Carta de apresentação

Santo André, 31 de agosto de 2015.
À Ilustríssima Pró-Reitora de Pesquisa,
Profª. Dra. Marcela Sorelli Carneiro Ramos

Encaminho o relatório do(a) aluno(a) Alberto Tadaho Hoshina referente ao projeto de pesquisa junto ao programa de Iniciação Científica na modalidade PIBIC no edital 2014/2015. (descrever o desempenho do aluno durante a pesquisa).

Nome e assinatura do Orientador:

_______________________________________________________ Prof. Dr. Guiou Kobayashi

ALBERTO TADAHO HOSHINA

Automação Elétrica Residencial em conjunto com a Internet das Coisas

Trabalho submetido à Universidade Federal do ABC como parte dos requisitos para a conclusão do projeto de pesquisa de Iniciação Científica.

Prof. Dr. Guiou Kobayashi Orientador Centro de Matemática, Computação e Cognição – UFABC Alberto Tadaho Hoshina
Orientado

Santo André - São Paulo
31 de agosto de 2015
LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Exemplo de uma casa Inteligente com equipamentos inteligentes que usam os conceitos da Internet das Coisas [7] 6 Figura 2 - Infográfico "Automação Residencial e Internet das Coisas" (tradução livre) [9] 9 Figura 3 - Consumo de energia em residências privadas brasileiras (em %) [11] 10 Figura 4 - Curvas de consumo energético nas residências privadas brasileiras. [11] 10 Figura 5 - Interruptor simples para acionamento de uma lâmpada 11 Figura 6 - Acionamento de uma lâmpada com interruptores paralelos 12 Figura 7 - Sistema Integrado de acionamento remoto e manual 13 Figura 8 - Transmissor e receptor de rádio frequência 433 Mhz [12] 14 Figura 9 - Circuitos codificadores e decodificadores em radio frequência [13] 15 Figura 10 – RLRduino [19] 17 Figura 11 - Ethernet Shield [19] 17 Figura 12 - ArduínoMega 2560 [20] 17 Figura 13 - Ligação entre o relé de 5V, a rede 110/220V e o Arduíno [21] 18 Figura 14 - Modulo de acionamento 5V-110/220V 18 Figura 15 - Montagem do prototipo completa, Arduino+Ethernet Shield+Modulo de acionamento 5V-110V/220V 19 Figura 16 - Banco de Dados criado em MySQL de acordo com o código acima 20 Figura 17 - Pagina em HTML para o acionamento do dispositivo 21 Figura 18 - Resultado dos valores salvos no banco de dados em MySQL utilizando a interface do phpMyAdmin 24

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Cronograma das Atividades Realizadas 25

Sumário

LISTA DE FIGURAS 3 LISTA DE TABELAS 3 1. INTRODUÇÃO 5
1.1. Objetivos e relevância do projeto 7
1.2. Metodologia e atividades 7 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 8
2.1. Revisão e Pesquisa Bibliográfica 8 3. Estudos de construção e viabilidade do projeto 11
3.1 Hardware 11
3.2 Software 15 4. PROTÓTIPO 16 5. CONCLUSÕES DOS RESULTADOS 25 6. CONCLUSÕES DA PESQUISA CIENTIFICA 26 7. CRONOGRAMA DO PROJETO 27 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 28

