Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Sistema Integrado de Segurana e Domtica
Jos Eduardo do Monte Moreira da Rocha Beleza
Dissertao realizada no mbito do
Mestrado Integrado em Engenharia Electrotcnica e de Computadores
Major de Telecomunicaes
Orientador: Prof. Dr. Mrio de Sousa
Janeiro de 2009
Jos Eduardo M. M. Rocha Beleza, 2009
i
Resumo
Hoje em dia, o conforto, segurana e poupana de energia so caractersticas
fundamentais numa habitao. Com a instalao de um sistema de automao todos estes
factores podem ser conseguidos satisfatoriamente. A domtica uma tecnologia que permite a
gesto de todos os recursos habitacionais, simplificando a vida diria das pessoas. Como
exemplo das capacidades da domtica, temos a possibilidade de automatizar rotinas e tarefas
de uma casa ou mesmo controlar a temperatura ambiente ou at a iluminao.
O trabalho descrito nesta dissertao teve a empresa Nibble Engenharia, Lda como
proponente, visto esta pretender alargar as ofertas domticas que de momento possui. O
objectivo principal da empresa prende-se com o lanamento no mercado de um sistema
domtico prprio que inove com a possibilidade de acesso remoto ao sistema. Para tal, foi
descrito neste projecto a especificao do software para mais tarde ser desenvolvido, a fim de
ser comercializado.
Perante esta vontade demonstrada pela empresa, foram especificadas duas interfaces
grficas que permitem o controlo da iluminao da habitao, gesto de utilizadores,
observao do estado do equipamento da habitao, programao de tarefas a determinadas
horas e datas, escolha de cenrios, assim como tambm foi pensado a existncia de
segurana tcnica, da qual fazem parte os sensores de inundao e gs, e segurana contra
intruso. Todas estas funcionalidades podero ser acedidas remotamente atravs da Internet e
em diferentes plataformas.
ii
iii
Abstract
Nowadays, comfort, security and energy saving are important characteristics in a home.
With the installation of an automation system, all this elements can be achieved satisfactorily.
Domotics is a technology that provides management to all home resources, making peoples
daily life easier. As an example of home automation capabilities, there is the possibility of
performing automatic routines or tasks and it is also possible to control the rooms temperature
or even the lighting automatically.
The work described in this thesis had Nibble Engenharia, Lda as its proposer since they
want to extend the domotics capability they have at the moment. The main goal of the company
is to be able to enter the domotics market with its own system that can innovate by being able to
be accessed remotely. For that, it was described in this thesis the software specification for it to
be developed later on in order to be commercialized.
With the companys purpose, two graphical interfaces were specified. These interfaces
make possible the control of the home lighting, the users management, to know the state of
each home equipment, the programming of tasks on a specific date and time, the possibility of
choosing different ambiences, as well as it also figures technical safety measurements, with the
flooding and gas sensors, and an alarm system. All these functionalities may be accessed
remotely through the web and in different platforms.
iv
v
Agradecimentos
Acima de tudo, gostaria de agradecer aos meus pais, por me terem dado esta oportunidade
e pelo apoio sempre incondicional.
Agradeo tambm aos amigos de longa data que sabem da sua importncia e que sempre
estiveram presentes por todo este meu percurso estudantil. Em especial, quero agradecer ao
Ricardo Teixeira pelas horas de sono que dedicou a ajudar-me e Ctia Santos pela
motivao que me deu.
Por fim, ao orientador, o Professor Dr. Mrio de Sousa, agradeo toda a sua disponibilidade
demonstrada assim como orientao ao longo desta dissertao.
vi
vii
A Ti
viii
ix
ndice
Resumo ..................................................................................................................................... i
Abstract ................................................................................................................................... iii
Agradecimentos ....................................................................................................................... v
ndice ....................................................................................................................................... ix
ndice de Figuras ................................................................................................................... xiii
Lista de Tabelas e Diagramas ............................................................................................... xv
Abreviaturas e Smbolos ...................................................................................................... xvii
Captulo 1 ................................................................................................................................ 1
1 Introduo ....................................................................................................................... 1
1.1 Enquadramento do Trabalho..................................................................................... 1
1.2 Motivao .................................................................................................................. 2
1.3 Estrutura do Documento ........................................................................................... 3
Captulo 2 ................................................................................................................................ 5
2 Estudo do Mercado ......................................................................................................... 5
2.1 Tecnologias Existentes ............................................................................................. 5
2.1.1 X-10 ................................................................................................................... 5
2.1.2 LonWorks .......................................................................................................... 7
2.1.3 CEBus ............................................................................................................. 10
2.1.4 KNX/EIB .......................................................................................................... 13
2.1.5 C-Bus ............................................................................................................... 18
2.2 Situao do Mercado Nacional ............................................................................... 20
2.2.1 Logic Home ..................................................................................................... 20
2.2.2 Cardio .............................................................................................................. 22
2.2.3 Mordomus Intelligent House Management .................................................. 23
x
2.2.4 Instabus/EIB .................................................................................................... 24
2.3 Potenciais Utilizadores ............................................................................................ 24
2.4 Concluso ................................................................................................................ 25
Captulo 3 .............................................................................................................................. 27
3 Descrio Geral do Sistema .......................................................................................... 27
3.1 mbito do Sistema ................................................................................................... 27
3.2 Perspectiva do produto ............................................................................................ 28
3.2.1 Interfaces de hardware, software e de comunicaes .................................... 28
3.2.2 Interface com utilizador ................................................................................... 28
3.3 Funes do Produto ................................................................................................ 29
3.4 Caractersticas dos utilizadores ............................................................................... 30
Captulo 4 .............................................................................................................................. 33
4 Especificao dos Requisitos ........................................................................................ 33
4.1 Processos do Sistema de Informao ..................................................................... 33
4.1.1 Alterar o estado das lmpadas da habitao .................................................. 33
4.1.2 Visualizao do Histrico de Potncia ............................................................ 35
4.1.3 Programao de Tarefas ................................................................................. 36
4.2 Viso Geral .............................................................................................................. 37
4.3 Funcionalidades especficas da Interface Grfica ................................................... 38
4.3.1 Gesto e controlo do estado dos dispositivos de rede.................................... 38
4.3.2 Programao e organizao de tarefas .......................................................... 40
4.3.3 Gesto de histricos e de dados ..................................................................... 41
4.4 Casos de Uso .......................................................................................................... 41
4.5 Performance de Software ........................................................................................ 61
4.6 Requisitos da base de dados .................................................................................. 61
4.7 Atributos do Software .............................................................................................. 62
Captulo 5 .............................................................................................................................. 63
5 Resumo de Tecnologias Web ....................................................................................... 63
5.1 Common Gateway Interface: ................................................................................... 63
5.2 ASP.NET: ................................................................................................................ 64
5.3 Java Server Pages: ................................................................................................. 65
5.4 Concluso: ............................................................................................................... 67
xi
Captulo 6 .............................................................................................................................. 69
6 Soluo Proposta .......................................................................................................... 69
6.1 Arquitectura do Sistema .......................................................................................... 69
6.2 Modelo Entidade Associao .................................................................................. 72
6.3 Modelo Relacional ................................................................................................... 74
6.4 Prottipo da Implementao da Interface Grfica................................................... 74
Captulo 7 .............................................................................................................................. 77
7 Concluso ..................................................................................................................... 77
7.1 Desenvolvimentos Futuros ...................................................................................... 77
8 Referncias ................................................................................................................... 79
xii
xiii
ndice de Figuras
Figura 2.1 Camadas do modelo CEBus e seus tipos de meios de comunicao fsica ... 10
Figura 2.2 Topologia Tpica CEBus ................................................................................... 12
Figura 2.3 Rede centralizada ............................................................................................. 14
Figura 2.4 Fonte de alimentao KNX/EIB ........................................................................ 15
Figura 2.5 Alimentao de duas linhas com uma s fonte ................................................ 15
Figura 2.6 Interligao de Linhas ....................................................................................... 16
Figura 2.7 Distncias Mnimas e Mximas entre Equipamentos ....................................... 16
Figura 2.8 Topologias de Rede .......................................................................................... 17
Figura 2.9 Envio de Mensagens na Rede.......................................................................... 17
