AUTOMAÇÃO PREDIAL EM SALAS COMERCIAIS UTILIZANDO O LABVIEW E ARDUINO

Fábio F. M. de Moraes, Simon Pedro da F. Pinheiro, Roger R. da Silva

Instituto de Estudos Superior da Amazônia - IESAM Av. José Malcher, 1148, CEP:66055-260 – Bairro: Nazaré - Belém – Pará – Brasil

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engfabiomoraes@hotmail.com,simon_drummer24@hotmail.com,rogerdasilva@gma

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Abstract: This study aims to develop an automated control system for business rooms. The user enters the information into supervisory and this is responsible for sending them to the microcontroller that will process and trigger actuators responsible, such as automatic doors, light control.

Keywords: business rooms, automated control system, supervisory, automatic doors

Resumo: Este trabalho teve como objetivo desenvolver um sistema de controle automatizado de salas comerciais. O usuário entra com as informações no supervisório e este tem por responsável por envia-las ao microcontrolador que irá processar e acionar os atuadores responsáveis, tais como portas automáticas e controle de luminosidade.

Palavras-Chaves: Salas comerciais, sistema de controle automatizado, supervisório, portas automáticas.

1 INTRODUÇÃO

O conceito de automação surgiu na indústria com

objetivo de substituir a mão de obra humana por máquinas e sistemas de controle. O papel das máquinas e sistemas era supervisionar e otimizar o controle de processos, visando aumentar a produtividade e a qualidade dos produtos. A partir dos anos 80, a automação passou a ser utilizadas em residências e prédios proporcionando diversos benefícios como: segurança, conforto pessoal e economia de energia (Finder, 2011). Largamente empregado na Europa, o termo “Domótica”, refere-se a automação e controle aplicados à residência, permitindo a gestão eficiente do uso de energia, além de proporcionar conforto, segurança, comodidade e comunicação entre o usuário e os sistemas (Finder, 2011). A domótica, ou automação predial/residencial, é uma tecnologia que permite a gestão de recursos prediais de forma automática. O termo domótica resulta da junção da palavra domus (casa) com robótica (controle automatizado de algo). É este último elemento que rentabiliza o sistema, simplificando a vida diária das pessoas, satisfazendo as suas necessidades de comunicação, de conforto e de segurança. Quando a domótica surgiu, com os primeiros edifícios na década de 80 do século passado, pretendia-se controlar a iluminação, as condições climáticas, a segurança e a interligação entre os três elementos. Atualmente, a ideia base continua a mesma (ALIEVI, 2008). Um prédio automatizado é aquele que aperfeiçoa certas funções relacionadas a operação e administração. Dessa forma, é correto afirmar que o edifício automatizado é

aquele que oferece flexibilidade de utilização, dispondo da capacidade de adaptar-se às necessidades das organizações e de oferecer o suporte mais adequado à sua atividade. Por outro lado, deve possuir sistemas de automação, computação e comunicação integrados e coerentes que possibilitem gerir de forma eficaz todos os recursos nele disponíveis, objetivando o aumento da produtividade, redução do consumo de energia, segurança e conforto para o indivíduos que trabalham nele (Montebeller, 2006). Todos esses fatores visariam principalmente o aumento da produtividade das pessoas, e, consequentemente das empresas. Alguns pontos básicos a serem apontados nesse projeto são: conforto, segurança, confiabilidade, com a possibilidade de aumentar a eficiência energética. Nesse projeto, busca caracterizar a automação predial para salas comerciais, e apresentar alguns caminhos e meios a serem propostos e analisados para que alguns segmentos de edifícios possam tornar-se automatizados. Nos últimos edifícios automatizados de escritórios, construídos nas principais cidades, as áreas de trabalhos apresentam transparência entre os ambientes, associados a acabamentos que garantem conforto acústico, iluminação natural e integração social, tudo isso sem comprometer a concentração e a privacidade dos funcionários e usuários (Padua, 2006). O objetivo desse trabalho é fazer integração dos sistemas de iluminação, acesso e segurança que constituem um prédio comercial, que atualmente é um grande desafio quando se trata de automação predial. Para conseguirmos isso, utilizaremos a placa microcontroladora arduino juntamente com módulos (shields) para comunicação em rede. Este fato torna a

automação de salas comerciais mais econômica além de facilitar sua elaboração e desenvolvimento, pois o arduino já vem de fábrica com todos os recursos eletrônicos necessários em sua placa, e para programar, utiliza-se a IDE do arduino que possui alguns programas prontos que servem como exemplos e podem ser utilizados pelo programador, reduzindo bastante o seu trabalho. Nesse trabalho também foi desenvolvido um software supervisório para a integração entre os sistemas do edifício, utilizando a programação gráfica LabVIEW a nível gerencial de rede para que possa monitorar sensores, controlar atuadores e registar eventos vindos de todas as partes do prédio.

