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_______________________________________________________________
Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de
Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
GABRIEL LUNARDELI CONDE
THALES AUGUSTO CARDOSO DOS SANTOS
DOMÓTICA E INTERNET DAS COISAS
GARÇA
2017
2
_______________________________________________________________
Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de
Moura”
GABRIEL LUNARDELI CONDE
THALES AUGUSTO CARDOSO DOS SANTOS
DOMÓTICA E INTERNET DAS COISAS
Artigo Científico apresentado à Faculdade
de Tecnologia de Garça – FATEC, como
requisito para conclusão do Curso de
Tecnologia em Mecatrônica Industrial,
examinado pela seguinte comissão de
professores.
Data da Aprovação: ___/___/___
___________________________________
Prof. Ms. Ildeberto de Genova Bugatti
FATEC - Garça
___________________________________
Prof. Dr. Ulysses de Barros Fernandes
FATEC - Garça
___________________________________
Prof. Edson Laerte Nunes
FATEC - Garça
GARÇA
2017
3
DOMÓTICA E INTERNET DAS COISAS
Gabriel Lunardeli Conde¹1 [email protected]
Thales Augusto Cardoso dos Santos¹ [email protected]
Ildeberto de Genova Bugatti2² [email protected]
Resumo - O termo domótica nasceu da união das palavras “Domus” que com a palavra “Robótica” que sugere automação residencial. A rápida evolução tecnológica propiciou grandes avanços que contribuíram de forma significativa para gerar conforto e eficiência para o homem dentro de sua moradia. A domótica acontece de forma eficiente quando utiliza-se de forma integrada conceitos e técnicas de Mecatrônica com conceitos e técnicas de Internet das Coisas. A Internet das Coisas é um conceito tecnológico em que qualquer tipo de objeto está conectado à internet pode obter informações do ambiente e podem se comunicar com outras pessoas ou objetos. O objetivo do projeto é desenvolver um sistema para controlar, monitorar, e gerenciar as atividades essenciais de uma casa, utilizando um sistema microcontrolado que permite acesso remoto através de um dispositivo móvel com sistema operacional Android. O aplicativo desenvolvido utiliza técnicas de programação multiplataforma e aplicação de conceitos de internet das coisas. O sistema proposto propicia: conforto, economia energética, segurança e qualidade de vida aos seus usuários através da automação residencial e internet das coisas. O sistema domótico proposto automatiza atividades cotidianas e diárias de uma residência simplificando afazeres e eliminando funções e controles manuais repetitivos que demandam tempo e dedicação. O sistema automatizado proposto viabiliza também acessibilidade e imprescindíveis funções que são de difícil acesso ou execução para pessoas que apresentam alguma deficiência física. Para validar o projeto, foi construída uma maquete de um imóvel residencial com a inserção de sensores e atuadores com características para monitorar e controlar as mais diversas atividades de uma casa. Os resultados obtidos foram extremamente satisfatórios, alcançando os objetivos estabelecidos.
Palavras-chave - Domótica, Internet das Coisas, Microcontrolador e Aplicativo Android, Mecatrônica.
Abstract - The term domotic was born from the union of the words "Domus" which means house in Latin, with the word "Robotics" that suggests the automation of something and involves the use of mechatronics, it can even increase the lives of people new concepts of communication and technology
1 Alunos do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial FATEC - Garça
2 Docente da FATEC - Garça
2
The Internet of Things is a technological concept in which any type of object is connected to the internet and can obtain information from the environment and can communicate with other people or objects. The goal of the project is to develop a system to control, monitor, and manage the essential activities of a home using a micro-controlled system that allows remote access through a mobile device with Android operating system. The application developed uses multiplatform programming techniques and application of internet of things concepts. The proposed system provides comfort, energy saving, safety and quality of life to its users through residential automation and internet of things concepts. The proposed home automation system automates daily and daily household activities by simplifying tasks and eliminating repetitive manual functions and controls that require time and dedication. The proposed automated system also provides accessibility and essential functions that are difficult to access or execute for people with a physical disability. A model of a residential building was constructed with the insertion of sensors and actuators with characteristics to monitor and control the most diverse activities routinely developed in a house. The results obtained were extremely satisfactory as they reached the established objectives.
Key-Words - Home Automation, Internet of Things, Microcontroller and Android Application.