Figura 4.1 Login ................................................................................................................. 42
Figura 4.2 Erro de Login .................................................................................................... 42
Figura 4.3 Incio Criana .................................................................................................... 43
Figura 4.4 Incio Empregado .............................................................................................. 43
Figura 4.5 Iluminao......................................................................................................... 44
Figura 4.6 Lmpadas ......................................................................................................... 44
Figura 4.7 Estores .............................................................................................................. 45
Figura 4.8 Alarme ............................................................................................................... 45
Figura 4.9 Vlvulas de segurana ..................................................................................... 46
Figura 4.10 AVAC .............................................................................................................. 46
Figura 4.11 Aquecimento ................................................................................................... 47
Figura 4.12 Ar condicionado .............................................................................................. 47
Figura 4.13 Aparelhos Elctricos ....................................................................................... 48
Figura 4.14 Cenrios.......................................................................................................... 48
Figura 4.15 Histrico .......................................................................................................... 49
Figura 4.16 Potncia consumida ....................................................................................... 49
Figura 4.17 Erro na potncia consumida ........................................................................... 50
Figura 4.18 Agendamento ................................................................................................. 50
Figura 4.19 Nova tarefa no agendamento ......................................................................... 51
Figura 4.20 Ajuda ............................................................................................................... 51
Figura 4.21 Desactivar Alarme na Pgina de Login .......................................................... 52
Figura 4.22 Habitao, Rs-do-cho ................................................................................. 53
xiv
Figura 4.23 Novo dispositivo instalado na habitao ......................................................... 53
Figura 4.24 Sala da habitao ........................................................................................... 54
Figura 4.25 Sala com estore seleccionado ........................................................................ 54
Figura 4.26 Adio de novo dispositivo, parte 1 ................................................................ 55
Figura 4.27 Adio de novo dispositivo, parte 2 ................................................................ 55
Figura 4.28 Adio de novo dispositivo, parte 3 ................................................................ 56
Figura 4.29 Alarme ............................................................................................................. 56
Figura 4.30 Configurao do alarme .................................................................................. 57
Figura 4.31 Configurao do ar condicionado ................................................................... 57
Figura 4.32 Cmaras .......................................................................................................... 58
Figura 4.33 Visualizao da imagem de uma cmara ....................................................... 58
Figura 4.34 Cenrios .......................................................................................................... 59
Figura 4.35 Edio de cenrios.......................................................................................... 59
Figura 4.36 Utilizadores ..................................................................................................... 60
Figura 4.37 Edio de utilizadores ..................................................................................... 60
Figura 4.38 Criao de novo utilizador .............................................................................. 60
Figura 6.1 Sistema nico. ................................................................................................... 70
Figura 6.2 Dois sistemas independentes s com uma BdD. ............................................. 71
Figura 6.3 Dois sistemas independentes, ambos com BdD. ............................................. 72
Figura 6.4 Modelo Entidade Associao 1. ........................................................................ 73
Figura 6.5 Modelo Entidade Associao 2. ........................................................................ 73
Figura 6.6 Modelo Entidade Associao 3. ........................................................................ 73
Figura 6.7 Tabulao Iluminao/Lmpadas. .................................................................... 75
Figura 6.8 Tabulao Agendamentos. ............................................................................... 75
Figura 6.9 Novo agendamento de tarefa. .......................................................................... 76
Figura 6.10 Tabulao Agendamento actualizada com nova tarefa.................................. 76
xv
Lista de Tabelas e Diagramas
Tabela 2.1 Modelos de Transmissor/Receptor .................................................................... 9
Diagrama 4.1 - Diagrama de actividades para alterar estado das lmpadas. ...................... 34
Diagrama 4.2 - Diagrama de actividades para visualizao do histrico de potncia. ........ 35
Diagrama 4.3 - Diagrama de actividades para a programao de tarefas. .......................... 36
Diagrama 4.4 - Diagrama de pacotes dos casos de uso. ..................................................... 37
xvi
xvii
Abreviaturas e Smbolos
ASP Active Server Pages
AVAC Aquecimento, Ventilao e Ar Condicionado
BCI BatiBUS Club International
bps bits por segundo
CAN Controller Area Network
CGI Commom Gateway Interface
CSMA/CDCR Carrier-Sensing Multiple Access with Collision Detection and Collision
Resolution
DVD Digital Versatile Disc
E.U.A. Estados Unidos da Amrica
EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory
EHSA European Home Systems Association
EIA Electronics Industries Association
EIB Electrical Installation Bus
EIBA European Installation Bus Association
GSM Global System for Mobile Communications
HTML HyperText Markup Language
IIS Internet Information Service
IP Internet Protocol
JDBC Java Database Connectivity
JSP Java Server Pages
KNX Konnex
LAN Local Area Network
NCS Network Controller System
OSI Open Systems Interconnection
PDA Personal Digital Assistant
SDRAM Synchronous Dynamic Random Access Memory
TCP Transmission Control Protocol
UTP Unshielded Twisted Pair
xviii
1
Captulo 1
1 Introduo
Este captulo inicial comea por descrever o enquadramento do trabalho sendo seguido pela
apresentao dos motivos que levaram sua realizao. Ser ento apresentada uma
organizao da dissertao com uma descrio sucinta dos assuntos abordados em cada
captulo.
1.1 Enquadramento do Trabalho
A domtica um conceito que visa a automatizao de edifcios, atravs do controlo e
monitorizao integrados dos diferentes sistemas de apoio sua explorao. uma tecnologia
recente que permite a gesto de todos os recursos habitacionais, simplificando a vida diria das
pessoas, satisfazendo as suas necessidades de comunicao, de conforto e segurana. Quando a
domtica surgiu com os primeiros edifcios nos anos 80, pretendia-se controlar a iluminao,
condies climticas, a segurana e a interligao entre os trs elementos.
Nos nossos dias, a ideia base a mesma e prende-se com um contexto domstico. Esta
tecnologia permite o uso de dispositivos para automatizar as rotinas e tarefas de uma casa.
Normalmente so feitos controles de temperatura ambiente, iluminao e som automaticamente,
podendo tudo ser controlado por uma central ou ento ser um sistema descentralizado. Em ambos
os casos, o sistema pode ser estabelecido para ser controlado remotamente pela Internet ou
mesmo pelo telemvel. Pelo conforto e comodidade que pode proporcionar, aliado a uma contnua
baixa do valor dos preos que esta tecnologia comporta, a domtica promete vir a ter muitos
adeptos.
2
Perante esta situao, a possibilidade da venda no mercado de um sistema domtica para
instalao numa habitao algo que uma empresa de electrnica poder ter em vista como um
negcio a explorar.
Este trabalho foi proposto pela empresa Nibble Engenharia, Lda ao professor coordenador
do projecto, Prof. Dr. Jos Antnio Faria, para ser realizado em meio misto, empresarial e
acadmico, nas instalaes da empresa e na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto,
no mbito da disciplina Dissertao, do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotcnica e de
Computadores.
A empresa Nibble Engenharia, Lda pretende comercializar um sistema integrado de
segurana e domtica. Para tal ser possvel, ser preciso o desenvolvimento de um projecto tanto
a nvel de hardware como de software. Esta dissertao centrou-se apenas no desenvolvimento
do software do sistema, sendo considerada a parte de hardware como algo posterior. Como
objectivo, a empresa quer um sistema embebido que permita um acesso remoto via Web de modo
a ser possvel controlar o sistema a partir de qualquer localizao com ligao Internet.
H quatro etapas de processo principais comuns a todos os processos de software:
Especificao do software onde a funcionalidade do software e as restries na sua
operao devem ser definidas;
Desenvolvimento do software aqui o software deve ser produzido de modo a que
atenda s suas especificaes;
Validao do software nesta etapa o software tem de ser validado para garantir que
faz o que o cliente deseja;
Evoluo do software finalmente, o software deve evoluir para atender s
necessidades mutveis do cliente [1].
Pretende-se elaborar a primeira etapa, especificao do software, para desenvolvimento futuro
de um equipamento para lanamento no mercado pela empresa.
1.2 Motivao
A automao de edifcios sempre foi vista como um artigo de luxo capaz de assegurar um
maior conforto, autonomia e segurana a uma habitao. Devido a estes atractivos, a domtica
vista aos olhos dos consumidores como algo apetecvel.
A Nibble Engenharia, Lda j comercializa um mdulo de comunicao GSM por si
desenvolvido, assim como um pequeno nmero de equipamentos para instalao numa habitao,
mas pretende alargar a capacidade de controlo domtico. Para alm disso, tm como principal
objectivo conseguir permitir um controlo remoto via Web do sistema j que essa capacidade ainda
no apresentada de momento pela empresa. Com todos estes atributos, a empresa pretende
criar um sistema capaz de rivalizar e superiorizar-se aos j existentes no mercado, de modo a
conseguir penetrar no mesmo.
3
Com este desafio de penetrao no mercado, ser necessrio o desenvolvimento de um
sistema que apresente uma qualidade igual ou superior aos sistemas j existentes mas a um
preo inferior.
A empresa no pretende desenvolver os seus prprios dispositivos mas sim utilizar
dispositivos fornecidos por revendedores que possam comunicar com o sistema a desenvolver.
necessrio que seja um sistema robusto e seguro, estando protegido de possveis ataques que
possam prejudicar o seu bom funcionamento.
Em termos de hardware, foi apresentado como possvel utilizao neste projecto uma placa
que est a ser desenvolvida num projecto paralelo a este. Esta placa tem como fim uma
diminuio do custo do equipamento que comunica com os dispositivos na rede. A placa consiste
em um processador de 200 MHz, memria flash de 8 Mb, assim como, memria SDRAM de 64
Mb, o que requeria um supervisionamento por parte de outro equipamento. Outra possibilidade
seria o uso de um processador mais potente que o da placa, e com uma memria superior, para
manter o sistema a instalar pela imprensa completamente independente.
Para se chegar ao fim desejado, ser necessrio levar a cabo um estudo minucioso de forma
a procurar solues eficazes.
1.3 Estrutura do Documento
Este documento descreve o trabalho realizado e apresenta-se dividido em sete captulos,
incluindo introduo e concluso.
O primeiro captulo est dividido em trs seces. Na primeira descrito o enquadramento do
trabalho realizado sendo seguida por uma seco onde se identifica a motivao que levou ao
desenvolvimento do mesmo, e terminando, nesta mesma seco onde apresentada uma
estrutura do documento.
De seguida, no captulo dois, apresentado um estudo do mercado, no que refere domtica.