1. INTRODUÇÃO

“Na maioria das organizações, a informação viaja ao longo de rotas conhecidas. As informações privadas são hospedadas em bancos de dados e analisadas assim gerando relatórios que em seguida são levados a cadeia de gestão. As informações também se originam externamente - recolhidas a partir de fontes públicas, colhidas a partir da internet ou compradas de fornecedores de informação.
Mas os caminhos previsíveis da informação estão mudando: o próprio mundo físico esta se tornando um tipo de sistema de informação. No que é chamada de internet das Coisas, sensores e atuadores incorporados em objetos físicos – desde estradas a marca passos - são ligados através de redes com e sem fio, muitas vezes usando o mesmo protocolo de internet (IP) que os conecta a Internet. Estas redes despejam grandes volumes de dados que fluem para os computadores para análise. Quando os objetos tanto podem sentir o ambiente quanto se comunicarem, eles se tornam ferramentas para a compreensão da complexidade e respondem a ela rapidamente.” [1] (Tradução Livre) A Internet das Coisas (do inglês - Internet of Things ou Web of Things) é definida como a interação entre dispositivos conectados a internet, de acordo com o protocolo certo, a fim de trocar informações e se comunicarem. A Internet das Coisas é "o material de objetos conectados a Internet”. Tendo assim dois principais significados: primeiro, o centro da rede e da infraestrutura continua sendo a internet é na internet que está à base da extensão e expansão da rede; e segundo, o usuário final é estendido e expandido para qualquer objeto ou objetos permitindo a troca de informação e comunicação a fim de alcançar interesses em comum fazendo assim com que qualquer coisa com inteligência tenha uma presença online, gerando dados que podem ser usados de formas inimagináveis atualmente. [2], [3], [4]
Um dos principais segmentos que tem impulsionado a Internet das Coisas é a área da automação residencial, também conhecida como Domótica. A medida com que a tecnologia foi evoluindo, diminuindo e barateando os componentes eletrônicos, a possibilidade de integrar diversos equipamentos elétricos e eletrônicos entre si e com a internet tem se tornado algo cada vez mais comum e tem chamando muita atenção, ganhando um grande destaque ultimamente devido às inúmeras aplicações possíveis. [4], [5]
A ideia da aplicação da Internet das Coisas em conjunto com a automação elétrica residencial é a de criar uma espécie de Smart Grid (uma rede de consumo inteligente) integrando elementos residenciais a internet como o comportamento de consumo elétrico de uma residência e através dele buscar soluções em relação à redução do consumo e ter um consumo mais inteligente assim minimizando gastos energéticos e aumentando o conforto dos usuários. [6], [7]

Figura 1 - Exemplo de uma casa Inteligente com equipamentos inteligentes que usam os conceitos da Internet das Coisas [7]
Figura 1 - Exemplo de uma casa Inteligente com equipamentos inteligentes que usam os conceitos da Internet das Coisas [7]

Para que isto seja possível, é necessária a utilização de uma ferramenta capaz de criar objetos e ambientes interativos, que possam analisar o ambiente e a partir disto tomar decisões sobre o que deve ser feito.
Em 2005 foi desenvolvida uma plataforma eletrônica de prototipação constituída de uma placa micro controladora que utiliza uma linguagem específica, baseada em Wiring, chamada Arduino. Esta ferramenta pode sentir o ambiente recebendo informações de uma diversidade de sensores com os quais é compatível, e com estas informações enviar comandos a luzes, motores ou outros atuadores. [8]
Neste projeto, além de receber sinais de sensores, é de vital importância a conexão de rede para envio e recebimento de sinais, funcionalidade não existente em um Arduino, mas que pode ser integrada a partir de Shields, que são acessórios que podem ser acoplados ao micro controlador. A Shield que permite conexão com a internet é a Ethernet Shield, que tem ainda suporte para armazenamento de informações e arquivos em um cartão micro-SD. [8]
A transmissão de dados pela internet permitirá que o comportamento do usuário seja armazenado, e que estes dados possam ser analisados para que o sistema se adeque às suas preferências, tomando decisões específicas de acordo com o que foi feito anteriormente ou buscando informações que possam ser úteis.
A utilização desta ferramenta é mais comum em circuitos eletrônicos de pequeno porte, menos abrangentes que uma planta elétrica residencial, portanto, caberá a este projeto fazer a análise de tudo que deverá ser monitorado e os meios de transmissão de sinal de comando, bem como os devidos acionamentos serão feitos, sendo talvez necessária a elaboração de dispositivos de acionamento que respondam ao sinal do micro controlador. [8] 1.1. Objetivos e relevância do projeto

O projeto visa à utilização do conceito de internet das coisas, e de suas tecnologias, para criar um nível de automação residencial, limitando-se especificamente ao sistema elétrico a fim de criar um consumo mais inteligente e um gerenciamento remoto.

1.2. Metodologia e atividades A metodologia de pesquisa adotada é correspondente ao desenvolvimento de um protótipo para analise de dados. Desta forma, na fase inicial foram realizados estudos bibliográficos de pesquisas sobre as atuais tecnologias empregadas no ramo da domótica. Entretanto, dado o objetivo já determinado nesta proposta, houve um estudo mais aprofundado em relação às questões de acessibilidade quanto ao custo dos equipamentos utilizados possibilitando assim a confecção de um protótipo de relativo baixo custo. De posse das informações coletadas com os estudos bibliográficos, houve a analise do que poderia ser feito e como iriamos aproveitar todos os recursos disponíveis e como eles poderiam ser mais bem aproveitados. A maior parte da aplicação da plataforma Arduíno (em termos de hardware) foi desenvolvida pelo aluno Eduardo Xavier da Cruz Filho, que irá atuar no projeto como voluntário sob supervisão do professor Dr. Guiou Kobayashi. Com a utilização da plataforma Arduíno esta sendo desenvolvido um protótipo funcional a fim de testarmos os possíveis níveis de automação com uma ferramenta de fácil acesso e sua integração com a internet.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1. Revisão e Pesquisa Bibliográfica

