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SISTEMA DE CONTROLE DE ILUMINAÇÃO E PORTÃO RESIDENCIAL ATRAVÉS DE MÓDULO GSM

Jefferson Nino Gimenez

jeffersonninogimenez@gmail.com Renan de Oliveira de Brito

renan_brit@hotmail.com

Prof. Paulo Sérgio Castro p.sergio.castro@uol.com.br

Abstract: The following article aims to present a sample about some concepts and

benefits of home automation. This modality of automation summarizes to integration of

basic devices of a home, managed by a central controller, realizing that the large

majority of new devices for sale counts with functions and applicability more and more

wide, the possibility of attach all this technology in within a single hub, makes the whole

picture this branch becomes increasingly emerging on the world stage. The main

aspects addressed here are comfort, convenience, economy of energy and money,

increase of commodity and security to the householder who reside at an automated

domicile. It also presents some important questions on the type of communication

utilized between the user (resident) of the home automated and its respective system.

Keywords: Home automation, control; management and communication.

Resumo: Esse trabalho tem como objetivo desenvolver um protótipo de automação

residencial com monitoramento remoto. Essa modalidade de automação remota

consiste na integração dos dispostivos de segurança e acionamentos de uma

residencia, gerenciados por um controlador central. É notório que a grande maioria

dos novos dispositivos do mercado contam com funções e aplicabilidades cada vez

mais amplas, a possibilidade de unir toda essa tecnologia em um único eixo, faz com

que o cenário deste ramo se torne cada vez mais emergente mundialmente. Os

principais aspectos aqui abordadas são conforto, praticidade, economia de energia e

dinheiro, aumento da comodidade e da segurança do morador que residir em um

domicílio automatizado. São apresentados ainda, questões importantes sobre tipo de

comunicação utilizada entre o usuário (residente) do domicílio automatizado e seu

respectivo sistema.

Palavras-chave: Automação residencial, controle de processos, gerenciamento e

comunicação.

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1 INTRODUÇÃO

Com proposta de melhorar a qualidade de vida, aumentar a segurança,

bem estar, redução nos afazeres domésticos, bem como diminuição de custos,

surgiu a domótica, termo que é uma fusão da palavra latina domus (casa) e do

moderno, robótica. A domótica, que também pode ser referenciada por

expressões como smart building, intelligent building, edifícios inteligentes, é um

novo domínio de aplicação tecnológica, tendo como objetivo básico melhorar a

qualidade de vida, reduzindo o trabalho doméstico, aumentando o bem estar e

a segurança de seus habitantes. Visa também uma utilização racional e

planejada dos diversos meios de consumo. A domótica procura uma melhor

integração através da automatização nas áreas de segurança, de comunicação

e de controle e gestão de fluidos (VECCHI, OGATA, 1999).

A domótica é uma área relativamente nova, onde seu grande desafio é

fazer um sistema funcional prático e fácil de manusear e, ao mesmo tempo,

acessível para todas as classes sociais, o estímulo é integrar dispositivos

indispensáveis para o dia a dia sem deixar de implantar a comodidade de

dispositivos mais “luxuosos” como climatizadores, irrigadores automáticos e

motor da bomba da piscina, por exemplo.

Automatizando os sistemas consegue-se um aproveitamento melhor da

luminosidade ambiente, controlando luzes e persianas e mantendo sempre a

temperatura ideal, mas sem desperdício, obtendo-se uma redução no consumo

de energia. Um ambiente inteligente é aquele que otimiza certas funções

inerentes à operação e administração de uma residência (BOLZANI, 2004).

Sendo assim, a justificativa do projeto é alcançar o equilíbrio entre

segurança, comodidade e praticidade, e ainda assim, cortar gastos

desnecessários em todo e qualquer dispostivo da casa que dependa de

energia elétrica para funcionar.