Neste captulo encontram-se quatro seces. Na primeira seco feita uma exposio das
tecnologias existentes. Na seco seguinte figuram vrios sistemas que esto presentemente a
ser comercializados em Portugal. Seguidamente, apresentada uma seco onde so expostas
as vontades de potenciais utilizadores de domtica e, por fim, na ltima seco, feita uma
escolha ponderada da tecnologia a ser usada.
Quanto aos captulos trs e quatro, estes apresentam vrias seces onde so apresentados
os requisitos do sistema e casos de uso do mesmo.
No quinto captulo exposto um resumo de algumas tecnologias Web terminando com uma
concluso sobre as mesmas.
J no sexto captulo so apresentadas arquitecturas possveis do sistema e como estas sero
organizadas e estruturadas tendo em conta os estudos feitos nas outras seces.
Por fim, no ltimo captulo apresentada uma concluso do projecto realizado nesta
dissertao, seguido de possveis desenvolvimentos a serem realizados no futuro.
4
5
Captulo 2
2 Estudo do Mercado
Antes de se especificar qual das tecnologias de automao se iria utilizar no desenvolvimento
do produto, foi preciso elaborar uma pesquisa sobre as tecnologias existentes. A procura pela
melhor soluo foi assim pensada aps a anlise de diferentes aspectos.
Este captulo apresenta as tecnologias possveis para desenvolvimento da especificao do
software.
2.1 Tecnologias Existentes
2.1.1 X-10
O X-10 o protocolo mais antigo usado nas aplicaes domticas. Foi desenvolvido entre
1976 e 1978 com o objectivo de transmitir dados por linhas de baixa tenso a velocidade baixa de
apenas 50 bps e com custos muito baixos. Ao usar as linhas elctricas da habitao, no se torna
necessrio ter novos cabos para ligar os dispositivos.
O protocolo X-10 em si, no proprietrio, ou seja, qualquer fabricante pode produzir
dispositivos X-10 e oferec-los ao pblico a um preo reduzido. Graas, principalmente, ao seu
preo muito competitivo, os produtos X-10 so lderes no mercado residencial Norte-Americano
com as instalaes a serem realizadas por electricistas sem conhecimentos de automao ou
informtica ou at pelos prprios utilizadores, sendo um dos maiores veculos para a distribuio
destes produtos as grandes superfcies e os armazns de bricolage.
O X-10 de momento a tecnologia mais acessvel para a realizao de uma instalao
domtica no muito complexa.
6
Protocolo:
Existem trs tipos de dispositivos X-10: os que s podem transmitir ordens, os que s as
podem receber e os que as podem receber e enviar.
Os transmissores podem direccionar at 256 receptores. Os receptores vm dotados de dois
pequenos comutadores giratrios, um com 16 letras e o outro com 16 nmeros, que permitem
identificar uma direco das 256 possveis. Numa mesma instalao pode haver vrios receptores
configurados com a mesma direco, todos realizam a funo pr-designada, desde que um
transmissor envie um telegrama com esta direco. Evidentemente qualquer receptor pode
receber ordens de diferentes transmissores.
Os dispositivos bidireccionais, tm a capacidade de responder e confirmar a realizao
correcta de uma ordem, a qual pode ser muito til quando o sistema X-10 estiver ligado a um
programa de visualizao que mostre os estados em que se encontra a instalao.
Meio Fsico:
O protocolo X-10 usa uma modulao muito simples quando comparado com as que so
usadas noutros protocolos de controlo por correntes portadoras. O Transmissor/Receptor do X-10
est dependente do ciclo da onda sinusoidal de 50 Hz para introduzir, um instante depois desta
cruzar o zero, um sinal numa frequncia fixa.
Pode introduzir-se este sinal nos ciclos positivo ou negativo da onda sinusoidal. A codificao
de um bit 1 ou de um bit 0, depende de como este sinal emitido nos semi-ciclos. O 1 binrio
representado por um impulso de 120 kHz durante um milissegundo e o 0 binrio
representado pela ausncia desse impulso de 120 kHz. Num sistema trifsico, o impulso de um
milissegundo transmitido trs vezes para que coincida com a passagem pelo zero das trs fases.
Como tal, o tempo de um bit coincide com os 20 milissegundos que dura o ciclo do sinal, de
forma que a velocidade binria de 50 bps imposta pela frequncia da rede elctrica que temos
na Europa.
A transmisso completa de um telegrama X-10 necessita de onze ciclos de corrente. A trama
divide-se em trs campos de informao:
1. dois ciclos representam o Cdigo de Incio;
2. quatro ciclos representam o Cdigo de Casa (letras de A-Z);
3. cinco ciclos representam o Cdigo Numrico (1-16) ou o Cdigo de Funo (acender a
luz, apagar a luz, variar a luz, etc...).
Para aumentar a fiabilidade do sistema, esta trama transmitida sempre duas vezes,
separadas por trs ciclos completos de corrente. H uma excepo, nas funes de variao de
intensidade transmitido de forma contnua, pelo menos duas vezes, sem separao entre tramas
[2].
Principais desvantagens:
Para alm de ser muito precria, esta tecnologia est sujeita a grandes perdas devido a
interferncias. E embora nos Estados Unidos da Amrica estes equipamentos sejam facilmente
7
adquiridos, em Portugal no existe uma to grande variedade de distribuidores oficiais dos
produtos X-10. Deste modo, perde-se a facilidade de aquisio do produto como a que existe no
continente americano.
Postos estes problemas, est claro que optar por esta soluo no seria vivel para a
empresa.
2.1.2 LonWorks
A Echelon Corporation apresentou a tecnologia LonWorks no ano 1992 e desde ento
mltiplas empresas a tm vindo a usar para implementar redes de controlo distribudas e
automatizadas. Apesar de estar desenhada para cobrir todos os requisitos da maioria das
aplicaes de controlo, s tem tido xito a sua implementao em edifcios administrativos, hotis
e indstrias.
O xito que o LonWorks tem tido em aplicaes profissionais, nas quais importa muito mais a
fiabilidade e a robustez que o preo em si, deve-se a que desde a origem oferecem uma soluo
com arquitectura descentralizada, extremo-a-extremo, que permite distribuir a inteligncia entre os
sensores e os actuadores instalados e que cobre desde o nvel fsico at ao nvel de aplicao a
maioria dos projectos de redes de controlo.
Segundo a Echelon, o LonWorks um sistema aberto a qualquer fabricante que queira usar
esta tecnologia sem depender de sistemas proprietrios, o que permite reduzir os custos e
aumentar a flexibilidade da aplicao de controlo distribuda. Mas embora a Echelon use o
conceito de sistema aberto, como veremos posteriormente, isto no realmente verdade pois a
tecnologia no se pode implementar se no for num circuito integrado registado pela Echelon.
Protocolo:
Qualquer dispositivo LonWorks est baseado num microcontrolador especial chamado Neuron
Chip. Tanto este circuito integrado como o firmware que implementa o protocolo LonTalk, foram
desenvolvidos pela Echelon no ano de 1990.
Em relao ao Neuron Chip podemos salientar que:
Tem um identificador nico, o Neuron ID, o que permite enderear qualquer dispositivo de
forma unvoca dentro de uma rede de controlo LonWorks. Este identificador, com 48 bits,
gravado na memria EEPROM durante o fabrico do circuito;
Tem um modelo de comunicao que independente do meio fsico sobre o qual
funciona, isto , os dados podem ser transmitidos sobre cabos de pares do tipo telefnico,
correntes portadoras, fibra ptica, radiofrequncia, infravermelhos e cabo coaxial;
O firmware que implementa o protocolo LonTalk, proporciona servios de transporte e
routing extremo-a-extremo. Est includo um sistema operativo que executa e planifica a
aplicao distribuda e que maneja as estruturas de dados que so comunicadas pelos
dispositivos.
8
Estes circuitos comunicam entre si enviando telegramas que contm o endereo do
destinatrio, informao para o routing, dados de controlo, assim como, os dados da aplicao do
utilizador e um checklist como cdigo detector de erros. Todas as comunicaes de dados so
iniciadas num Neuron Chip. Um telegrama pode ter at 229 octetos de informao para aplicao
distribuda.
Os dados podem existir sob duas formas, a mensagem explcita ou a varivel de rede. As
mensagens explicitas so a forma mais simples de enviar e receber dados entre duas aplicaes
residentes em dois Neuron Chip do mesmo segmento LonWorks. As variveis de rede
proporcionam um modelo estruturado para a troca automtica de dados distribudos num
segmento LonWorks. So menos flexveis que as mensagens explcitas mas evitam que o
programador da aplicao distribuda esteja dependente dos detalhes das comunicaes.
No que diz respeito aos fabricantes, a Echelon s concedeu licena a trs fabricantes de
semicondutores, os quais tm de pagar pelos direitos de cada circuito fabricado. Para alm disso,
o desenho do Neuron Chip permanece secreto e nenhum outro fabricante, para alm destes trs,
pode fabricar este produto. Por estes motivos, ao no existir concorrncia real e de a produo
estar controlada pela Echelon, os preos no se reduziram tanto como deviam para permitir que
os dispositivos LonWorks tenham um preo competitivo para as aplicaes residenciais. Portanto,
apesar de a Echelon se empenhar em dizer que um sistema aberto, a realidade demonstra o
contrrio.
Meio Fisico:
O Neuron Chip proporciona uma porta especfica de cinco pinos que pode ser configurada
para actuar como interface de diversos transmissores/receptores de linha, e funcionar a diferentes
velocidades binrias. O LonWorks pode funcionar sobre RS-485 com isolamento ptico, acoplado
a um cabo coaxial ou de pares do tipo telefnico, sobre correntes portadoras, fibra ptica e,
inclusivamente, radiofrequncia ou infravermelho.