A Internet das Coisas é uma das principais tendências na área tecnológica, ganhando um grande espaço na CES de 2014 (que é uma feira organizada pela CEA – Consumer Eletronic Association) e esta sendo desenvolvida por grandes empresas como a GE, Cisco, Belkin, entre outras. A ideia de conectar objetos, processos, pessoas e dados tem ganhado um grande mercado. Uma das principais vertentes que esta agregando a internet das coisas é a área de automação. A automação residencial vem se consolidando como dispositivos conectados que geram informação. O infográfico abaixo mostra dados relevantes do setor. Em 2013, o valor investido em domótica foi de mais de US$ 170 milhões, contra US$ 15 milhões de 2012. Outro dado relevante é que 21% do capital investido em Internet das Coisas foi voltado unicamente para automação residencial (dados obtidos entre 01/01/08 e 31/05/2014).

Figura 2 - Infográfico "Automação Residencial e Internet das Coisas" (tradução livre) [9]
Figura 2 - Infográfico "Automação Residencial e Internet das Coisas" (tradução livre) [9]

O setor de automação residencial tem aumentado muito durante os últimos anos deixando de ser vista apenas como um artigo de luxo e começando a ser entendida como um serviço útil que pode auxiliar inclusive na economia de energia, segundo Cavalcanti (diretor Executivo da Associação Brasileira de Automação Residencial (Aureside)). De acordo com ele, algumas pessoas já estão vendo o sistema como uma tendência ou como algo verdadeiramente importante, até para a segurança. [10]

Figura 3 - Consumo de energia em residências privadas brasileiras (em %) [11]
Figura 3 - Consumo de energia em residências privadas brasileiras (em %) [11]

Figura 4 - Curvas de consumo energético nas residências privadas brasileiras. [11]
Figura 4 - Curvas de consumo energético nas residências privadas brasileiras. [11]

As figuras acima mostram as taxas de consumo de energia elétrica em uma residência assim como o horário de maior demanda. A internet das Coisas poderia então ajudar na economia de energia criando de um consumo mais inteligente, como, por exemplo, manejando melhor o consumo durante as horas de maior demanda energética e também identificando os padrões de consumo de cada casa e as necessidades de seus moradores. É valido também apontar que uma das principais fontes de consumo é o chuveiro, pois no Brasil muitas residências utilizam o chuveiro elétrico, este podendo ser substituído por um tipo diferente, como o a gás, ajudando assim reduzir o consumo.

3. Estudos de construção e viabilidade do projeto

3.1 Hardware

Uma das primeiras preocupações necessárias quando é proposta uma nova tecnologia, ou a utilização de novos meios para realizar determinada tarefa, deve ser oferecer ao usuário ou àqueles que serão consumidores a maior quantidade de opções possíveis, para que este possa escolher a que melhor atende sua necessidade em determinado momento, tendo em mente que ele pode alternar entre estas escolhas em cada contexto de utilização. Trazendo esta ideia para a aplicação aqui proposta, que é a de acionamento remoto do sistema de iluminação residencial, o sistema desenvolvido deve ser obrigatoriamente compatível com o sistema atual encontrado, que é o de acionamento por interruptores, de maneira que os dois possam funcionar sem que um interfira na utilização do outro. Sendo assim, as lâmpadas precisam ser ligadas e desligadas tanto pelos interruptores já existentes quanto pelo novo sistema remoto. O funcionamento de um interruptor simples baseia-se em uma chave normalmente aberta. Em uma posição, o circuito está aberto e a lâmpada desligada. Quando o interruptor é acionado o circuito é fechado, fazendo com que corrente chegue à lâmpada e ela seja acesa. Este mecanismo pode ser compreendido com o auxílio da figura 5 abaixo.

Figura 5 - Interruptor simples para acionamento de uma lâmpada

Para que o acionamento remoto seja compatível com o manual, o circuito precisa de modificações, de maneira que este interruptor simples é trocado por um interruptor paralelo, que normalmente é utilizado para lâmpadas que precisam ser ligadas e desligadas por locais diferentes, como em corredores por exemplo. A diferença do interruptor simples para o paralelo está essencialmente em sua configuração física, em que o do segundo tipo citado disponibiliza três pontos de conexão, sendo um comum que possibilita fechar o circuito com um dos outros dois pontos, dependendo do chaveamento do interruptor. A utilização de dois interruptores deste tipo instalados em dois locais determinados, permite que o chaveamento de qualquer um destes feche ou abra o circuito, e consequentemente ligue ou desligue a lâmpada em questão, conforme é mostrado na figura 6.