1 INTRODUÇÃO
O projeto desenvolvido abordou a integração da mecatrônica com a
tecnologia da informação aplicados a área de domótica. Foram utilizados
conceitos e técnicas de sistemas microcontrolados e internet das coisas (IoT)
para gerar um sistema de automação residencial robusto e eficiente. Robusto
por abranger de forma ampla a automação de uma diversidade de atividades
passíveis de serem automatizadas em uma residência. Eficiente por propiciar
agilidade em tomadas de decisões e também contribuir para economia de
recursos hídricos e eletricidade.
Segundo SISLITE, o termo domótica surgiu da união das palavras
“Domus” que significa casa em latim, com a palavra “Robótica” que sugere a
automação de sistemas envolvendo o uso da mecatrônica.
A domótica pode ainda incrementar a vidas das pessoas novos
conceitos de comunicação e tecnologia, tendo em vista aumentar a qualidade
de vida por meio de projetos automatizados criados especificamente para
satisfazer as necessidades de forma individualizada de alguns de seus
usuários.
3
Segundo CODE IOT (2017), a Internet das Coisas (IoT) é um conceito
tecnológico em que qualquer tipo de objeto está conectado à internet e pode
obter informações do ambiente e/ou podem se comunicar com outras pessoas
ou objetos.
O conceito de automação está inserido na ideia de realizar funções,
serviços e processos de maneira automática, facilitando a vida dos usuários na
utilização de recursos, fornecendo além de conforto, segurança e eficiência,
contribui para diminuir esforços repetitivos.
Segundo UFSC (2016), “A mecatrônica é a união da Engenharia
Mecânica, Eletrônica, Computação e Controle, ou seja, é uma máquina ou
sistema que possui partes mecânicas, partes elétricas e sensores que captam
informações e as repassam para as partes mecânicas capazes de nos fornecer
produtos, sistemas e processos melhorados”.
Enquanto a eletrônica é a ciência que possibilita o desenvolvimento dos
circuitos semicondutores e consequentemente os computadores digitais, a
mecânica é a área da física que estuda os movimentos dos corpos e do
equilíbrio das forças, já a informática, trata da informação através do
computador.
A domótica propicia o controle automatizado de sistemas elétricos,
hidráulicos e mecânicos existentes em uma casa. A iluminação residencial, um
dos pontos mais abordados nos sistemas domóticos existentes, pode ser
controlada com auxílio do uso de sensores, temporizadores e
microcontroladores que propiciam inclusive o controle à distância por meio de
celulares via bluetooth, ou via rede internet para controlar o conjunto de
iluminação de forma eficiente e com relevante economia de energia. De forma
similar, sistemas hidráulicos e mecânicos também podem ser controlados
eficientemente propiciando economia de água e aumentando o ciclo de vida
dos equipamentos. Evitando fatores humanos que geram desperdício de
recursos, tais como: esquecer lâmpadas acesas em ambientes não utilizados;
deixar torneiras abertas; além de controlar abertura e fechamento de portas,
portões janelas visando segurança e iluminação natural de ambientes.
4
Com o avanço da tecnologia, ou seja, o surgimento de vários tipos de
microcontroladores como o ATMEGA, PIC entre outros, a domótica se tornou
muito acessível, visto que interage com muita facilidade com celulares, tablets,
notebooks entre outros, assim o usuário possui a possibilidade de controlar
automaticamente sua residência através da utilização harmônica e integrada de
várias tecnologias.
Devido à grande dificuldade de realização de certas atividades rotineiras
por pessoas que possuem dificuldades de locomoção, falta de tempo ou
disposição, torna-se imprescindível a aplicação dos conceitos e da integração
entre domótica e IoT.
O presente trabalho visa o desenvolvimento da automatização da
iluminação, portão eletrônico, climatização, ventilação, proporcionando maior
segurança, além de conhecimento.
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Utilizar os conceitos e técnicas de domótica para gerar um sistema
automatizado que possibilite o controle eficiente de todos os recursos utilizados
e sistemas residenciais, propiciando conforto, segurança e economia de
recursos naturais.
2.2 Objetivos Específicos
- Estudar, dominar e aplicar conceitos de mecânica, eletrônica,
computação e sistemas de informação para gerar sistemas domóticos
amplos e eficientes;
- Estudar, gerar e inserir comandos de voz, para controlar e monitorar
ambientes e equipamentos residenciais a distância via internet e sistema
Android;
- Aplicar e desenvolver técnicas de programação utilizando o ESP8266.