O transmissor/receptor encarregado de adaptar os sinais do Neuron Chip aos nveis de que
necessita cada meio fsico. Na tabela seguinte resumem-se as caractersticas mais importantes
dos cinco modelos mais usados actualmente.
9
Transceiver Meio Fsico Velocidade
Binria
Topologia de
rede
Distncia
Mxima
N
Dispositivos Outros
PLT-22 Correntes
Portadoras 5,4 Kbps
Qualquer uma
em redes de
baixa tenso, o
par de
condutores sem
alimentao
Depende da
atenuao entre
o emissor e
receptor e do
rudo na linha
Depende da
atenuao
entre o
emissor e
receptor e do
rudo na linha
Compatvel com
PLT-20 e PLT-21
TT-10A
Par de
condutores
tipo telefnico
78 Kbps
Barramento,
estrela ou anel.
Qualquer
combinao
destes.
500 m, at 2700
m com duplo
barramento e
impedncias nos
extremos
64 Compatvel com
FTT-10 e LPT-10
LPT-10
Par de
condutores do
tipo telefnico
78 Kbps
Barramento,
estrela ou anel.
Qualquer
combinao
destes.
500 m, at 2700
m com dois
barramentos e
impedncias nos
extremos
32,64,128 em
funo do
consumo
Capaz de
alimentar
dispositivos pelo
mesmo par de
condutores
TPT/XF 78 Par de
condutores 78 Kbps Barramento 1400 m 64
Nenhum. Isolado
com
transformador
TPT/XF 1250 Par de
condutores 1,25 Kbps Barramento 130 m 64
Nenhum. Isolado
com
transformador
Tabela 2.1 Modelos de Transmissor/Receptor
Compatibilidade LonMark:
A LonMark a associao dos fabricantes que desenvolvem produtos e servios baseados em
redes de controlo LonWorks. Esta associao especifica e publica as recomendaes e
implementaes que melhor se adaptam a cada um dos dispositivos tpicos das redes de controlo.
Para isso baseiam-se nos conceitos de objecto e perfil de funcionamento.
Os objectos LonMark formam as variveis que comunicam na rede de controlo ao nvel de
aplicao (nvel 7 do OSI). Estes objectos descrevem os formatos dos dados que comunicam nos
dispositivos e a semntica que se usa para os relacionarmos com outros objectos da aplicao
distribuda. Existem trs objectos que so bsicos, o actuador, o sensor e o controlador.
Os perfis funcionais detalham em profundidade a interface da aplicao distribuda com a rede
LonWorks e o comportamento das vrias funes implementadas.
Para no limitar o conjunto de funes ou objectos que os fabricantes podem instalar num
dispositivo Lonworks, os perfis funcionais so especificados com um conjunto de objectos ou
funes obrigatrios para alm de um conjunto opcional. Aqui est a razo de que apesar de
existirem milhares de produtos Lonworks nem todos tm a certificao LonMark [3] [4].
10
Principais desvantagens:
Devido ao seu custo, os dispositivos LonWorks no tm tido grande implementao nas casas,
sobretudo porque existem outras tecnologias com prestaes iguais e muito mais baratas. Aliado a
esta situao, pe-se tambm o facto de esta tecnologia no ser completamente aberta, o que
encarece todo o desenvolvimento sua volta.
Com a apresentao destas caractersticas, no se aceita a tecnologia LonWorks como algo a
considerar no futuro do desenvolvimento do sistema.
2.1.3 CEBus
O Consumer Electronic bus, CEBus, um protocolo de comunicao, ponto-a-ponto, de
mensagens de controlo relativamente curtas sobre os meios de comunicao disponveis numa
habitao. Este protocolo para automao domstica uma norma dos Estados Unidos, EIA
600, e surgiu h mais de dez anos. A norma CEBus surgiu em 1984, para dar resposta s
necessidades sentidas no seio da automao domstica devido inexistncia de uma forma
padronizada que permitisse aos diferentes dispositivos comunicarem entre si, incompatibilidade
entre os diferentes produtos existentes no mercado, provenientes de fabricantes distintos e
tambm devido incompatibilidade entre formatos, designadamente no que respeita aos
dispositivos de controlo remoto para televises, rdios e outros aparelhos, responsvel pela
enorme confuso no seio dos consumidores.
Protocolo:
O protocolo CEBus tem como referncia o modelo OSI, embora no inclua as camadas de
Apresentao, Sesso e Transporte (Figura 2.1).
Figura 2.1 Camadas do modelo CEBus e seus tipos de meios de comunicao fsica Imagem retirada de [5].
11
A norma EIA-600 especifica o formato da mensagem, a entrega desta e as regras de resposta
das camadas de aplicao, de rede, lgica e fsica. Tipicamente, os utilizadores compram os
componentes de software do protocolo, modificando a parte varivel deste, consoante a aplicao
desejada. Esta norma tambm define uma rede de comunicaes que suporta comunicao por
rede de energia elctrica, par entrelaado, cabo coaxial, sinalizao por infravermelhos,
sinalizao por radiofrequncia, fibra ptica, assim como, cabo udio-vdeo.
Com esta variedade de escolha do meio de comunicao, alguns sistemas de automao
podem ser instalados, sem necessidade de colocar nova cablagem. Estes sistemas podem usar a
rede elctrica para troca de dados entre os componentes e, para o controlo remoto, infravermelhos
ou radiofrequncia.
Todos os meios fsicos de comunicao transportam o canal de controlo CEBus e transmitem
a informao com o mesmo ritmo de transmisso, cerca de 8000 bps. Tambm podem transportar
canais de dados com larguras de bandas adequadas para vdeo e udio, dependendo do meio de
comunicao fsico. Os comandos e as informaes do estado so transmitidos no canal de
controlo na forma de mensagens, compostas por pacotes de bytes. A maior parte da especificao
do CEBus dedicada especificao do canal de controlo.
O formato das mensagens CEBus de controlo independente do meio de comunicao
usado. Cada mensagem contm o endereo destino, sem nenhuma referncia aos meios de
comunicao onde o emissor e o receptor esto colocados. Logo, o CEBus forma uma rede lgica
uniforme.
O CEBus suporta uma topologia flexvel. Um dispositivo pode ser colocado em qualquer lugar
onde seja necessrio e poder ligar-se a qualquer meio de comunicao, para o qual ter uma
interface CEBus apropriada. As mensagens podem ser enviadas entre os diferentes meios de
comunicao, atravs do uso de um dispositivo electrnico denominado encaminhador. Na Figura
2.2, pode visualizar-se uma rede CEBus tpica, com trs meios de comunicao interligados por
encaminhadores. Os sensores e actuadores so colocados nesta rede, no local que for mais
conveniente. O controlador, clustercontroller, ilustrado na figura, responsvel pela organizao
de uma aplicao que pode ser, por exemplo, a iluminao ou a gesto de energia.
12
Figura 2.2 Topologia Tpica CEBus Imagem retirada de [5]
Todos os pontos de ligao dos dispositivos em cada um dos meios de comunicao so
tratados logicamente tal como se estivessem num barramento. Esta tecnologia emprega
CSMA/CDCR, Carrier-Sensing Multiple Access with Collision Detection and Collision Resolution, o
que permite que qualquer dispositivo existente na rede possa aceder ao meio de comunicao a
qualquer momento. Contudo, um dispositivo que pretenda enviar um pacote de dados deve,
primeiro, verificar se a linha do barramento se encontra, nesse momento, desimpedida. Neste
caso, o pacote ser enviado, tal como sucede no protocolo IEEE 802.3 das redes locais de
transmisso de dados.
Todos os dispositivos lem o endereo de destino contido na mensagem. S o dispositivo que
possuir um endereo igual ao que vem na mensagem que l o contedo desta e actua em
conformidade com o mesmo.
No endereamento de mensagens, alm de se poderem enviar mensagens individuais, todos
os dispositivos ou grupos restritos de dispositivos podem ser alcanados por uma nica
mensagem contendo um endereo de difuso nico. Todos os dispositivos CEBus devem
responder ao endereo de difuso. Um dispositivo pode fazer parte de um ou mais grupos, o que
permite que uma nica mensagem seja enviada para um determinado grupo, por exemplo, para o
grupo dos alarmes. Cabe ao fabricante determinar se o dispositivo criado suporta, ou no,
endereamento de grupo e, no caso afirmativo, quantos grupos podem ser suportados. Todos os
membros do grupo recebem as mensagens que lhes so endereadas.
A tecnologia CEBus no usa um controlador central para gerir a entrega das mensagens de
controlo. Este distribudo entre os dispositivos e os encaminhadores que fazem a ligao dos
diferentes meios de comunicao [5].
13
Desvantagens:
A desvantagem mais significativa desta tecnologia deve-se a este protocolo ter sido criado
principalmente para ser utilizado nos Estados Unidos da Amrica. Isto faz com que o acesso a
equipamento que funcione com esta tecnologia seja difcil e dispendioso.
Para alm desta desvantagem, o facto de a tenso da rede elctrica nos E.U.A. e na Europa
ser diferente tambm invalida a capacidade de funcionamento dos equipamentos usados e
comercializados pelos norte-americanos. Perante esta diferena, os dispositivos teriam de ser
adaptados rede elctrica europeia para um funcionamento prprio.