Figura 6 - Acionamento de uma lâmpada com interruptores paralelos

Para que o acionamento remoto seja possível, é utilizada esta ideia de interruptores paralelos, de maneira que um interruptor é instalado na parede normalmente, e a função do segundo interruptor é feita por um relé. Relés são interruptores eletromecânicos compostos por dois circuitos elétricos. O circuito principal é composto por três pontos, exatamente como os interruptores paralelos, e é onde ocorre o chaveamento. O circuito secundário é o circuito de controle, que será responsável pela comutação da chave. Esta comutação ocorre quando este circuito secundário é fechado, fornecendo uma tensão específica do relé utilizado que normalmente é de 5V. Sendo assim, o circuito a ser utilizado para que uma lâmpada seja acionada tanto manualmente quanto pelo sistema remoto é semelhante ao indicado na figura 7.

Figura 7 - Sistema Integrado de acionamento remoto e manual

É necessário esclarecer que o circuito secundário do relé não é representado na figura 7. O controle de chaveamento do relé através da aplicação de tensão no sistema secundário pode ser feita por uma das portas digitais do Arduíno, que seriam conectadas a ele através de fios. Quando se desejar que aja a comutação do relé, esta porta fornece sinal alto ou baixo, dependendo do objetivo que se deseje alcançar e do status atual da lâmpada. Uma maneira de fazer este acionamento remoto sem a necessidade de fios para o controle do circuito secundário é a utilização de outro tipo de relé que possui receptor de rádio frequência embarcado. Com a utilização desta solução, o controle do chaveamento do relé é feito por rádio frequência, à distância, sem necessidade de fios auxiliares. Quanto à localização física deste relé na instalação, ele pode ser colocado dentro da caixa do interruptor na parede, por ser um elemento de pequenas dimensões (40x20x30mm). Outra questão que merece atenção é quanto ao monitoramento do sistema e como será feita a leitura do status da lâmpada, para saber se ela está ligada ou desligado em determinado momento e poder transmitir esta informação através da internet em um estágio mais avançado. Se estivéssemos lidando apenas com o acionamento remoto da lâmpada, bastaria fazer uma leitura da porta digital que controla o circuito secundário do relé, uma vez que se ela estivesse em nível baixo significaria que a lâmpada está desligada, e em nível alto ligada. Como o acionamento por interruptores deve permanecer funcionando, esta não é uma solução satisfatória, uma vez que alterando a posição da chave do interruptor, mesmo com baixo no relé a lâmpada pode estar acesa. Para resolver isto estão sendo feitas tentativas de construção de um circuito eletrônico a ser implementado próximo à lâmpada, de maneira que toda vez que ela seja ligada ou desligada, independentemente do meio utilizado, seja emitido um sinal para o Arduíno de maneira que ele possa interpretá-lo e guardar esta informação. Com esta informação ele poderá informar o status da lâmpada e decidir o que deve acontecer no circuito secundário do relé para ligar ou desligar a lâmpada. Até o momento planejamento do circuito de monitoramento da lâmpada baseia-se na utilização de transmissores e receptores de rádio frequência de baixo alcance. Uma imagem do emissor e receptor comprado para realizar os testes é apresentada na figura 8.

Figura 8 - Transmissor e receptor de rádio frequência 433 Mhz [12]

Uma vez o receptor precisa identificar qual lâmpada está sendo ligada ou desligada, a utilização destes emissores não é o bastante para conseguir diferenciá-los. Cada lâmpada precisa emitir um código específico, de maneira que quando o receptor obtenha um sinal ele saiba de qual lâmpada se trata. Para isto é necessário adicionar ao circuito CI’s codificadores (HT-12E) e decodificadores (HT-12D) de rádio frequência, de modo a definir um código a ser transmitido por cada lâmpada. Os codificadores devem ser colocados no circuito dos transmissores RF próximos à cada lâmpada, e o decodificador deve ser posto junto ao circuito do receptor RF que estará junto ao Arduíno. Uma parte da configuração entre transmissor e codificador, e também do receptor e decodificador pode ser vista na figura 9.