Como qualquer novidade, a automação residencial, inicialmente, é

percebida pelo cliente como um símbolo de status e modernidade. No

momento seguinte, o conforto e a conveniência por ela proporcionados passam

a ser decisivos. E, por fim, ela se tornará uma necessidade e um fator de

economia (AURESIDE, 2000ª).

Dito isso, este projeto previu atingir os três fatores ao mesmo tempo:

modernidade, conforto e economia. Modernidade atinge-se através do tipo de

tecnologia empregada na construção desse sistema, através do projeto em si,

sendo que, a junção dos dispositivos da casa gerenciados por um único

controlador é um processo um tanto quanto moderno; Em seguida, visa-se

conforto pois os processos repetitivos da casa sendo pré-programados ou

acionados remotamente proporcianam maior comodidade e flexibilidade para o

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controlador, para o residente da casa que possui o sistema. E por fim, mas não

menos importante, a economia que resume-se em otimizar a utilização dos

dispositivos através da redução do consumo inapropriado e desnecessário de

energia elétrica pelos mesmos, por exemplo, a capacidade de desativar todas

as luzes da casa em qualquer hora do dia ou da noite, climatizador, ou algum

qualquer outro eletrodoméstico remotamente, enquanto não estiver sendo

utilizado, faz uma grande diferença nos gastos.

O grande diferencial do projeto é a utilização de um controle que

praticamente toda a população ja possui: O celular. Os aparelhos celulares

convencionais que utilizam a tecnologia GSM (Sistema Global para a

Comunicação Móvel), que são capazes de enviar e receber SMS (Short

Message Service) serão o foco do projeto. Todos os dispositivos serão

controlados remotamente através deles, não precisando de nenhum tipo de

conexão com internet, seja ela 3G ou Wireless. O desafio é criar um prototipo

funcional e acessível, pois o que geralmente apresenta um dos maiores gastos,

são os sofisticados controladores.

Hoje o conceito de Automação Residencial está mudado. Temos a

nosso alcance um leque de possibilidades práticas e econômicas que utilizam a

automação, desde a básica até a mais abrangente, em sistemas de integração

para diversos ambientes. O resultado é um ambiente prático, confortável,

agradável e mais seguro, de acordo com o interesse do usuário.

Trata-se da aplicação de sistemas de controle baseados na automação

para todas as funções encontradas no ambiente, integrando seus

acionamentos e visando sempre a praticidade, simplicidade e objetividade dos

comandos. Conforto, segurança, praticidade, lazer, tranquilidade e economia

são alguns benefícios que a automação residencial pode proporcionar.

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2 MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização do projeto de pesquisa, buscou-se o referencial teórico

como fundamento para as questões colocadas, por meio dos documentos

escritos e eletrônicos disponibilizados na literatura coerente com o tema. A

metodologia utilizada para a construção do Projeto de Pesquisa, que é um

protótipo, constitui-se em um experimento no qual foi desenvolvido uma

maquete de uma residência, que utiliza um sistema automatizado de

iluminação e de abertura e fechamento do portão da garagem através de um

controlador remoto, um aparelho celular convencional por meio de SMS (short

message service), comunicando-se com o microcontrolador central, localizado

na casa, com base no sistema GSM de comunicação. O trabalho de pesquisa

tem por função simular o funcionamento do sistema na prática, verificando

cada característica do sistema. Depois de concluído todo processo proposto,

será possível avaliar os resultados por meio da implementação e testes

realizados.

No projeto sera utilizada uma placa de controle a qual consiste em uma

plataforma de computação física, sistemas digitais ligados a sensores e

atuadores, que permitem construir sistemas que absorvem dados nas entradas,

na realidade, e respondem com ações físicas, baseadas em um conjunto de

pinos de entrada e saída microcontroladas e desenvolvidas sobre uma

biblioteca que simplifica a escrita da programação em C/C++.