2.1.4 KNX/EIB
O protocolo Konnex (KNX) uma iniciativa promovida por trs associaes europeias, a
European Installation Bus Association (EIBA), a BatiBUS Club International (BCI) e a European
Home Systems Association (EHSA).
Os objectivos desta iniciativa so:
Criar um nico standard para a domtica e automao de edifcios que cubra todas as
necessidades e requisitos das instalaes profissionais e residenciais no mbito europeu;
Melhorar as prestaes dos diversos meios fsicos de comunicao sobretudo na
tecnologia de radiofrequncia, fundamental para a efectiva consolidao da domtica;
Introduzir novos modos de funcionamento que permitam aplicar uma filosofia Plug&Play a
muitos dispositivos tpicos de uma casa;
Envolver as empresas fornecedoras de servios como as de telecomunicaes e de
electricidade, com o objectivo de desenvolver a telegesto nas casas.
Em suma, partindo dos sistemas EIB, EHS e BatiBUS, trata-se de criar um nico standard
europeu que seja capaz de competir em qualidade, prestaes e preos, com outros sistemas
norte-americanos como o Lonworks ou X-10. Pode afirmar-se que este protocolo ter o melhor do
EIB, do EHS e do BatiBUS.
Esta tecnologia KNX est considerada pelos prprios como sendo a nica de protocolo aberto
para sistemas de controlo de casas e edifcios. Dada esta situao, existem mais de 100
fabricantes de dispositivos KNX no mercado que oferecem mais de 7000 grupos de produtos
certificados pela associao KNX e de diferentes aplicaes de domnio.
Protocolo:
O KNX/EIB foi desenvolvido com o objectivo de constituir um sistema de gesto na rea das
instalaes elctricas para o accionamento de cargas, controlo ambiental e segurana, em
diferentes tipos de edifcios. Esta tecnologia pode ser instalada em grandes edifcios, como por
exemplo escritrios, escolas, hospitais e fbricas, assim como em residncias domsticas,
assegurando a monitorizao e o controlo de funcionalidades e processos, tais como luzes,
14
persianas, aquecimento, ventilao, ar condicionado, gesto de cargas, sinalizao e alarmes. Os
dispositivos da tecnologia KNX/EIB so alimentados atravs do prprio meio de comunicao, que
pode ser par entranado ou a linha de alimentao 230V. Existem, contudo, outros dispositivos
que requerem fontes de alimentao adicionais, como por exemplo dispositivos de rdio
frequncia e de infravermelhos. O EIB foi desenvolvido para fornecer um controlo tcnico
distribudo para gesto e vigilncia de edifcios, sendo usada uma transmisso srie de dados
entre os dispositivos ligados ao barramento (BUS). O KNX/EIB normalmente implementado
como um sistema descentralizado, mas tambm permite, quando requisitado, a implementao de
aplicaes centralizadas. A gesto descentralizada implementada dentro dos dispositivos,
podendo comunicar directamente entre eles sem recurso a nenhuma hierarquia ou dispositivo
supervisor de rede. Este tipo de gesto torna o sistema muito flexvel. Com o mesmo meio fsico, e
com os mesmos dispositivos, possvel implementar ambas as alternativas, estando o modo de
gesto centralizado ilustrado na Figura 2.3, na qual o controlador de aplicao representado
corresponde a um computador porttil.
Figura 2.3 Rede centralizada Imagem retirada de [6]
O barramento EIB adapta-se facilmente ao tamanho da instalao e s funes a executar,
podendo interligar mais de dez mil dispositivos.
A alimentao do sistema pode ser feita atravs de dois tipos de fontes de alimentao, com
ou sem filtro indutivo integrado. Cada fonte de alimentao possui dois ou trs leds, um led verde
para indicar a operao normal e um led vermelho para indicar sobrecarga, por exemplo, curto-
circuito. Existir um terceiro led amarelo, se a fonte de alimentao estiver equipada com
proteco contra sobretenso, tal como se ilustra na Figura 2.4.
15
Figura 2.4 Fonte de alimentao KNX/EIB Imagem retirada de [6]
Tendo como objectivo garantir um funcionamento seguro, cada dispositivo requer, no mnimo,
uma tenso de alimentao de 21V, consumindo 0,15W. Cada fonte de alimentao armazena
energia de forma a prevenir falhas com durao inferior a 100ms, podendo alimentar mais do que
uma linha, sendo neste caso necessria a introduo de um filtro indutivo na segunda linha, como
se pode ver na Figura 2.5.
Figura 2.5 Alimentao de duas linhas com uma s fonte Imagem retirada de [6]
Se mais do que 30 dispositivos estiverem interligados entre si numa rea reduzida, como, por
exemplo, num quadro de distribuio, a fonte de alimentao deve ser instalada na vizinhana
desse grupo. No caso de ser necessria a instalao de uma nova unidade de alimentao,
funcionando como reserva, esta deve ser colocada a uma distncia mnima de 200 m, podendo
ser utilizadas no mximo duas fontes. O filtro indutivo faz a interface entre o barramento e a fonte
de alimentao, assegurando o desacoplamento entre a alimentao e os dados, sendo
recomendado que se equipe o filtro com um interruptor de reinicializao, de forma a isolar a fonte
da linha, em caso de curto-circuito.
No que diz respeito topologia da linha, o sistema KNX/EIB est organizado segundo uma
estrutura hierarquizada, estando separado por Linhas e Zonas ou reas. A Linha KNX/EIB a
entidade mais pequena do sistema; sendo constituda por uma alimentao e por produtos
16
KNX/EIB, normalmente designados por participantes. Uma linha suporta um mximo de 64
participantes. No caso da instalao projectada prever mais de 64 participantes ter-se- de
acrescentar mais linhas. Para interligar as vrias linhas entre si necessrio definir uma linha
principal, onde todas as outras sero ligadas, atravs de Acopladores de Linha. possvel
interligar, no mximo, at 15 linhas secundrias linha principal. Ao conjunto de vrias linhas d-
se o nome de Zona ou rea KNX/EIB.
Figura 2.6 Interligao de Linhas
Dentro de cada segmento elctrico, existem limitaes fsicas, dado que a distncia mxima
entre fonte de alimentao e um dispositivo de 350 m, a distncia mxima entre dois dispositivos
de 700 m, o comprimento mximo do cabo 1000 m e a distncia mnima entre duas fontes na
mesma linha de 200 m. A Figura 2.7 ilustra essas mesmas distncias.
Figura 2.7 Distncias Mnimas e Mximas entre Equipamentos
Apesar destes limites, a estrutura mxima consegue suportar mais de 15000 dispositivos
KNX/EIB. Quando so usados repetidores, o nmero de dispositivos pode ascender aos 61000.
A diviso de um sistema em linhas e zonas vantajoso, pois assim as mensagens referentes
a uma determinada linha ou zona no interferem no trfego de mensagens de outra linha ou zona.
Assim, os acopladores tm como funo limitar a circulao de informaes, actuando como um
filtro selectivo e facilitando o processo de comunicao entre diferentes linhas e zonas.
17
Em termos de rede, um sistema KNX/EIB suporta vrios tipos de topologia de rede, dos quais
so exemplo as redes na Figura 2.8, mas em caso algum deve ser criado um circuito fechado, em
anel.
Figura 2.8 Topologias de Rede
Meio Fsico:
A tecnologia KNX/EIB pode ser suportada por diferentes meios. So exemplos desses meios o
par entranado, as correntes portadoras, a radiofrequncia, infravermelhos ou mesmo sobre
TCP/IP, sendo tambm possvel a interligao a qualquer outro sistema atravs de uma unidade
conversora "gateway". Esta ligao tanto pode ser feita na linha de rea, na linha principal ou em
qualquer outra linha do sistema. A comunicao entre um sensor, por exemplo, um Interruptor, e
um actuador, por exemplo, uma lmpada, feita pela sequncia de operaes que se ilustra na
Figura 2.9.
Figura 2.9 Envio de Mensagens na Rede Imagem retirada de [6]
Usando o protocolo EIB, o interruptor, inicialmente identificado pelo seu endereo fsico,
comunica com a lmpada atravs do correspondente endereo de grupo. A transmisso da
informao baseada na troca de dados codificados entre objectos de comunicao (caixas de
correio), que apenas podem transmitir telegramas com um nico endereo de grupo. Do lado
oposto, os objectos de comunicao podem subscrever diversos endereos de grupo, o que
18
permite receber telegramas de diferentes origens. Isto significa que todos os dispositivos do
barramento subscritos com o endereo de grupo correcto, como a nossa lmpada, recebero a
mensagem de comando do interruptor [7].
Desvantagens:
Devido existncia de uma quantidade bastante grande de fabricantes, o preo para
dispositivos semelhantes pode variar significativamente, mas, e embora seja um protocolo aberto,
preciso pagar uma quantia Associao KNX para ser reconhecido como fabricante de produtos
KNX. Perante esta situao, o valor de venda dos equipamentos KNX um pouco elevado em
comparao com dispositivos de outras tecnologias.
2.1.5 C-Bus
C-Bus um sistema de gesto e controlo, baseado em microprocessadores, de edifcios e
habitaes. usado para controlo de iluminao e outros servios elctricos, tais como, bombas,
aparelhos audiovisuais ou motores, quer seja um simples equipamento de iluminao com
controlo digital ou analgico, tais como lmpadas fluorescentes de intensidade regulvel, C-Bus
pode ser usado para facilmente controlar quase todo o tipo de carga elctrica.