Figura 9 - Circuitos codificadores e decodificadores em radio frequência [13]

3.2 Software A programação principal foi feita diretamente no próprio editor do Arduíno, um programa open source que facilita a escrita dos códigos e o upload dos mesmos ao micro controlador. A comunicação entre o Arduíno e a Internet foi feita através da Ethernet Shield com comandos enviados em PHP, armazenando os dados obtidos em um servidor Apache baseado em MySQL reunidos pelo programa Wamp Server (Windows, Apache, MySQL, PHP-Pearl-Phyton) que foi instalado em um computador que serve como o servidor local. [14] [15]
O acesso é feito através de uma pagina em HTML, uma linguagem de programação voltada para a web baseada em blocos de texto, sendo esta bem simples e de fácil acesso.
O servidor Apache é um dos servidores gratuitos mais bem sucedidos da internet e tem sido muito utilizado desde sua fundação, atualmente é mantido pela ASF (do inglês Fundação do Software Apache) tendo associados do mundo todo. [16]
O MySQL é um sistema de gerenciamento de banco de dados (SGBD), que utiliza a linguagem SQL (Linguagem de Consulta Estruturada, do inglês Structured Query Language) como interface. O MySQL é atualmente um dos mais bem sucedidos softwares em termos de bancos de dados, sendo um dos mais usados mundialmente. [17]
PHP (um acrônimo recursivo para "PHP: Hypertext Preprocessor", originalmente Personal Home Page) é uma linguagem interpretada livre, usada originalmente apenas para o desenvolvimento de aplicações presentes e atuantes no lado do servidor, capazes de gerar conteúdo dinâmico na World Wide Web. Figura entre as primeiras linguagens passíveis de inserção em documentos HTML, dispensando em muitos casos o uso de arquivos externos para eventuais processamentos de dados. O código é interpretado no lado do servidor pelo módulo PHP, que também gera a página web a ser visualizada no lado do cliente. A linguagem evoluiu, passou a oferecer funcionalidades em linha de comando, e, além disso, ganhou características adicionais, que possibilitaram usos adicionais do PHP, não relacionados à web sites. É possível instalar o PHP na maioria dos sistemas operacionais, gratuitamente. A IDE utilizada para o programação em PHP foi o editor Notepad++, um programa gratuito e também open source. [18] 4. PROTÓTIPO

O protótipo construído possui um módulo primário composto pelo micro controlador Arduíno onde estará à programação principal e através do qual ocorrerá todo o gerenciamento do sistema, a Shield Ethernet que é acoplada ao Arduíno e tem a função de receber e enviar dados e comandos entre o usuário e o sistema através da internet, e circuitos auxiliares para monitoramento do sistema e envio de tarefas. Os módulos secundários são aqueles que estarão espalhados pelo local de instalação, tendo como objetivo serem os atuadores para realizar o acionamento das lâmpadas. Estes são compostos basicamente por relés e circuitos de comunicação para receber as instruções do módulo primário.
A placa Arduíno utilizada no protótipo é uma RLRduino, que é a versão nacional do Arduíno UNO R3. Esta placa utiliza o micro controlador Atmega328p, possui 14 pinos de entrada/saída digital e 6 entradas analógicas, conexão USB e entrada de alimentação independente. Para a construção deste protótipo e utilização em testes, esta placa foi suficiente, mas deve-se ter em mente que para uma aplicação maior, uma placa com mais entradas e saídas deve ser utilizada, como por exemplo, o Arduíno Mega 2560, que possui 54 pinos de entrada/saída digital, 16 entradas analógicas e utiliza o micro controlador Atmega2560. As figuras 10, 11 e 12 apresentam respectivamente as placas RLRduino, Ethernet Shield e a Arduíno Mega 2560.

Figura 10 – RLRduino [19]

Figura 11 - Ethernet Shield [19]

Figura [ 12 ] - ArduínoMega 2560 [20]

A configuração utilizada para a montagem para que seja possível que um relé de 5V acione uma lâmpada em uma rede de 110/220V é dada pela figura abaixo:

Figura 13 - Ligação entre o relé de 5V, a rede 110/220V e o Arduíno [21]
Figura 13 - Ligação entre o relé de 5V, a rede 110/220V e o Arduíno [21]

Esta configuração permite que um elemento seja ativado pelo Arduíno através de um sinal de 5V, utilizando componentes de baixo custo, neste caso 1 resistor, 1 diodo e um transistor, além do relé, devido ao fato de que os pinos utilizados pelo Arduino para fazer o acionamento podem não aguentar a corrente necessário para o acionamento do relé.
A figura abaixo mostra a montagem do protótipo, primeiramente apenas o modulo e depois a montagem completa:
Figura 14 - Modulo de acionamento 5V-110/220V
Figura 14 - Modulo de acionamento 5V-110/220V

Figura 15 - Montagem do prototipo completa, Arduino+Ethernet Shield+Modulo de acionamento 5V-110V/220V
Figura 15 - Montagem do prototipo completa, Arduino+Ethernet Shield+Modulo de acionamento 5V-110V/220V

