UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE INFORMTICA CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAO

BRUNA ROBERTA SEEWALD DA SILVA

Sistema de automao residencial de baixo custo para redes sem fio

Trabalho de Graduao. Prof. Dr. Srgio Luis Cechin Orientador

Porto Alegre, julho de 2014.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Reitor: Prof. Carlos Alexandre Netto Vice-Reitor: Prof. Rui Vicente Oppermann Pr-Reitor de Graduao: Prof. Srgio Roberto Kieling Franco Diretor do Instituto de Informtica: Prof. Lus da Cunha Lamb Coordenador do ECP: Prof. Marcelo Gtz Bibliotecrio-Chefe do Instituto de Informtica: Alexsander Borges Ribeiro

Agradecimentos

Gostaria de agradecer a Deus pela proteo durante todos esses anos, por me ajudar a encontrar a resposta quando muitas perguntas pareciam no ter soluo e por me ajudar todos os dias a vencer os obstculos que a vida nos traz.

Sou profundamente grata aos meus pais, que nunca mediram esforos para oferecer sempre o melhor a mim e ao meu irmo. O apoio, a confiana e principalmente o amor incondicional de vocs so imprescindveis na minha caminhada pela vida. Obrigada por tudo.

Ao meu irmo, que um homem gentil e carinhoso. Teu companherismo e compreenso so especiais demais para mim.

A minha av, que sempre me apoiou. Voc um exemplo de vida, agradeo profundamente por tudo que fizestes por mim e dedico esta conquista para ti.

Gostaria tambm de agradecer a Ana Cludia, Ana Clara, Helena e Natacha. Vocs so como uma segunda famlia para mim, sempre me apoiando desde o momento em que nos conhecemos. A amizade de vocs extremamente importante para mim e por isso o meu muito obrigado.

A Luiza, que um anjo em minha vida. Obrigada por tudo que tu fazes por mim e pela incrvel vontade de sempre estar disposta a me ajudar. Tuas palavras e conselhos so essenciais na minha vida.

Por fim, agradeo a UFRGS e aos meus mestres, pela educao de qualidade e pela dedicao durante todos os meus anos na universidade.

SUMRIO

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ........................................................ 6

LISTA DE FIGURAS ...................................................................................... 8

LISTA DE TABELAS ..................................................................................... 9

RESUMO ...................................................................................................... 10

ABSTRACT .................................................................................................. 11

1 INTRODUO ....................................................................................... 12

2 PRINCIPAIS CONCEITOS RELACIONADOS ....................................... 13

2.1 O padro Wi-Fi ......................................................................................................................... 13 2.1.1 Camada Fsica ..................................................................................................................... 13 2.1.2 Camada de Enlace ............................................................................................................... 14 2.1.3 As principais revises da especificao IEEE 802.11 ........................................................ 15

2.1.3.1 IEEE 802.11a ................................................................................................................ 15 2.1.3.2 IEEE 802.11b ................................................................................................................ 15 2.1.3.3 IEEE 802.11g ................................................................................................................ 15 2.1.3.4 IEEE 802.11n ................................................................................................................ 15

2.2 O padro ZigBee ....................................................................................................................... 16 2.2.1 Camada Fsica ..................................................................................................................... 16 2.2.2 Camada de Enlace ............................................................................................................... 17 2.2.3 Camada de Rede ................................................................................................................. 17 2.2.4 Camada de Aplicao ......................................................................................................... 17 2.2.5 Tipos de dispositivos ZigBee .............................................................................................. 18 2.2.6 Topologias de Rede ............................................................................................................ 18

2.3 O mdulo XBee ......................................................................................................................... 19

3 IMPLEMENTAO DO PROJETO ....................................................... 22

3.1 Arquitetura do Sistema ............................................................................................................ 22 3.1.1 Arquitetura de Hardware .................................................................................................... 23 3.1.2 Arquitetura de Software ...................................................................................................... 23

3.2 Circuitos e sensores .................................................................................................................. 26 3.2.1 Controlador ......................................................................................................................... 26

3.2.2 Sensores .............................................................................................................................. 27 3.2.2.1 Movimento .................................................................................................................... 27 3.2.2.2 Gs ................................................................................................................................ 27 3.2.2.3 Luminosidade ................................................................................................................ 28 3.2.2.4 Temperatura ................................................................................................................. 29

3.3 O Sistema de Automao ......................................................................................................... 30 3.3.1 Aplicativo Android ............................................................................................................. 30

3.3.1.1 Smart House Control .................................................................................................... 31 3.3.2 Mdulo Controlador ........................................................................................................... 32 3.3.3 Conectividade com a Nuvem .............................................................................................. 34 3.3.4 Configurao dos mdulos XBee ....................................................................................... 36

3.4 Custo total do projeto ............................................................................................................... 37

4 CONCLUSO ......................................................................................... 38

REFERNCIAS ............................................................................................ 39

ANEXO A CDIGO FONTE ........................................................................ 40

ANEXO B TRABALHO DE GRADUAO 1 .............................................. 42

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ACK Acknowledgement

ADC Analog to Digital Converter AES Advanced Encryption Standard

API Application Programming Interface APS Application Support Sublayer

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CTS Clear to Send

DCF Distributed Coordination Function DIO Direct Input Output DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

FCC Federal Communications Commision FDM Frequency Division Multiplexing

GTS Guaranteed Time Slot GND Ground

HTTP Hypertext Transfer Protocol IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

ISM Industrial Scientific Medical JSON Javascript Object Notation

MAC Medium Access Control OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OSI Open Systems Interconnect PAN Personal Area Network

PCF Point Coordination Function RTS Request to Send

REST Representation State Transfer USB Universal Serial Bus

VDD Voltage Drain Drain

WLAN Wireless Local Area Network

XML Extensible Markup Language

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Rede com infraestrutura e rede AdHoc. ....................................................... 13 Figura 2.2: Representao dos canais na faixa de 2,4 GHz ............................................ 14 Figura 2.3: Pilha ZigBee ................................................................................................. 16 Figura 2.4: Topologia em estrela .................................................................................... 18 Figura 2.5: Topologia em rvore .................................................................................... 19 Figura 2.6: Topologia em malha ..................................................................................... 19 Figura 2.7: XBee Series 2 ............................................................................................... 19 Figura 2.8: Estrutura do qu