entre outros equipamentos presentes em uma casa. A realização desseprojeto envolveu conhecimentos em eletrônica analógica, eletrônica microprocessada, transmis-são/recepção de dados e leitura de sensores de temperatura.

Sendo apresentadas várias opções de componentes que realizariam o objetivo proposto,foi escolhido o RF 433 MHZ devido vários fatores, entre eles estão custo, facilidade de progra-mação, alcance de transmissão entre os módulos 𝑇𝑥 e 𝑅𝑥, além de não sofrer grande atenuaçãoperante paredes, móveis e outros obstáculos, atendendo desse modo todas as característicasdesejadas inicialmente.

Em termos de alcance, foi possível operar o sistema em cerca de 60 metros em áreaaberta e cerca de 35 metros em ambiente fechado, considerando a aplicação em uma casa, essasdistâncias são suficientes para seu correto funcionamento.

Neste projeto foi utilizado o microcontrolador PIC 18F4550 por, também, apresentarum baixo custo e uma vasta possibilidade de ferramentas que auxiliam sua programação e si-mulação, exemplo disto é software Proteus, que simula o arquivo .hex sem que seja necessáriogravar o PIC a cada nova modificação no código.

Com isto, conclui-se que o trabalho atingiu os objetivos inicialmente propostos, hajavista que todos os 25 pontos de acionamentos puderam ser ativados e desativados de forma in-dependente. No entanto, não foi realizado o teste com o acionamento de módulos relés sendo oacionamento realizado LEDs suficiente para teste e comprovação da lógica de recepção/trans-missão.

5.2 Sugestões para projetos futuros

∙ Leitura remota de grandezas físicas, como temperatura e umidade, para cada ambiente dacasa;

∙ Integração do sistema desenvolvido com módulo Bluetooth, dessa forma pode-se sincro-nizar o sistema com smartphones e tablets;

∙ Adição de LEDs IR para controle de canais de televisão, home theater e temperatura dear-condicionado;

∙ Adição de transceptor para que o sistema possa operar em half-duplex.

90

Referências

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SEMICONDUCTOR, N. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. [S.l.], 2000.Citado na página 34.

SEMICONDUCTOR, P. PCD8544 48x84 pixels matrix LCD controller/driver. [S.l.], 1999.Citado 2 vezes nas páginas 27 e 28.

TAKIUCHI, M.; MELO, É.; TONIDANDEL, F. Domótica inteligente: automação baseadaem comportamento. Centro Universitário da FEI–UniFE, São Bernardo do Campo-SP, 2004.Nenhuma citação no texto.

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ZAMORA-IZQUIERDO, M. A.; SANTA, J.; GOMEZ-SKARMETA, A. F. An integraland networked home automation solution for indoor ambient intelligence. IEEE PervasiveComputing, v. 9, n. 4, p. 66–77, October 2010. ISSN 1536-1268. Nenhuma citação no texto.

http://programarpicenc.com/articulos/radiofrecuencia-sistema-tx-rx-a-433mhz/

http://programarpicenc.com/articulos/radiofrecuencia-sistema-tx-rx-a-433mhz/

http://www.mikroe.com/mikroc/pic/

http://www.patola.com.br/index.php?route=product/product&product_id=47&search=PB+108%2F2

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92

APÊNDICE A – Esquemático doCircuito

A B C D E F G H J K

B C D E F G H J KA

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ProjetoRF_Todos_os_Leds.pdsprj20/01/2016

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DESIGN TITLE: ProjetoRF_Todos_os_Leds.pdsprj

0

1

2

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

3

9

VDD+

1

VOUT

7GN

D-6

SCE#

5D/

C4

SDIN

3SC

LK2

RES#

8

LCD1NOKIA3310

RA0/AN02RA1/AN13RA2/AN2/VREF-/CVREF4RA3/AN3/VREF+5RA4/T0CKI/C1OUT/RCV6RA5/AN4/SS/LVDIN/C2OUT7RA6/OSC2/CLKO14OSC1/CLKI13

RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA33RB1/AN10/INT1/SCK/SCL34RB2/AN8/INT2/VMO35RB3/AN9/CCP2/VPO36RB4/AN11/KBI0/CSSPP37RB5/KBI1/PGM38RB6/KBI2/PGC39RB7/KBI3/PGD40