Como já dito no item 3.2 a comunicação entre o Arduíno e a internet foi feita através da shield Ethernet usando a linguagem HTML, PHP e Apache com o MySQL como servidor e banco de dados.
Neste protótipo, a fim de reduzir custos, nos limitamos a apenas um circuito acionador sendo o programa inteiro hospedado em um servidor local. Existe a possibilidade de integrar tudo em um servidor online como os da Hostnet, onde existe uma taxa a ser paga para a realização do serviço. [22]
Primeiramente criamos uma tabela simples no banco de dados em MySQL, contendo os seguintes valores: * ID – Valor identificador a medida amostrada. * Data e hora do evento – horário e data do evento amostrado, para termos controle de quando o mesmo foi submetido. * Status – estado do sistema.

Código utilizado para criar a tabela em MySQL:

CREATE TABLE `monitoramento`.`valores` (

`id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY COMMENT 'ID',
`event` TIMESTAMP NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT 'Data e hora do evento',
`status` VARCHAR( 30 ) NOT NULL COMMENT 'Estado do dispositivo',
INDEX ( `event` , `status` )
) ENGINE = InnoDB;
Figura 16 - Banco de Dados criado em MySQL de acordo com o código acima
Figura 16 - Banco de Dados criado em MySQL de acordo com o código acima

Com a tabela feita, criamos então 2 arquivos em PHP, um para submetermos dados e um para realizar a conexão ao servidor com o banco de dados.
O código a seguir tem o proposito de configurar a conexão do PHP com o MySQL, para mandar e receber dados.

<?php
// nome do arquivo: dbconnect.php
$MyUsername = "admin"; // nome de usuário configurado no MySQL
$MyPassword = "admin"; // senha configurada no MySQL
$MyHostname = "localhost"; // servidor local, hospedado no próprio computador
$dbh = mysql_pconnect($MyHostname , $MyUsername, $MyPassword);
$selected = mysql_select_db("test",$dbh);
?>

Já o código a seguir para fazer o upload dos dados para o MySQL.

<?php
// nome do arquivo: add_data.php include("dbconnect.php"); // conexão ao MySQL
$SQL = "INSERT INTO monitoramento.valores (status) VALUES ('".$_GET["status"]."')"; // preparar a homologação em PHP mysql_query($SQL); // roda a homologação
?>

Fizemos também uma interface simples em HTML para a comunicação entre o usuário e o dispositivo:

<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Language" content="pt-br">
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=windows-1252">
<title>Automacao & IoT</title>
</head>
<div align="center">
Automacao Residencial & Internet das Coisas
<body>
<div align="center">
<form method="POST" action="arduino.php">
<p>
<input type="hidden" value="a" name="estado" > <input type="submit" value="ON" name="liga4">
</p>
</form>
<form method="POST" action="arduino.php"> <input type="hidden" value="A" name="estado" > <input type="submit" value=" OFF " name="desl4">
</form>

<form method="POST" action="arduino.php">
<p>
</div>
</body>
</html>

Figura 17 - Pagina em HTML para o acionamento do dispositivo
Figura 17 - Pagina em HTML para o acionamento do dispositivo

E a codificação em php para que os valores obtidos na pagina em html sejam transmitidos ao Arduino:

<?php
$port = fopen("COM1", "w");

if ($_POST['estado']=="a")
{
Fwrite($port , "a");
}}
?>
<style type="text/css">
<!--
.style1 { font-size: 48px
}
-->
</style>
<a href="index.html" class="style1">Voltar</a>

Após configurar os arquivos de conexão, fizemos então a codificação do Arduino:

#include <Ethernet.h>
#include <SPI.h>
//Configurações do Ethernet Shield
// **** Configurações do Ethernet Shield **** byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; byte ip[] = { 192, 168, 2, 22 }; // ip que o arduino assumirá byte gateway[] = { 192, 168, 2, 1 }; // ip do roteador byte subnet[] = { 255, 255, 0, 0 };
EthernetServer server(8081); // Cria o servidor na porta 8081
EthernetClient client;

void setup() {
Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet); server.begin(); pinMode(A0, OUTPUT);
Serial.begin(9600); // inicia comunicação serial Serial.println("Arduino-Automação Residencial");
Serial.println("-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-\n"); Serial.print("Endereço IP : "); Serial.println(Ethernet.localIP());
Serial.print("Mascara de Sub-rede : "); Serial.println(Ethernet.subnetMask());
Serial.print("IP Gateway padrao: "); Serial.println(Ethernet.gatewayIP());
Serial.print("IP do server DNS : ");
Serial.println(Ethernet.dnsServerIP());
}