2 SISTEMA DE AUTOMATIZAÇÃO

O sistema de automação consiste em um software supervisório desenvolvido em LabVIEW, no qual ficará instalado e operado em um computador na Central de Operações do edifício, que em topologia hierárquica de rede localiza-se no nível gerencial. Conectados ao supervisório estarão os controladores, que neste trabalho se trata do arduino. O mesmo possui entradas e saídas analógicas, que receberão sinais dos sensores e estes serão enviados para a Central de Operações. A Central de Operações também pode enviar comandos para o arduino (controladores), determinando a operação, através das saídas digitais da placa em algum local do prédio. Por último serão conectados os dispositivos e equipamentos em rede, a nível de campo, utilizados para o acionamento e controle dos sistemas de iluminação, portas automáticas e sensores de fumaça e iluminação . Estes dispositivos estarão ligados aos arduinos, em nível de sistema, por meio de uma rede secundária, a figura a seguir ilustra a sua estrutura.

Figura 1. Sistema de automatização

2.1 ACIONAMENTOS E MONITORAMENTO

Por trás de todo um sistema automatizado existe um hardware que recebe uma informação devolvendo esta processada, consequentemente executando uma rotina. Para isso, pode ser utilizado o Arduino, um microcontrolador OpenSource(Software ou hardware que tem sua licença livre, possuindo código aberto para melhorias e adptações.) de baixo custo com um sistema integrado de desenvolvimento que possibilita a escrita de linhas de comando na placa (Arduino, 2012).

O Arduino Uno (versão descrita neste trabalho) utiliza um microprocessador baseado na tecnologia Atmega8U2 possuindo 14 pinos digitais de I/O (entrada e saída) e 6 pinos analógicos I/O, seu processamento é por conta de Crystal oscilador de 16Mhz, memória flash de 32 Kb, SRAM de 2Kb e EEPROM de 1Kb. O Arduino pode ser energizado através da porta USB ou por uma fonte de alimentação externa. A fonte de alimentação é selecionada de forma automática (Arduino, 2012). A figura 2 a seguir demonstra o Arduino versão Uno, para realizar as funções lógicas, e o Ethernet Shield, para dar possibilidade de interligar a placa com o computador na central de operações da edificação.

Figura 2. Shield conectado ao Arduino (Arduino, 2012)

Através de todos esses parâmetros proporcionados pelo arduino é possível utilizá-lo para fazer diversos tipos de monitoramento. Neste projeto foi utilizado o arduino para monitorar o acionamento de lâmpadas (ON/OFF), portas automáticas e sensores de fumaça. Tudo programado em linguagem C é passado para o compilador AVR-gcc, uma importante ferramenta, pois faz a tradução para a linguagem entendida pelo microcontrolador. Foi realizado na própria IDE do arduino, que permite um conjunto de instruções passo a passo, das quais se faz o upload para o Microcontrolador, e este executara as instruções interagindo com o que estiver ligado. 2.2 SUPERVISÓRIO

Atualmente existe no mercado uma grande quantidade de softwares supervisórios, cada qual com uma camada de aplicações específicas, em função do seu custo, e funções integradas. Dentro desta variedade de supervisórios, optou-se utilizar no trabalho o LabVIEW(Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench). O que levou a escolher esse programa, foi a familiaridade e contato com o software dentro da grade curricular do curso de Controle e Automação. E pelo seu custo, porque com apenas uma licença é possível gerar diversos executáveis. O LabVIEW é uma linguagem de desenvolvimento de aplicativos como a linguagem C, Delphi e Java. A diferença entre a linguagem de programação gráfica(G), na qual o LabVIEW se insere, e as demais é a forma de

programação. Embora ambas sejam linguagens orientadas a objetos, cujo os compiladores simplificam o processo de programação pelas interfaces amigáveis com comandos, funções e propriedades pré-definidas; existe uma diferença fundamental. A linguagem de programação do LabVIEW é uma ferramenta de programação gráfica, altamente produtiva para construção de sistemas de aquisição de dados, instrumentação e controle, entre outras aplicações (Regazzi, Pereira, Silva Jr, 2005). No Labview a programação é feita através da página de diagramas de blocos, onde as instruções e as funções lógicas são implementadas. Neste projeto, a programação é feita através de botões localizados no painel frontal do supervisório, ao clicar nesses botões a informação será enviada até o processo todo finalizar. Na figura 3 abaixo, pode-se visualizar as duas telas: a do diagrama de blocos contendo a programação e a do painel frontal, contendo os botões e para acionamento da fechadura eletrônica e iluminação.

Figura 3: Painel frontal e diagrama de blocos a esq.

2.3 COMUNICAÇÃO

Como foi destacado anteriormente, o objetivo desse projeto é interligar os sistemas das salas comerciais, controlando e monitorando os sistemas pelo computador da central de operações no qual está o supervisório. Para tal, faz-se necessário estabelecer uma comunicação entre o arduino e a central de operações onde o usuário vai realizar as operações. Essa comunicação, arduino com o supervisório, é feita através da comunicação serial presente no arduino pelos pinos Tx e Rx, feita através de um cabo USB. O canal de comunicação utilizado é o canal Full Duplex, onde as informações podem ser trocadas simultaneamente em ambas as direções. A comunicação serial utilizada é a assíncrona com Baud Rate de 9600.