No projeto essa placa (figura 1) ficará localizada no interior da casa,

sempre num estado de stand by (em espera), aguardando um código para

efetuar ou não alguma alteração de estado, para que seja efetuada a tomada

de decisão. Esta alteração de estado se dará por meio do código enviado pelo

controlador, contido na mensagem de texto. Quando o código for processado, a

placa de controle receberá essa informação e acionará uma respectiva saída e

ainda fará o feedback (retorno) entre o controlador, para o mesmo saber que a

mensagem foi recebida, e a decisão foi tomada. Essa decisão varia entre

controle das luzes, alarme, campainha/interfone e portão automático. A

variação oscila entre dois estados: ligado e desligado, 1 ou 0, comutado e não

comutado. Esse tipo de variação é caracterizada como digital, não tendo

estados intermediários.

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Nas figuras 1 e tabela 1, a demonstração da placa de controle.

Figura 1- Placa de Controle Arduino UNO.

Fonte: Robotizando (2011).

Tabela 1 - Especificações do hardware do Atmega2560:

Fonte: Robotizando (2011).

A programação do protótipo encontra-se disposta em algoritmos que

foram escritos em C e estruturada em condicionais no Apêndice A, pois é a

linguagem padrão de programação da placa.

Micro-controlador Atmega328P

Tensão de funcionamento 5V

Tensão de entrada (recomendado) 7-12V

Tensão de entrada (limites) 6-20V

Pinos E/S Digitais 14 (dos quais 6 são saídas PWM)

Pinos de Entrada Analógicos 6

Corrente DC por pino E/S 40 mA

Corrente DC por pino 3.3V 50 mA

Memória Flash 32KB

SRAM 2Kb

EEPROM 1KB

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Placa de comunicação GSM, a qual pode ser visualizada na figura 2, é

um modulo de integração com a placa de controle, uma extensão da mesma.

Por meio desta, é possível a conexão GSM (Sistema Global para a

Comunicação Móvel), trasmitindo e recebendo dados entre o controlador e o

sistema de controle com qualidade e velocidade por intermédio de mensagens

de texto. No protótipo, essa placa se acopla sobre a placa principal, portanto,

também ficará localizada no interior da residência. Essa placa é responsável

por recepcionar o chip GSM (Cartão SIM), que receberá e enviará as

mensagens de texto para o chip controlador, que se localizará no celular do

controlador da casa.

Na figura 2, a demonstração da placa de controle.

Figura 2 - Placa de Comunicação GSM

Fonte: Robotizando (2011).

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Maquete: o protótipo consiste em simular o sistema em uma residência

convencional, para que fique mais próximo do objetivo, que é um sistema

funcional e de baixo custo acessível para todas as classes sociais. Para dar

ênfase neste aspecto, foi escolhido um modelo de residência simples:

possuindo dois quartos, sala, cozinha, banheiro e garagem.

Nas figuras 4 e 5, a demonstração da planta da casa e da maquete real da

mesma.

Figura 4 – Planta da Residência

Fonte: Alugue Esta Casa (2010)

Figura 5 – Maquete da Residência

Autores (2013)

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A princípio, será implementado o sistema de iluminação através de um

conjunto de diodos emissores de luz: LEDs (Light emitting diodo). Este que é

um dos vários tipos de componentes eletrônicos, um semicondutor que possui

a capacidade de transformar energia elétrica em luz. LEDs são amplamente

utilizados na eletrônica e eletroeletrônica para sinalizar e/ou alertar mudanças

de estado, por exemplo, em dispositivos. Além disso, é de baixo custo, prático

e de fácil manuseio, portanto, analisando todas essas vantagens, foi decidido

que o LED foi o componente mais indicado para suprir as necessidades do

projeto.

Na figura 6, a demonstração de alguns LEDs.

Figura 6 – Diodo Emissor de Luz.