void loop() { char caracter; caracter = Serial.read(); if (caracter == 'a') { digitalWrite(A0, HIGH); } else { digitalWrite(A0, LOW); } SendData();
}

void SendData(void) {

if (client.connect(server, 8081)) { Serial.println("-> Connected"); // Faz a requisição: client.print( "GET /testserver/arduino/add_data.php?"); if (A0 == HIGH) { client.print("status="); client.print( "ON" ); client.println( " HTTP/1.1"); client.print( "Host: " ); client.println(server) client.println( "Connection: close" ); client.println(); client.println(); client.stop(); } else { client.print("status="); client.print( "OFF" ); client.println( " HTTP/1.1"); client.print( "Host: " ); client.println(server) client.println( "Connection: close" ); client.println(); client.println(); client.stop(); } delay(60000); }
}

Colocamos um intervalo de verificação de 1 minuto, assim a cada intervalo definido, o programa verifica se o dispositivo está acionado e retorna com um valor “ON” ou “OFF”, sendo este salvado no bando de dados. O resultado pode ser observado na figura a seguir:
Figura 18 - Resultado dos valores salvos no banco de dados em MySQL utilizando a interface do phpMyAdmin
Figura 18 - Resultado dos valores salvos no banco de dados em MySQL utilizando a interface do phpMyAdmin

Devemos ressaltar porem o fato de que o programa nem sempre funciona, a integração entre todas as linguagens utilizadas nos gerou inúmeros problemas, desde a conexão entre o servidor e o dispositivo ate a comunicação final utilizando todos os códigos postados acima.

5. CONCLUSÕES DOS RESULTADOS

A evolução no desenvolvimento de dispositivos e sua minimização têm reduzido seus custos tornando possível assim o desenvolvimento de projetos como este, sendo a Internet das Coisas um grande fator que tem impulsionado estes avanços.
A ideia de poder integrar dispositivos de nossa vida cotidiana à Internet nos abre inúmeras possibilidades, desde uma vida mais cômoda a redução no consumo de matéria prima, energia e afins.
Toda a integração física realizada no protótipo é relativamente simples, uma vez que existem inúmeros tutoriais e guias disponíveis em sites na internet, e como já dito anteriormente, limitamos a construção do protótipo a apenas um modulo de acionamento/verificação para evitar gastos.
Uma das dificuldades presentes neste projeto foi a integrar todas as linguagens utilizadas, no caso, a linguagem do Arduíno, o PHP e o SQL do banco de dados, pois tivemos de aprender a utilizar diversas linguagens e integra-las em um período relativamente curto de tempo, fato que pode ser notado pela falta de complexidade empregada nos códigos utilizados e a possível falha presente na codificação.
Ao fim deste projeto, mesmo não podendo garantir o seu funcionamento total, ficamos satisfeitos com os resultados obtidos, comprovando assim que é possível construir um modulo de automação residencial relativamente simples e de relativo baixo custo integrado com a ideia da internet das coisas.

6. CONCLUSÕES DA PESQUISA CIENTIFICA

Esta iniciação de pesquisa científica ensinou, acima de tudo, que o estudo por meio de referências bibliográficas confiáveis para embasamento do conhecimento a cerca do tema de interesse é primordial e indispensável, sendo também preciso extrapolar os limites de pesquisa, ou seja, pesquisar em todos os campos de estudo, procurar artigos publicados ao redor do mundo, para que seja possível modelar e analisar com propriedade e coerência um experimento desenvolvido para estudar o que se deseja. Infelizmente nem sempre o resultado obtido é o que se espera, sendo assim é preciso buscar mais a fundo e tentar entender quais as possíveis interferências e explicações, analisar de outro ângulo o problema ou ser capaz de mostrar que o esperado não era necessariamente o correto. Os objetivos estabelecidos no inicio podem parecer simples, mas quanto mais desenvolvemos o projeto grandes dificuldades vão aparecendo, algo simples pode acabar se tornando extremamente complexo e longo. Neste projeto, por exemplo, não pudemos dominar completamente todas as linguagens utilizadas a fim de garantir o funcionamento total do dispositivo. Resumindo, esta pesquisa científica ensinou que o estudo científico é trabalhoso e pode demorar muito mais do que se espera, porém as dificuldades são recompensadas pelo ganho de conhecimento e por despertar um análise mais crítica de um processo em estudo.