- Possibilitar monitoramento e otimização dos recursos controlados pelo
sistema domótico.
5
Para a consolidação e validação das técnicas de controle utilizadas no
sistema de controle residencial, foi construído um protótipo constituído de uma
maquete de uma residência, equipada com uma diversidade de sensores e
atuadores devidamente instalados em locais estratégicos. Os sinais gerados
pelos sensores são enviados para um microcontrolador que recebe, interpreta
e utiliza algoritmos que tomam decisões e que controlam os atuadores para
obter os resultados desejados. Além disso, o controle também pode ser
realizado a distância via celulares, pelo aplicativo gerado em ambiente Android.
Essas duas formas implementadas para controlar o sistema domótico do
protótipo construído foi gerado através da integração entre várias tecnologias e
diferente equipamentos, tais como: tablets, smartphones, microcontroladores. A
integração realizada foi obtida através de geração de programas e aplicativos
utilizando recursos das linguagens de programação C++ e Java. A troca de
informações entre os sistemas e o sistema de armazenamento de informações
geradas e utilizadas para monitorar todo o sistema, motivou a utilização de
Internet das Coisas.
3 DESENVOLVIMENTO
Conforme explanado, para validar o projeto, foi construído um protótipo,
constituído por uma maquete residencial com sensores e atuadores
devidamente instalados em locais estratégicos, onde são controlados por um
algoritmo criado no microcontrolador.
O trabalho está embasado em ampla pesquisa bibliográfica documentos
redigidos por pesquisadores com qualificação em assuntos específicos para
cada componente.
3.1 Chip ESP8266EX
Atualmente a conectividade e mobilidade é uma marca registrada. Cada
dia que passa vemos diversas objetos conectados à internet. Recentemente
surgiram diversos módulos para se explorar a Internet das Coisas (IoT) que é
6
um mercado de forte expansão do futuro, e um desses módulos que mais se
destaca é o ESP8266 que foi desenvolvido pela empresa chinesa Espressif
Systems cujo seu primeiro lançamento para o mercado foi feito em agosto de
2014.
O que vale ressaltar nesse módulo é que seu preço e tamanho são bem
reduzidos, o que a maioria dos programadores procuram no mercado, além da
facilidade de integração a outras soluções, como um exemplo, utilizando uma
comunicação Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART).
Há uma grande gama de variedade de modelos do ESP8266, até hoje
oficialmente existem dos módulos ESP01 até ESP-16, mudando
consideravelmente a quantidade de INPUTS/OUTPUTS (IO’s) disponíveis para
o acesso externo e o tamanho do módulo em si.
De acordo com EMBARCADOS (2015), o ESP8266 possui 32 pinos
(QFN32 – 5x5mm) mais o terra (GND) central, com uma CPU de 32 bits, 16
pinos de propósitos gerais, chamados de “General Purpose Input/Output”
(GPIO), modulação por largura de pulso chamado de “Pulse Width Modulation”
(PWM), conversor analógico/digital chamado de “Analog Digital Converter”
(ADC) de 10 bits, interface periférica serial ou “Serial Peripheral Interface”
(SPI), “Inter-Integrated Circuit” (I2C), “Secure Digital Input/Output” (SDIO),
“Inter-IC Sound” (I2S) e pino para controle remoto infra-vermelho ou “Infra Red
Remote Control” (IR), A MCU (Micro Controller Unit) utilizada no ESP8266EX é
a Tensilica L106 de 32 bits e clock de 80 Mega Hertz (MHz), podendo chegar a
160MHz. A memória RAM é de aproximadamente 50 Kilo Bytes (KB). A
alimentação do CHIP é de 3.3 volts (3.3V), com um limite inferior de 3.0V e
superior de 3,6V. A temperatura de operação pode variar de -40°C até 125°C.
Possui Wifi integrado. A programação pode ser feita utilizando a linguagem de
programação Lua, C, C++ ou Assembly.
No gerenciamento de energia, o ESP possui 5 estados: DEEP_SLEEP
onde só o Real Time Clock (RTC) está ativado, o OFF onde RTC está
desabilitado e o pino CH_PD está no GND, o ON onde o cristal de alta
velocidade está ativo, o WAKEUP onde o cristal está ativo e o chip em
operação normal e o SLEEP onde o cristal está desabilitado e o RTC está
ativo, mas a qualquer eventual momento de WAKEUP o chip fica ativo.