Fonte: Autores (2013)

Estes poderão ser acesos ou apagados por meio de dois tipos diferentes

de código de comando: um código de comando para acender ou apagar todas

as luzes da residência e mais outros códigos para acender ou apagar cada

respectivo cômodo individualmente. Desta forma, antes de dormir e/ou sair da

casa, por exemplo, o residente poderá apagar todas as luzes que possam ter

ficado acesas, fazendo com que desta forma ele diminua ou acabe com

desperdícios. O outro visa comodidade para o residente, capacitando-o de

acender cada respectivo cômodo pelo aparelho celular, sem precisar se

locomover até quaisquer interruptores.

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Em seguida, será feita a automatizaçao do portão em conjunto com o

sistema de controle por celular. O portão será basculante, como ilustrado na

figura 7.

Figura 7 – Portão Basculante

Fonte: Autores (2013)

O portão será aberto/fechado através do Motor MXN-13FB11D de

corrente contínua, que, por meio de uma placa de acionamento fará com que o

mesmo dispare tanto no sentido horário quanto no sentido anti-horário.

Na figura 8, a demonstração do Motor MXN-13FB11D

Figura 8 – Motor utilizado.

A placa de acionamento consiste na lógica de que quando a placa de

controle (arduino) emitir um sinal em nível alto, o transistor BC337 é chaveado,

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em seguida, o mesmo energiza a bobina do relé fazendo desta forma com que

o fluxo da corrente flua em sentido horário, rotacionando o eixo do motor,

fazendo o movimento de abertura do portão. Outra porta do arduino enviará

outro sinal de nivel alto pra placa, que repetirá o mesmo procedimento em

outro transistor BC337, entretanto, este segundo fará com que a corrente flua

no sentido anti-horário, rotacionando o eixo do motor, fazendo o movimento de

fechamento do portão.

Figura 9 – Placa de acionamento do portão

Fonte: Autores (2013)

A construção do protótipo pode ser realizada utilizando a seguinte lista de

materiais. Segue abaixo uma relação entre os materiais suas respectivas

quantidades e valores na tabela 2:

Tabela 2 - Lista de Materiais utilizados no Protótipo.

Unidade Material Valor R$

1 Circuito Integrado LM7805 R$ 4,00

2 Mini Relé 15A 24V R$ 7,00

3 Resistores R$ 1,00

6 Led 10mm R$ 5,00

2 Transistor BC337 R$ 1,40

1 Arduino UNO REV3 R$ 49,90

1 Módulo Sim900 Gsm R$ 199,90

1 Maquete de madeira R$ 100,00

TOTAL R$ 368,20

Fonte: autores (2013).

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4 Considerações finais

A domótica apresenta-se, atualmente, na posição de revolucionar os

ambientes residenciais por acoplar o novo aspecto: integrar os diversos

dispositivos e equipamentos da casa em um único controle central. Mesmo

com o ceticismo existente ainda uma situação por parte da clientela, percebe-

se que cada vez mais a sociedade e usuários precisam de resoluções na

automação em suas residências com o intuito da automatização de tarefas

simples diárias e repetitivas, aumento da segurança entretenimento e

economia.

Percebeu-se então um crescimento no mercado de consumo, mercado

esse que se encontra em desenvolvimento no Brasil. Porém, o desafio de

desenvolver tais sistemas não consiste apensas em aspectos de mercado. A

própria diferenciabilidade dos equipamentos obtidos, cada qual utilizando

diferentes parâmetros, se mostra um forte fator contribuinte para a

complexidade da junção desses sistemas num único eixo, que demandam

projetos flexíveis e customizados, bem como a compreensão, por parte do

profissional que os projeta, de um grande leque de diferentes tecnologias.

Portanto, chegamos a conclusão de que a automação residencial

classifica-se num desafio atual, buscando oferecer aos consumidores

interfaces intuitivas e rudimentares, assim como gerenciar os dados e

possibilitar o controle da casa independente da distância da mesma, por meio

de mensagens de texto, utilizando a eletrônica como base coadjuvante, para

protagonizar a sociabilidade, segurança, economia e bem-estar dos usuários.