7. CRONOGRAMA DO PROJETO

As etapas de desenvolvimento do projeto são descritas a seguir: a) Pesquisa Bibliográfica. b) Levantamento de dados a respeito da viabilidade da construção do projeto. c) Estudo e análise das possíveis aplicações e complicações relacionadas aos componentes a serem utilizados no protótipo. d) Confecção do protótipo. e) Elaboração do Relatório Final. f) Preparação de Artigo para Publicação, Apresentação em Congressos.

A tabela 1 a seguir resume o cronograma do projeto.

Tabela 1 - Cronograma das Atividades Realizadas

Atividade | Trimestre | Trimestre | Trimestre | Trimestre | | 1 | 2 | 3 | 4 | a) | | | | | b) | | | | | c) | | | | | d) | | | | | e) | | | | | f) | | | | |

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CHUI, M.; LOFFER, M.; ROBERTS, R.; The Internet of Things. McKinsey Quartely 2010, Number 2.

[2] SUN, C.; Application of RFID Technology for Logistics on Internet of Things. AASRI Procedia Conference on Computational Intelligence and Bioinformatics, Volume 1, 2012, Pages 106-111.

[3] ATZORI, L.; IERA, A.; MORABITO, G.; The Internet of Things: A Survey. Computer Networks, Volume 54, Edição 15, 28 de Outubro de 2010, Páginas 2787-2805.

[4] Hoje, a Internet. Amanhã, a Internet das Coisas? Disponível em: <http://computerworld.uol.com.br/tecnologia/2011/11/15/hoje-a-internet-amanha-a-internet-das-coisas/>. Acessado em 25/11/2013.

[5] BOLZANI, C. A. M.; Residências Inteligentes. 1ª Ed. Editora Livraria da Física – São Paulo, 2004.

[6] POMILIO, J. A.; Eletrônica de Potência para Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Universidade Estadual de Campinas – Campinas, 2013.

[7] Smart Grid: a rede elétrica inteligente. Disponível em: <http://www.tecmundo.com.br/3008-smart-grid-a-rede-eletrica-inteligente.htm>. Acessado em 25/11/2013.

[8] What arduino can do. Disponível em: <http://www.arduino.cc/>. Acessado em 05/04/2014.

[9] A automação residencial em números. Disponível em: <http://startupi.com.br/2014/06/automacao-residencial-em-numeros/>. Acessado em 16/02/2015. [10] Eficiência Energética em Edificações. Disponível em: <http://ahkbusiness.de/pt/energias-renovaveis/eficiencia-energetica-em-edificacoes/> (Procel 2009). [11] Automação Residencial cresce no Brasil. Disponível em: <http://www.aureside.org.br/imprensa/default.asp?file=62.asp>. Acessado em: 16/02/2015. [12] 433Mhz RF link kit. Disponível em: <http://www.geeetech.com/wiki/index.php/433Mhz_RF_link_kit> . Acessado em: 18/02/2015. [13] RF Module. Disponível em: <electronics.stackexchange.com/questions/87475/rf-module>. Acessado em: 18/02/2015. [14] Arduíno, MySQL and PHP. Disponível em: <http://www.yetihacks.com/2013/03/arduino-mysql-and-php.html>. Acessado em 16/02/2015. [15] Bitnami WAMP Stack. Disponível em: <https://bitnami.com/stack/wamp>. Acessado em: 16/02/2015. [16] Servidor Web Apache. Disponível em: <http://softwarelivre.org/php/servidor-web-apache>. Acessado em: 16/02/2015. [17] Why MySQL. Disponível em: <http://www.mysql.com/why-mysql/>. Acessado em 16/02/2015. [18] O que é PHP? Disponível em: <http://php.net/manual/pt_BR/intro-whatis.php>. Acessado em: 16/02/2015. [19] RLROBOTICS: Open Source Hardware & Eletronics. Disponível em: <http://www.rlrobotics.ind.br/>. Acessado em: 18/02/2015. [20] Arduíno Mega 2560. Disponível em: <http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560>. Acessado em 16/02/2015. [21] Ligando uma lâmpada com relé. Disponível em: <http://www.arduinoecia.com.br/2013/05/ligando-uma-lampada-com-rele.html>. Acessado em: 16/02/2015. [22] Hostnet - Hospedagem de Sites com registro de domínios grátis. Disponível em: <http://www.hostnet.com.br/>. Acessado em 21/05/2015. [23] Arduino Ethernet – Pushing data to a (PHP) server. Disponível em: <http://www.tweaking4all.com/hardware/arduino/arduino-ethernet-data-push/>. Acessado em 25/05/2015. [24] Automação Residencial. Disponível em: <http://engenheirando.com/projetos/automacao/>. Acessado em 05/06/2015.