7
De acordo com EMBARCADOS (2015),
GPIO, ou General Purpose Input/Output é uma interface/porta dos
microcontroladores e microprocessadores para a interação com os
periféricos externos. As GPIO’s podem ser definidas como entrada ou
saída de sinais digitais, com sinal alto (1) ou baixo (0).
Todas as 16 GPIO’s do ESP tem diferentes funcionalidades de
compartilhamento como UART, I2C, I2S, SDIO, SPI, PWM e IR. As GPIO’s
possuem pull-up e pull-down interno e uma GPIO fazendo parte do circuito de
RTC. Os usos das funções compartilhadas não são fixas, assim podem ser
mudadas dependendo do software, pois as GPIO’s são multiplexadas. Todas
elas possuem função de interrupção com exceção da GPIO16. Todas essas
GPIO’s necessitam de técnicas de acoplamento de sinal pois, possuem
tolerância de 5V mas operam em 3.3V. 12 miliampéres (mA) é a corrente
máxima de cada uma das GPIO’s, fazendo uso de transistor caso queira utilizar
uma corrente maior. Algumas dessas GPIO’s possuem limitações e outras
estão conectadas em outros circuitos, portanto não podem ser utilizadas. Para
evitar picos utiliza-se sempre um capacitor de 10 micro Farad (uF) na linha de
alimentação 3.3V e para pull-up e pull-down utiliza-se resistor de 10K em
botões.
As GPIO’s do ESP apresentam as seguintes funcionalidades: 1 x Secure
Digital Input/Output (SDIO), 3 x Serial Peripheral Interface (SPI), 1 x Inter-
Integrated Circuit (I2C), 1 x Inter-IC Sound (I2S), 2 x Universal Asynchronous
Receiver/Transmitter (UART), 4 x Pulse Width Modulation (PWM), 1 x Infra
Red Remote Control (IR), Segundo EMBARCADOS (2015).
O ESP ainda possui um conversor analógico-digital de 10 bits de
resolução, com valores de conversão variando de 0 a 1023. Existem 2 UART
no ESP, UART0 e UART1 onde UART0 exibe informações no momento do
boot e o UART1 apenas TX está disponível na GPIO2 para DEBUG. E há
também uma SPI que pode chegar a 80MHz.
Portanto, o ESP8266 pode ser usado em diversas aplicações, pelo
fato de possuir conectividade Wi-Fi, pequenas dimensões e bom
processamento, podendo ser aplicado a diversas finalidades como: tomadas
8
inteligentes, controle industrial sem Fio, monitoramento remoto, além de
automação residencial e segurança doméstica, comercial e industrial.
3.2 App Inventor
Segundo TECMUNDO (2011), uma grande expectativa para usuários da
tecnologia de smartphones, tablets, entre outros, sempre foi possuir um
aplicativo que seja capaz de fazer tudo o que ele deseja, mas a realidade até
agora tem sido diferente. Muitas vezes o usuário não encontra aquilo que quer,
tendo que se contentar com aplicativos terceirizados e programas limitados a
versões pagas.
O MIT App Inventor que foi proporcionado pelo Google e hoje é mantido
pela universidade Massachusetts Institute of Technology (MIT) cujo criador foi o
professor Harold Abelson do MIT em 2009. O App permite que usuários com
conhecimentos básicos de programação, possam criar aplicativos Android
utilizando navegador Web e um telefone ou emulador conectados. Antes de ir
ao mercado foi testado em vários centros educacionais para testar sua
qualidade. Ele usa uma base de programação visual chamado de “Drag and
Drop”, que significa literalmente “arrastar e puxar”, que possibilita ao
programador gerar um sistema em blocos, o que facilita o trabalho do
programador. Vale lembrar que em agosto de 2011, o código passou a ser de
livre acesso (Open Source), deixando assim, de ser considerado um produto
Google.
Segundo WWWHAT’S NEW (2013), a criação do aplicativo é similar a
montagem de um quebra-cabeça, onde o programador vai juntando peças com
peças até chegar ao objetivo. O aplicativo ainda aparece no telefone durante
todas as etapas para ter o melhor acompanhamento do desenvolvimento do
projeto e layout. Outra grande vantagem é a compatibilidade com vários
modelos de telefones Android e diversos sistemas operacionais como Mac OS
X, Linux e Windows.