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REFERÊNCIAS

AUTOMAÇÃO “Robôs estão chegando às pequenas e médias indústrias”. Disponível em: <http://www.nei.com.br/artigos/artigo.aspx?i=88>. Acesso em: 18/04/2012. ASSIS, W. O.; COELHO A. D. Automação industrial e robótica. 2009.

Disponível em: <http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/569>. Acesso em: 28 mar. 2012.

Controlador PWM L293D. Disponível em <http://extremeelectronics.co.in/>. Acesso em: 15 abr. 2013.

FIALHO, A. B.SolidWorks Premium 2009, Editora Erica,, 1a Edicao, São

Paulo, 2009.

JONES, J.L.; FLYNN A.M. Mobile robots: inspiration to implementation.

Wellesley (Mass): A.K.Peters, 1993. MAES P. Designing autonomous agents. MIT Press / Elsevier, (3rd printing)

1994. MARTINS, Agenor. O que é robótica. 1. ed. Brasília/DF: Brasiliense, 1993.

MAYER, Raymond R. Administração da produção. 1. ed. São Paulo: Atlas,

1990.

Microcontrolador Atmega328. Disponível em:

<http://www.robotizando.com.br/glossario.php>. Acesso em: 15 abr. 2013.

MIYADAIRA, A. N. Microcontroladores PIC18 - Aprenda e Programe em

Linguagem C. 1. ed. São Paulo: Erica,, 2009.

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Apêndice A – Exemplo da Programação

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial mySerial(2, 3); // RX / TX

String msg = String(""); // buffer de string para a mensagem do GPRS

int posSms = 0; // Defina a 1 quando o próximo GPRS contém a

mensagem de SMS

int led = 13; // Pin do LED para ligar ou desligar dependendo da

mensagem recebida

void setup()

{

mySerial.begin(9600); // inicializa comunicação software serial

Serial.begin(9600); // inicializa comunicação serial

}

void loop()

{

if(mySerial.available())

{

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char SerialInByte;

SerialInByte = (unsigned char)mySerial.read();

//Para Arduino IDE monitor

Serial.print( SerialInByte );

// Se a mensagem termina com <CR> então processar a

mensagem

if( SerialInByte == 13 ){ // ASCII 13 = CR

// Armazenar o char para o buffer de mensagem

ProcessaMsg();

}

if( SerialInByte == 10 ){ // ASCII 10 = LF

// Avança linha

}

else {

// armazenar o caractere atual no buffer de string de mensagem

msg += String(SerialInByte);

}

}

}

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void ProcessSms( String sms ){

if( sms.indexOf("Liga") >= 0 ){ // comando do sms para ligar o led

digitalWrite(led, HIGH); // coloca valor alto na porta onde vai estar o

led

}

if( sms.indexOf("Desliga") >= 0 ){ // comando do sms para desligar o led

digitalWrite(led, LOW); // coloca valor baixo na porta onde vai estar o

led

}

}

void ModoTextoSMS(){

mySerial.println( "AT+CMGF=1" ); // Definindo modo de texto para as

mensagens

}

void GprsReadSmsStore( String SmsStorePos ){

mySerial.print( "AT+CMGR=" ); // comando necessário para o modulo

receber sms

mySerial.println( SmsStorePos ); // define a leitura do sms por posição

}

// Limpar o buffer de mensagem do GPRS

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void limpaMsg(){

msg = ""; // deixa o buffer de mensagem vazio

}

// Interpretar a mensagem do GPRS e agir de forma adequada

void ProcessaMsg() {

ProcessSms( msg ); // chama a função para processar a msg e realizar

os acionamentos

limpaMsg(); // chama a função para limpar o buffer de mensagem

posSms = 0; // define a posição de leitura do sms para 0

}