De modo a assegurar uma operao rpida e eficiente, cada dispositivo C-Bus tem o seu
prprio microprocessador integrado, permitindo a cada unidade ser individualmente programada.
C-Bus usa um mtodo patenteado para fazer a actualizao do estado das unidades. Este
mtodo no requer um computador central ou um controlador central para trabalhar com as bases
de dados ou as lookup tables para operar. O estado de cada unidade C-Bus iniciado em
intervalos de tempo especficos, sem ser necessrio um controlador central. Cada equipamento
alocado a um intervalo de tempo exacto para transmitir o seu estado, estando sincronizado com
um impulso auto-gerado do relgio do sistema. Isto permite a transmisso de grandes quantidades
de informao num intervalo de tempo muito pequeno, com eficincia e fiabilidade pela rede,
levando a overheads de baixo processamento e a exigncia de baixa largura de banda.
O C-Bus como um sistema domtico usado principalmente na Austrlia. Hoje em dia, a
tecnologia C-Bus tambm est disponvel na sia e nos Estados Unidos da Amrica, com o nome
de SquareD, assim como tambm pode ser visto em alguns edifcios especficos no Reino Unido,
como o caso do novo estdio de Wembley e do Manchester City Football Club.
Esta tecnologia compatvel com TCP/IP, Creston, AMX, LonWorks, ModBus, Charmed Quark
Controller e mais alguns outros protocolos atravs de interfaces.
19
Protocolo:
O protocolo C-Bus um protocolo aberto e est disponvel no domnio do C-Bus Enabled,
contudo, necessrio acordar com uma licena. Tambm possvel tornar-se um parceiro C-Bus
enabled. Isto requer um pagamento, mas deste modo ser providenciado um grande nvel de
apoio para o desenvolvimento de produtos e certificao.
O sistema de cablagem de um sistema C-Bus usa cabo UTP (Unshielded Twisted Pair) de
categoria 5 como cabo de comunicao na rede. A categoria 5 da rede C-Bus usa uma topologia
de rede livre. O comprimento mximo de cabo a ser usado numa rede desta tecnologia no pode
ser superior a 1000 m. Contudo, este valor pode ser facilmente extensvel usando bridges de rede
C-Bus. At unidades podem ser instaladas numa rede C-Bus mas tal como o comprimento do
cabo, este nmero de unidades tambm poder ser aumentado usando bridges de rede.
O nmero mximo de redes com fio que o sistema pode ter numa instalao ser de 255,
tendo em conta que se se usar uma interface C-Bus Ethernet o tamanho do sistema ser apenas
limitado pelo endereamento IP. O nmero mximo de redes ligadas em srie rede local de
sete via bridges de rede, por exemplo, usando seis bridges.
Cada unidade tpica de C-Bus requer 18 mA @15-36 Vdc para operar. Contudo, algumas
unidades C-Bus podem necessitar de at 40 mA.
Mais do que uma fonte de tenso pode ser ligada rede C-Bus para providenciar tenso s
unidades mas ambas as fontes iro dividar a carga uniformemente. Cada rede tambm requer a
existncia de um relgio que gera a sincronizao da informao [8].
Desvantagens:
Uma das maiores desvantagens desta tecnologia prende-se com o facto de ainda no estar
muito disseminada na Europa. Este facto faz com que os equipamentos para serem usados com o
C-Bus apresentem preos demasiado elevados, sendo ainda mais caros que o equipamento
KNX/EIB.
Para alm do problema do preo, ainda h um outro obstculo que se deve rede elctrica
principal normalmente usada no ser compatvel com o uso dos cabos C-Bus. Logo, isso levaria a
ter de ser feita uma instalao completamente nova para a instalar este equipamento ou s poder
ser feito em edifcios novos. Contudo, poder ser usado o C-Bus wireless por radiofrequncia para
suplantar este problema.
20
2.2 Situao do Mercado Nacional
2.2.1 Logic Home
A LogicHome Solues Inteligentes para Edifcios, uma estrutura dentro do universo
Logicalc orientada para a domtica e a automatizao. Em 2003 A LogicHome desenvolveu uma
parceria com o Instituto Pedro Nunes, instituio da Faculdade de Cincias e Tecnologia da
Universidade de Coimbra, para o desenvolvimento de sistemas avanados de domtica
distribuda, utilizando protocolos de comunicaes com e sem fios.
O sistema comercializado por esta empresa, o sistema Logic Home, assenta em pilares
considerados fundamentais:
gesto e controlo de parmetros de segurana tcnica, tais como, fogo, fugas de gs e
inundao;
gesto de acessos e deteco de pessoas, numa perspectiva mltipla de segurana
de pessoas, bens e instalaes tendencialmente no intrusiva, conforto e ambiente,
assim como, a economia de energia;
gesto, comando e controlo da totalidade da instalao elctrica;
comando e controlo dos sistemas de conforto ambiental/climatizao temperatura e
humidade, com actuao programada sobre os mecanismos do ar condicionado e
aquecimento;
controlo de luminosidade interna e externa;
gesto domtica individualizada dos espaos de forma centralizada, com comando e
controlo distribudos;
gesto, central e distribuda, integrada por cenrios para comando e controlo
automatizados de todo o complexo domtico do empreendimento, baseados em
mecanismos seguros mas de fcil utilizao, para configurao, definio de cenrios
e autorizaes de utilizao:
integrao da domtica com as comunicaes, incluindo telefones fixos, mveis e
Internet, sendo este o veculo preferencial de utilizao do sistema pelos seus
utilizadores;
integrao com sistemas de lazer;
interligao com outros subsistemas tcnicos;
PDA para controlo do sistema;
acesso Remoto Gesto do Sistema, alarmes e vigilncia.
A base deste sistema centra-se no uso de redes CAN [9].
Controller Area Network (CAN):
As redes Controller Area Network (CAN) so um protocolo de redes de computadores
designado para permitir que microcontroladores e outros aparelhos comuniquem entre si sem ser
21
necessrio um computador que os albergue. Foi criado especificamente para ser aplicado a
automao automvel mas hoje em dia utilizada nas diferentes reas.
As redes CAN, as quais so um tipo de Network Controller System (NCS), consistem em redes
que abrangem um espao geogrfico desde uma Personal Area Network s Local Area Network
(LAN), dependendo do propsito para o qual vai ser utilizado. Pelo facto das CAN basearem-se na
aplicao de sistemas em tempo real, necessrio um controlo rgido de erros e garantia de
recepo de mensagens. As CAN baseiam-se no conceito do uso de mensagens geradas por
broadcast, contendo um dispositivo central controlador de mensagens.
Baseando-se em 4 pontos principais, as redes CAN trabalham com uma topologia de rede
fsica em estrela e lgica em barramento, enviando as mensagens por broadcast.
Implementao de Hardware:
O meio de transmisso para as redes CAN influencia directamente no funcionamento e
no envio correcto das mensagens, uma vez que estas precisam de ser fiveis e
transmitidas a alta velocidade.
A topologia fsica da rede tambm precisa ser analisada com cuidado. O comprimento
de cada ramo deve seguir a norma CAN, caso contrrio, a propagao das mensagens
pode ser prejudicada.
Transmisso simples:
As CAN devem funcionar mesmo em caso de existncia de uma falha na ligao
fsica, assim, uma CAN a transmitir por 2 pares de cabo capaz de operar normalmente
somente com 1 par.
Controlo de erros:
O controlo de erros do protocolo CAN a principal caracterstica deste tipo de rede.
Como as CAN so utilizadas em sistemas sensveis a falhas, o controlo de erros feito
pelos prprios dispositivos.
Boa limitao de falhas:
Se um dispositivo estiver danificado, pode resultar no envio de mensagens de erro na rede,
prejudicando assim a largura de banda. Este mecanismo de controlo de erros garante que as
mensagens sinalizadoras de eventos crticos possam ser enviadas com sucesso, garantindo a
integridade do sistema. Embora as mensagens sejam enviadas em broadcast, as colises no so
destrutivas como nas redes Ethernet, sendo que todas as mensagens so transmitidas com um bit
recessivo e outro dominante para determinar a prioridade na transmisso. Quando duas
mensagens so enviadas simultaneamente no meio, a mensagem com maior prioridade continua
a ser transmitida enquanto abortada a transmisso da mensagem de menor prioridade pelo
dispositivo originador do sinal. As mensagens bloqueadas so retransmitidas pelo controlador
central [10].
22
Desvantagens do sistema Logic Home:
O facto de ser uma soluo proprietria que desenvolve os seus prprios dispositivos, obriga a
que o utilizador sempre que tenha problemas seja obrigado a contactar a empresa. Esta situao
no de todo confortvel ao cliente.
Para alm disso, os equipamentos indicados para esta soluo domtica no sero
compatveis com a maioria dos sistemas domticos alternativos, sendo s teis para o uso no
sistema desta empresa.
2.2.2 Cardio
O Cardio um sistema de controlo domtico completo, centralizado para instalao em
vivendas de tipo unifamiliar. Este sistema pode acoplar-se instalao elctrica de uma vivenda,
tanto em construo, como j construda, com algumas modificaes relativamente instalao
normal. Este sistema domtico permite:
regular a intensidade da iluminao;
criar ambientes;
programar para ligar ou desligar as luzes do jardim, automaticamente,
respectivamente ao anoitecer ou ao amanhecer;
simular a presena quando est ausente;
controlar os aparelhos que existam na habitao;
controlar o ar condicionado ou o aquecimento da habitao, tanto localmente como a
partir de telefone ou computador externo;
controlar sistema de rega;
aceder a entradas de segurana de tipo mdico, incndio ou intruso.