Para gerar um projeto é necessário primeiro realizar a configuração do
ambiente, tendo uma conexão Wi-Fi, um computador e um telefone. Não há
necessidade de instalação de softwares adicionais, já no telefone o aplicativo
9
MIT AI2 Companion permite ao programador testar o aplicativo à medida que
se desenvolve. Após a finalização do projeto do aplicativo há necessidade de
criação de um novo projeto no App invetor e fazer a conexão com o seu
telefone, é relevante também a criação de uma conta para guardar todos os
seus projetos.
Segundo ANDROIDPRO (2017),
O App Inventor basicamente é composto por duas seções: o App
Inventor Designer e o App Inventor Blocks Editor, cada uma com uma
função específica. O primeiro tem o objetivo de construir a interface
do seu aplicativo e o segundo de adicionar interatividade aos
componentes na tela.
A tela principal do projeto é o App Inventor Designer. Nele o
programador faz todo o Designer de como ele queira que apareça na tela do
smartphone, desde a interface, escolhendo os botões e as imagens, fotos,
droplists, checkboxes e muitos outros componentes disponíveis para deixar o
programa bem mais apresentável para o usuário. O App Inventor Designer é
dividido em 4 colunas, Paleta, Visualizador, Componentes e Propriedades
(ANDROIDPRO, 2017).
Na paleta, primeira coluna, é onde fica todos os componentes utilizáveis
no aplicativo, a divisão em seções facilita a localização dos componentes, dos
básicos que são botões, imagens e textos até outra seção para integração com
ferramentas. Na coluna do Visualizador, você organiza os objetos do jeito que
ele vai aparecer na tela do telefone, simulando a tela de um smartphone com
sistema operacional Android, mostrando como irá aparecer, e quanto de
espaço ainda tem para incluir objetos. Na coluna de componentes, tudo o que
foi adicionado da paleta para o visualizador fica organizado e acessível,
facilitando a seleção de cada objeto. Possibilita também renomear cada item
para o programador se lembrar exatamente qual item está editando. Uma outra
vantagem dessa coluna é poder inserir arquivos de mídia no App Inventor,
sendo eles fotos, sons e vídeos que deseja utilizar no projeto. Quando clicar
em qualquer item da coluna de componentes, aí então é possível editá-los na
quarta coluna chama de Propriedades. Esta última coluna, é a coluna mais
importante, pois é nela que você edita todos os parâmetros como tamanho e
10
conteúdo das caixas de informações e dos textos dos botões assim como
altura e largura dos objetos e tamanho das imagens também. Tudo o que vai
sendo editado é modificado ao mesmo tempo na coluna do Visualizador,
facilitando ainda mais para o programador.
A medida que o Designer vai pegando forma, é hora de começar a
programação dos componentes que estão inseridos, e para isso é necessário ir
para a outra sessão de blocos onde abrirá uma outra tela. O App Inventor
Blocks Editor parece muito com um quebra-cabeça, associa-se funções para
cada ítem do aplicativo através de uma interface simples. Na esquerda tem o
menu que possibilita inserir os comandos “My Blocks” (Meus Blocos) que são
comandos de início e “Built-in”(internos), comandos para execução. Unindo um
ou vários comandos possibilita uma ação, visto que existem comandos que não
são compatíveis uns com os outros, nesse caso o próprio app não realiza a
união destes, apenas une os comandos e funções compatíveis.
O App inventor disponibiliza uma QR Code para o programador consiga
ver o programa sendo editado em tempo real no próprio aparelho de telefone,
tornando mais simples, caso ocorra algum erro de espaço ou algo do tipo, do
programador voltar atrás.
3.3 Tecnologia Wi-Fi
Segundo Techtudo (2015), no final da década de 90 surgiu a internet
sem fio (wireless), quando o mundo dos computadores começou a crescer, no
entanto, atualmente, são muito populares. O Wi-Fi foi desenvolvido com a
intuição de criar redes locais para computadores, smartphones e videogames,
utilizando roteadores.
O termo Wi-Fi que significa “Wireless Fidelity” faz uso de ondas de rádio
comuns para transmissão de dados de internet, assim como a televisão, rádio e
celular. Através de ondas de rádios essas redes conseguem funcionar com
auxílio de adaptadores, roteadores que recebem os sinais, decodifica e manda
por meio de antenas, nesse caso é sempre bom analisar o roteador e a
quantidade de antenas para a melhor acurácia do sinal.