RC0/T1OSO/T1CKI 15RC1/T1OSI/CCP2/UOE 16

RC2/CCP1/P1A 17

VUSB18

RC4/D-/VM 23RC5/D+/VP 24RC6/TX/CK 25

RC7/RX/DT/SDO 26

RD0/SPP0 19RD1/SPP1 20RD2/SPP2 21RD3/SPP3 22RD4/SPP4 27

RD5/SPP5/P1B 28RD6/SPP6/P1C 29RD7/SPP7/P1D 30

RE0/AN5/CK1SPP 8RE1/AN6/CK2SPP 9RE2/AN7/OESPP 10

RE3/MCLR/VPP 1

U1

PIC18F4550

esquerda

cima

confirma

baixo

direita

CONFIRMADIREITA

ESQUERDA

BAIXOCIMA

microcontrolandos

GND

DATA

VCC

ANT

U3MODULO TX

31.0

3

1

VOUT 2

U2

LM35

RA0/AN02RA1/AN13RA2/AN2/VREF-/CVREF4RA3/AN3/VREF+5RA4/T0CKI/C1OUT/RCV6RA5/AN4/SS/LVDIN/C2OUT7RA6/OSC2/CLKO14OSC1/CLKI13

RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA33RB1/AN10/INT1/SCK/SCL34RB2/AN8/INT2/VMO35RB3/AN9/CCP2/VPO36RB4/AN11/KBI0/CSSPP37RB5/KBI1/PGM38RB6/KBI2/PGC39RB7/KBI3/PGD40

RC0/T1OSO/T1CKI 15RC1/T1OSI/CCP2/UOE 16

RC2/CCP1/P1A 17

VUSB18

RC4/D-/VM 23RC5/D+/VP 24RC6/TX/CK 25

RC7/RX/DT/SDO 26

RD0/SPP0 19RD1/SPP1 20RD2/SPP2 21RD3/SPP3 22RD4/SPP4 27

RD5/SPP5/P1B 28RD6/SPP6/P1C 29RD7/SPP7/P1D 30

RE0/AN5/CK1SPP 8RE1/AN6/CK2SPP 9RE2/AN7/OESPP 10

RE3/MCLR/VPP 1

U4

PIC18F4550

microcontrolandos

GND

OUT

VCC

VCC

GND

GND

ANT

U5MODULO RX

BANHO 2 - LUZES 330

LS1

SPEAKERSOM

SOM

BANHO 3 - LUZES 330

SALA - LUZES 330

SALA - AR-CONDIC. 330

SALA - CORTINA 330

SUITE MASTER - LUZES 330

SUITE MASTER - AR-CONDIC. 330

SUITE MASTER - CORTINA 330

BANHO MASTER - HIDRO 330

BANHO MASTER - LUZES 330

LAVABO - LUZES 330

LAV. SERVICO - LUZES 330

COZINHA - COIFA 330

COZINHA - LUZES 330

SUITE 3 - CORTINA 330

SUITE 3 - AR-CONDIC. 330

SUITE 2 - CORTINA 330

SUITE 2 - AR-CONDIC. 330

SUITE 2 - LUZES 330

GARAGEM - PORTAO 330

CORREDOR - LUZES 330

LAVANDERIA - LUZES 330

VARANDA - LUZES 330

ALARME 330

RST 5SCLK 7

I/O 6

X12

X23

VCC1 8VCC2 1

U6

DS1302

12

X1CRYSTAL

SUITE 3 - LUZES 330

R261M

R271MC1

0.1uF

12

X2CRYSTAL

C2

1nF

LED POWERLED-YELLOW

R28220

BAT_MONITOR

BAT_MONITOR

BATERIA3.3V

LED1LED-YELLOW

R29220

LCD_BACKLIGHT

LCD_BACKLIGHT

BUZZER

BOTÕESLED SINALIZADOR

LM35

LM35

SENSOR TEMPERATURA

RF_TX

RF_TX

TRANSMISSOR RF 433MHZ

I/OSCLKRESET

RESETSCLKI/O

RELÓGIO

LCD_SCELCD_RESLCD_D/CLCD_SDINLCD_SCLK

LCD_RESLCD_SCELCD_D/C

LCD_SDINLCD_SCLK

LCD_BACKLIGHT

DISPLAY 84X48

MICROCONTROLADOR PIC

RF_RX

RF_RX

C3

1nF

OSC2OSC1

12

X3CRYSTAL

OSC2

OSC1RECEPTOR RF 433MHZ

BLOCO DO SISTEMA RECEPTOR

Documents

Controle e automação residencial com uso do PIC 18F4550