O controlo de todas as funes deste sistema pode fazer-se atravs de uma consola tctil fixa,
a partir de uma consola tctil mvel, desde qualquer telefone da casa ou telefone exterior, assim
como, a partir de um computador [11].
Desvantagens:
Este sistema j apresenta uma interface com consola tctil para uma melhor interaco do
utilizador, mas tal como o sistema anterior, esta soluo tambm uma soluo proprietria o que
traz todos os problemas referidos anteriormente, sendo que neste caso no se sabe que tipo de
equipamento e comunicao utilizado dado que essa informao no disponibilizada.
23
2.2.3 Mordomus Intelligent House Management
Mordomus o primeiro sistema de domtica totalmente desenvolvido e produzido em
Portugal. um sistema criado para tornar a habitao mais eficiente energeticamente, mais
segura, mais autnoma e com a melhor comodidade para o utilizador.
O Mordomus constitudo pela interligao do sistema fsico de hardware, gerido e controlado
pelo software residente numa consola central, possibilitando uma infinidade local ou remotamente
de funes e configuraes de todo o sistema pelo utilizador.
Este sistema permite a configurao dos equipamentos que o constituem vontade do
utilizador atravs de uma consola tctil equipada com um interface grfico.
Como funcionalidades, este equipamento disponibiliza:
Interruptores inteligentes;
Iluminao inteligente;
Tomadas controladas;
Controlo de climatizao;
Segurana;
Ventilao controlada;
Persianas e cortinas;
Video-porteiro;
Alarmes tcnicos;
Alarmes de intruso;
Piscina e Rega de jardim;
Videovigilncia;
Sonorizao ambiente;
Acesso remoto via Internet;
Controlo por PDA;
Controlo por GSM [12].
Desvantagens:
Mais uma vez, foi tomada a opo de usar um sistema com protocolo fechado. A empresa que
comercializa este sistema optou por desenvolver todos os mdulos que pertencem ao sistema.
Dado a esta opo, o cliente e utilizador ficar sempre dependente da empresa para uma
actualizao ou mudana no servio, o que provoca desconforto ao utilizador.
Em princpio, e visto que todo o equipamento desenvolvido pela empresa que comercializa
este produto, este sistema tambm no dever ser compatvel com outros equipamentos dado que
no dada uma informao de contrrio.
24
2.2.4 Instabus/EIB
O sistema Instabus/EIB foi criado para obter um funcionamento econmico com um elevado
conforto e uma segurana abrangente. Estes so os principais requisitos impostos moderna
tecnologia de edifcios, tanto aos edifcios de escritrios e industriais, como aos edifcios de
habitao.
No sistema de edifcios Instabus/EIB, a comunicao entre a totalidade das funes domticas
possvel atravs de um barramento comum. Da resulta uma organizao coordenada dos
participantes localizados num s edifcio ou em imveis separados.
A flexibilidade alcanada atravs deste sistema extremamente vantajosa em termos
construtivos. A competncia das aproximadamente 140 empresas de renome reunidas na
associao EIBA demonstra que os aparelhos e o software de aplicao tambm estaro
disponveis no futuro, o que, no caso de alteraes de utilizao ou na hiptese de se pretender
ampliar progressivamente toda a instalao, oferece uma segurana quanto ao equipamento que
se instala [13].
Este sistema permite um controlo de um sem fim de dispositivos e equipamentos. Bastar
procurar nos catlogos os dispositivos que existam na altura da instalao do sistema e escolher o
que pretende adquirir
Desvantagem:
Este sistema, apesar de no ser proprietrio, requer que sejam empresas certificadas pela
KNX Association a vender os equipamentos necessrios para a instalao do mesmo. Isto faz com
que o preo de venda destes equipamentos certificados seja demasiado elevado em comparao
com as solues proprietrias apresentadas anteriormente.
2.3 Potenciais Utilizadores
Visto ter-se como objectivo a posterior venda de um sistema integrado de segurana e
domtica num mercado nacional, foi realizada uma prospeco sobre a vontade que potenciais
utilizadores de sistemas domticos teriam se fossem adquirir um produto desses.
Aps a inquirio de vrias pessoas, conclui-se que os principais requisitos de um sistema
domtico sero:
Capacidade de controlo e gesto da iluminao da habitao havendo tambm a
possibilidade de a iluminao ser controlada atravs de detectores de movimento;
Existncia de equipamento contra intruses;
Possibilidade de gesto e controlo do aquecimento e ar condicionado;
25
Visualizao de imagens de cmaras instaladas na habitao atravs de um circuito
fechado de televiso;
Possibilidade de controlo de estores;
Existncia de alarmes tcnicos de sinalizao, tais como alarmes de incndio, gs ou
inundao;
Sistemas automticos de rega e de controlo da piscina;
Controlo sobre o home theater;
Capacidade para controlar e gerir os diversos electrodomsticos da habitao;
Possibilidade de acesso remoto, quer atravs de um computador como tambm
atravs de um PDA.
Estes requisitos so as vontades demonstradas pela maior parte das pessoas inquiridas.
2.4 Concluso
Aps uma anlise das diversas tecnologias anteriormente apresentadas, e tendo em ateno
as vontades demonstradas por potenciais utilizadores, chega-se concluso de que a melhor
tecnologia a usar ser a KNX/EIB.
A KNX/EIB , de momento, a tecnologia mais difundida na Europa. Para alm disso, j existem
equipamentos capazes de responder s vontades dos potenciais utilizadores e podem ser
facilmente adquiridos nos vrios revendedores j existentes em Portugal, tal como pretende a
empresa.
Outra das razes para esta escolha prende-se com o facto de esta ser uma tecnologia fivel.
Embora seja um pouco dispendiosa, possvel optar por dispositivos com menos detalhe esttico
e a preos mais acessveis mas que tero na mesma o certificado de qualidade da associao
KNX.
Em suma, optando por esta tecnologia, estamos perante um sem fim de equipamentos com
diversas possibilidades a nvel domtico. No tero de ser equipamentos desenvolvimentos
especificamente para uma determinada situao, bastando apenas interligar os tipos de
dispositivos pretendidos para se criar um sistema domtico.
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27
Captulo 3
3 Descrio Geral do Sistema
Os sistemas domticos devero ter capacidade de interaco com os diversos equipamentos
de um edifcio ou de uma habitao (ar condicionado, luzes, segurana, electrodomsticos,
aparelhos de multimdia, etc.). Pretende-se criar um sistema que permita a gesto e controlo da
totalidade da rede domtica via Web atravs de um software.
Os diferentes equipamentos existentes na rede podero ser geridos atravs de uma Interface
Grfica. Para se disponibilizar um acesso remoto ao sistema domtico com a possibilidade de ser
usado um servidor de baixo custo, sero criadas duas Interfaces Grficas diferentes em que uma
permitir a visualizao e controlo dos equipamentos da rede e outra interface que permitir a
configurao da anterior e que ter mais funcionalidades disponveis.
Este captulo tem como finalidade especificar um conjunto de requisitos associados
implementao dum Sistema de Informao, para controlo dos diferentes equipamentos domticos
e organiza-se segundo a norma IEEE STD 830-1998, dando assim uma estrutura reconhecida
internacionalmente s especificaes das Interfaces Grficas para garantir a melhor compreenso
possvel antes do seu desenvolvimento [14].
3.1 mbito do Sistema
O Sistema de Informao especificado dever, no mbito das actividades produtivas, permitir
o controlo dos dispositivos domticos dispersos pela habitao.
A Interface Grfica a desenvolver confina-se s actividades de controlo operacional,
nomeadamente no controlo de equipamentos. A nvel de gesto, a Interface Grfica dever
permitir definir Tarefas, Cenrios e visualizao de ocorrncias alarmsticas e de consumos de
potncia.
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Atravs do armazenamento e tratamento da informao recolhida, o sistema ter a capacidade
de gerar e disponibilizar relatrios de alarmes e potncias consumidas contendo indicadores
estatsticos. Estes indicadores estatsticos destinam-se a posterior anlise da qualidade no tendo
como objectivo um controlo estatstico da habitao.
3.2 Perspectiva do produto
A Interface Grfica dever integrar um sistema a ser desenvolvido posteriormente, sistema
este que estar responsvel pela actualizao da base de dados sobre o estado dos dispositivos e
pela actualizao do estado dos equipamentos da rede.
A Interface Grfica dever ter acesso base de dados actualizada com as informaes
provenientes desse sistema, assim como tambm dever tar possiblidade de actualizao directa
da prpria base de dados.
3.2.1 Interfaces de hardware, software e de comunicaes
A Interface Grfica a desenvolver ser instalada num servidor com webserver Apache e com
base de dados PostgreSQL, e poder ser acedida a partir de qualquer terminal com acesso
Internet, seja ele um computador ou telefone mvel com tecnologia 3G, visto que estar em
comunicao com um mdulo GSM.
Por outro lado dever ser possvel a importao e exportao de dados da Interface Grfica
para a base de dados, bastando para tal dar a ordem para que o mesmo acontea.