Figura 4. Arquitetura da comunicação utilizada

3. PROGRAMAÇÃO

A lógica computacional foi elaborada através do supervisório (Labview), para implementação de um sistema Liga/desliga (on/off) utilizando as seguintes etapas: 1. O processo é iniciado através do supervisório, com os parâmetros iniciais definidos pelo usuário, que através de botões localizados no supervisório envia o sinal pela porta serial para o Arduíno. 2. O microcontrolador recebendo a informação irá ler os sinais enviados e verificará com os dados do LDR se o atuador em questão estará aberto ou fechado e mandará a informação para os atuadores. 3. O sensor ( LDR) envia o sinal para o arduino, dentro do microcontrolador. O usuário coloca parâmetros onde os sinais são processados e comparados, o resultado dessa operação é enviado para o sistema supervisório informando o estado do dispositivo.

Figura 5: Arquitetura da programação O projeto foi desenvolvido para fazer automação de salas comerciais/prediais, para isso foi desenvolvido um sistema supervisório utilizando a plataforma de programação gráfica Labview. Através da programação feita no supervisório, utilizando o sistema de on-off é possível acionar os atuadores. Na Figura 6 a seguir pode-se ver o diagrama de blocos feito no supervisório.

Figura 6. Diagrama de Blocos do Supervisório

Depois de construído o diagrama de blocos automaticamente a tela do painel frontal é reproduzida também, onde nela serão utilizados botões específicos para ligar e desligar os atuadores. Na figura 7 pode-se visualizar a existência de botões, onde estes serão responsáveis pelo envio da informação para o arduino.

Figura 7: Painel Frontal do supervisório

Ao chegar a informação ao microcontrolador, ele realiza a leitura da informação e através da programação feita pelo usuário, ele processa os dados e envia a informação para os atuadores. Na figura 8 pode-se ver uma parte do bloco da programação do arduino.

Figura 8: Parte do código fonte

A programação feita no arduino contém laços que permitem a comparação de dados, ou seja, quando a informação chega do supervisório o arduino compara com os dados obtidos através dos sensores e verifica se

a informação pode ou não ser executada. Depois da informação ser processada e enviada pelo arduino, os atuadores utilizam dessa informação para executar a ação determinada pelo usuário.

4 RESULTADOS

Terminado o projeto o resultado final contem as ligações dos sensores nas portas analógicas do arduino, é importante ressaltar também a construção de placas de atuadores contendo componentes eletrônicos necessários para o acionamento da iluminação e fechadura eletrônica. Na figura 9 abaixo, tem-se uma visão da automação desenvolvida neste projeto.

Figura 9: Projeto Físico

5 CONCLUSÃO

Ao final deste artigo, podemos constatar a grande variedade de aplicações que podem ser realizadas na automação para salas comerciais utilizando o arduino, automatizando outros sistemas além dos apresentados neste trabalho. A facilidade de comunicação do supervisório com o microcontrolador, também é um dos fatores que deve ser destacados. Foi alcançado resultados satisfatórios no desenvolvimento de um sistema supervisório fazendo o acionamento e monitoramento dos sistemas de iluminação, de acesso e segurança de salas comerciais.

Figura 10: Projeto Elétrico

Figura 11: Projeto no protoboard

Referências Bibliográficas Alieve, César Adriano.(2008) Automação Residencial

com Utilização de Controlador Lógico Programavel. Trabalho(Monografia para graduação em Ciência da Computação). Centro Universitário Feevale. Novo Hamburgo.

Paiva, Leonardo Silveira.(2007) Metodologia pra Implantação de Automação Residencial. Trabalho (Monografia para graduação em Engenharia de Controle e Automação). Universidade Federal do Ouro Preto.

Padua, I. H.(2006) Caracterização de Edifícios

Inteligentes: um caso exemplo. Trabalho (Dissertação para mestrado em Engenharia Elétrica). Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Regazzi, R. D. ; Pereira, P. S. e Silva Jr, M. F. Soluções Práticas de Instrumentação e Automação – Utilizando a Programação Gráfica LabVIEW. Rio de Janeiro. (s.n), (2005)

Montebeller, S. J. (2006) Estudo sobre dispositivos sem fio – wireless na automação do ar condicionado e de outros sistemas prediais. Trabalho(Dissertação para mestrado em Engenharia Elétrica). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

Giovani, L.; Marcus, O. ; Rogério, S. Automatização de um Projeto Predial em Planta Baixa.(2009) Trabalho(Artigo para graduação em Engenharia de Controle e Automação). Instituto de Estudos Superiores da Amazônia.

Arduino Uno. Disponível: http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno. Acesso: 09 de nov. 2012.

FERNADES, C. C.; Lopes, G. T. Introdução ao Arduino. Adaptação(BANZI, Massimo. Getting Started with Arduino. USA: 2008). Brasil.

Pré – Automação RESIDENCIAL. Revista da empresa Finder. São Paulo, 2011

Scriptore, D. B.; Fressatti, W. (2012) Automação Residencial, A CASA INTELIGENTE. Trabalho (Artigo para graduação em Sistemas de informação) Universidade Paranaense (UNIPAR).