3.2.2 Interface com utilizador
A interface dever ser baseada num browser que pode existir tanto em sistema operativo
Windows como em Linux. O contedo dinmico das interfaces ser gerado pelo servidor.
O browser a utilizar dever funcionar como janela normal. O acesso dever ser concedido
atravs de autenticao do Utilizador. Esta autenticao dever ser efectuada logo no incio da
sesso no permitindo o acesso caso esta autenticao no se realize.
Fisicamente, a interface com o utilizador poder ser feita atravs de qualquer equipamento
com acesso Internet, quer seja um computador pessoal, PDA ou mesmo um telemvel com
tecnologia 3G.
Existiro diferentes nveis de acesso de Utilizador que restringir o acesso a algumas
funcionalidades. As permisses dos diferentes utilizadores sero apresentadas em pormenor mais
frente no documento.
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A Interface Grfica dever seguir o seguinte padro, de forma a se apresentar com um
aspecto consistente e agradvel. Desta forma estabeleceram-se algumas regras:
Fonte: Arial, tamanho 8;
Botes: devem aparecer no lado esquerdo para o caso das diferentes tabulaes e
centrados caso no direccionem para uma diferente tabulao;
Os TextBox e CheckBox devem ter uma altura de 30 pxeis e devem estar alinhados com
os restantes campos;
3.3 Funes do Produto
O Sistema de Informao compreende cinco funcionalidades base:
Acesso remoto a partir de qualquer ponto com Internet:
O Sistema de Informao dever permitir o acesso interface remotamente a partir de
qualquer equipamento que tenha capacidade de ligao Internet. Este acesso s
funcionalidades da interface estar pendente de autenticao do utilizador atravs de nome de
utilizador e palavra-chave.
Para o acesso ser feito atravs de um telemvel ou PDA os equipamentos tero de estar
equipados com tecnologia 3G.
Recolha e tratamento de informao contida numa base de dados:
O Sistema de Informao ser capaz de recolher e tratar dados referentes iluminao, tanto
de lmpadas como de estores, ao alarme da habitao, s vlvulas de emergncia de gs e gua,
ao aquecimento e ar condicionado, assim como, referentes rega e mquinas da piscina.
Quando for pedida uma informao do estado dos equipamentos, o Sistema de Informao
dever ser capaz de aceder aos dados presentes na base de dados e de os mostrar de forma
tratada. Paralelamente, o sistema actualizar os dados existentes na base de dados consoante
haja mudanas do estado do equipamento.
Acesso e definio de tarefas a realizar e cenrios a utilizar:
Tanto as tarefas como os cenrios devero ser editveis e criadas por um utilizador com
acesso a essa funcionalidade. O sistema deve permitir o acesso s tarefas e cenrios aos
utilizadores com nvel de acesso correspondente.
Estas funcionalidades permitiro a programao de eventos para uma utilizao mais prtica
das funcionalidades do sistema.
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Indicadores estatsticos:
O sistema deve gerar, conforme o pedido do utilizador, valores estatsticos para fins
informativos do prprio utilizador. Estes valores estatsticos so referentes aos consumos de
potncia dos equipamentos que estaro instalados na rede domtica e sero dados valores
dirios, mensais e do intervalo desejado.
Histrico de ocorrncias:
O sistema ter a capacidade de armazenar informao em base de dados referente a
ocorrncias que tenham existido na rede domtica.
3.4 Caractersticas dos utilizadores
Destacam-se no Sistema de Informao especificado quatro tipos de utilizadores com
diferentes nveis de acesso: Administrador, Empregado, Idoso e Criana.
Administrador:
O nvel de acesso Administrador dar acesso a todas as funcionalidades da Interface Grfica
no tendo, por consequncia, qualquer restrio de acesso. Um utilizador com nvel de acesso de
Administrador ser o proprietrio ou co-proprietrio da habitao. Este o nico nvel de acesso
que permite a alterao de propriedades do sistema de alarme de segurana da habitao e
alterao de valores pr-definidos nos equipamentos. Este nvel de acesso tambm permitir a
remoo de Utilizadores j existentes no sistema.
Empregado:
Este nvel de acesso no ter todas as funcionalidades da Interface Grfica disponveis. O
controlo de todas as luzes e estores da habitao, assim como a programao de Cenrios e
agendamento de tarefas sero opes s quais este nvel de acesso no ter acesso.
O nvel de acesso empregado existe para o proprietrio da habitao ter a possibilidade de
permitir pessoas estranhas ao ambiente familiar entrarem na habitao sem assumir um risco
maior.
Idoso:
Um utilizador com nvel de acesso Idoso ter o agendamento de tarefas bloqueado. Isto deve-
se ao facto de no ser algo necessrio e que possa evitar gastos exagerados de energia e
recursos.
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Criana:
Tal como no caso do nvel de acesso Idoso, o nvel de acesso Criana tambm no permite o
agendamento de tarefas assim como tambm tem bloqueado o controlo do sistema de rega e
piscinas pelas mesmas razes explicitadas no nvel anterior mas ainda mais para evitar gastos
excessivos por falta de responsabilidade inerente condio de criana, permitindo na mesma
que jovens acedam aos restantes equipamentos.
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Captulo 4
4 Especificao dos Requisitos
Neste captulo ser apresentado com maior detalhe algumas das funcionalidades que se
pretendem que sejam implementadas na Interface Grfica.
4.1 Processos do Sistema de Informao
4.1.1 Alterar o estado das lmpadas da habitao
Sempre que se pretenda alterar o estado das lmpadas da habitao, o utilizador dever
proceder como descrito no Diagrama 4.1 quanto sua interaco com o Sistema de Informao.
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Diagrama 4.1 - Diagrama de actividades para alterar estado das lmpadas.
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4.1.2 Visualizao do Histrico de Potncia
O diagrama apresentado seguidamente descreve a interaco do Sistema de Informao com
o Utilizador no caso em que esta pretenda verificar o histrico de potncia.
Nesta funcionalidade ter a possibilidade de visualizar dados existentes na base de dados.
Ter tambm a possibilidade de eliminar os dados pretendidos ou todos os dados j existentes.
Diagrama 4.2 - Diagrama de actividades para visualizao do histrico de potncia.
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4.1.3 Programao de Tarefas
Uma viso mais global do processo de programao de tarefas til no desenho do Sistema
de Informao. Como tal, descrito de seguida em diagrama de actividades, o fluxo de
procedimentos relativo a este processo.
Faz-se notar que o diagrama pretende descrever os passos associados programao de
tarefas a serem executadas pelo sistema.
Diagrama 4.3 - Diagrama de actividades para a programao de tarefas.
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4.2 Viso Geral
A Interface Grfica dever estar preparada para uma interaco com diferentes utilizadores
com acesso a funcionalidades distintas. Como tal, pretende-se representar estes processos de
utilizao por um diagrama global que permite uma visualizao mais clara do sistema.
Todos os elementos envolvidos no Sistema de Informao sero representados no diagrama
seguinte, sendo as permisses e funes de cada um evidenciadas atravs das ligaes a cada
sub-sistema. Os actores sero descritos detalhadamente no ponto seguinte deste documento.
Diagrama 4.4 - Diagrama de pacotes dos casos de uso.
Utilizador:
Representa todos os utilizadores humanos que interagem com o Sistema de Informao,
dividindo-se em quatro nveis de acesso, dependendo do grau de permisses de cada um, tal
como j foi visto anteriormente.
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Base de dados:
o sistema de armazenamento dos dados sobre o estado dos equipamentos da habitao e
de acontecimentos passados. tambm nesta base de dados onde ficam guardados os dados de
autenticao dos utilizadores, assim como o nvel de acesso respectivo.
Rede Domtica:
Representa a ligao que permite a comunicao com os equipamentos interligados em rede
na habitao.
4.3 Funcionalidades especficas da Interface Grfica
A Interface Grfica ter de ter funcionalidades especficas de forma a ser capaz de
corresponder ao seu propsito. Como o destino o mercado nacional, a interface apresentar-se-
totalmente em portugus, e para quando for acedida por novos utilizadores existir uma seco de
apoio ao uso da interface.
Uma das caractersticas da interface ser a possibilidade de visualizao da localizao da
posio onde se encontra o utilizador na Interface Grfica. Esta informao ser dada por uma
barra de localizao no topo da interface que indicar onde se encontra o utilizador na sua
navegao. Com esta funcionalidade, o utilizador ser capaz de retroceder para uma localizao
anteriormente visitada apenas com um clique sobre a localizao pretendida. Esta funcionalidade
far com que haja maior facilidade na navegao pela interface grfica visto que ao apresentar a
localizao presente ir fazer com que o utilizador saiba onde se encontra apenas observando a
barra.
As outras capacidades do sistema baseiam-se na gesto e controlo do estado dos dispositivos
da rede, na programao e organizao de tarefas e na gesto de histricos e de dados.
4.3.1 Gesto e controlo do estado dos dispositivos de rede
Por dispositivos existentes na rede da habitao, compreendem-se os equipamentos ligados
iluminao, lmpadas e estores, os sensores orientados para o alarme de proteco da habitao,
as vlvulas de emergncia do gs e gua, o aquecimento e o ar condicionado, assim como, o
equipamento de rega e as mquinas da piscina e as imagens das cmaras de vigilncia.
Um utilizador de nvel de acesso de Administrador ter a possibilidade de visualizar a
habitao, piso por piso, onde o estado dos equipamentos existentes nas diferentes divises
poder ser conferido e alterado. Se tiver sido adicionado algum equipa