Para um determinado dispositivo tenha acesso ao sinal é necessário que
ele esteja dentro do “hotspot”, ou seja, dentro do raio de ação. O sinal da
internet que é emitido do roteador chega ou por ondas de rádio por exemplo, o
11
“4G”, linha telefônica ou via cabo. Duas frequências são atualizadas pelo
governo, a de 2.4 GHz ou a de 5GHz para a troca de informações, quanto mais
alta a frequência melhor a rapidez da internet.
De acordo com Techtudo (2015),
A comunicação entre os dispositivos conectados na rede Wi-Fi é feita
através do protocolo 802.11, que possibilita a eles reconhecerem as
informações uns dos outros. Esse protocolo apresenta variações, a,
b, g e n.
O 802.11 b utiliza uma frequência de 2.4GHz e sua velocidade vai até 11
megabits por segundo além de possuir um custo mais baixo. O 802.11a
transmite na faixa de 5GHz com velocidade de 54 megabits por segundo,
portanto apresenta melhores parâmetros que a anterior. A 802.11b é similar a
802.11g, mas com uma frequência menor de 2.4GHz e é o modelo mais
encontrado no mercado atual. O padrão 802.11n é mais novo e com limite de
até 140 megabits por segundo, criado com intuito de aumentar o alcance igual
o sinal de transmissão. Portanto o Wi-Fi foi criado para permitir que
computadores e muitos outros dispositivos se comuniquem sem a necessidade
de fios e cabos, otimizando o ambiente em que ele esteja.
4 DESENVOLVIMENTO
Por meio de pesquisas explorativas, experimentais e bibliográficas
tornou-se possível o embasamento do projeto. O artigo está fundamentado de
acordo com o conhecimento e as habilidades adquiridas em sala de aula, além
de sites e autores confiáveis.
Para início do projeto foi comprada uma maquete de uma casa de três
andares, onde a parte frontal fica visível, assim facilitando a acessibilidade para
colocar os componentes necessários e também para a visualização dos
comandos, como mostra a figura 1.
12
Figura 1 – Maquete da casa.
Fonte: Mercado Livre.
4.1 Hardware ESP8266-12
Após os estudos teóricos necessários para o desenvolvimento do
protótipo, concluiu-se que a placa de desenvolvimento NodeMCU com o
microcontrolador ESP8266 modelo 12 com conversor USB/FTDI CP2102
embarcado seria ideal para a confecção do projeto, devido ao seu custo
benefício, dimensão, assim como grande versatilidade de aplicações ideal a
área de domótica, principalmente de internet das coisas pelo fato de possuir
Wi-Fi embutido em seu microcontrolador.
A programação do microcontrolador ESP8266-12 visou principalmente a
atender as funções básicas de acionamento remoto de uma residência, como
abrir e fechar o portão, ligar e desligar as luzes, ventiladores e televisão que
foram abordados no projeto.
A figura 2 mostra o aspecto físico de uma placa NodeMCU, e no anexo
temos a figura 2 que possui uma imagem com a identificação da funcionalidade
de cada pino, e na figura 3 em anexo, temos a descrição dos pinos do
microcontrolador ESP8266 – 12.
13
Figura 2 – NodeMCU.
Fonte: Mercado Livre
4.2 MIT App Inventor
Para o desenvolvimento do aplicativo Android foi utilizado a plataforma
de desenvolvimento MIT App Inventor que proporcionou uma melhor curva de
aprendizado tanto no Designer como na programação. Inserimos um exemplo
do layout do aplicativo representado na figura 3.
Figura 3 – MIT App Inventor Designer.
Fonte: Dos Autores.
14
No Layout do aplicativo optamos por inserir botões para acionamento e
outros que possibilitam ao usuário renomear conforme suas necessidades,
caixas de texto para inserção do IP reconhecido pelo microcontrolador e outra
para envio de mensagens de texto para ter acesso a algo que não está previsto
nos botões de acionamento, um botão ícone para acesso ao comando de voz
caso o usuário queira ter a confirmação da mensagem enviada ou ainda enviar
comandos para leitura de sensores não previstos nos botões, oito legendas de
identificação dos pinos e uma imagem de plano de fundo para estabelecer um
design mais atrativo para o usuário.
A figura 4 mostra um exemplo do layout final e como renomear um botão
especifico.
15
Figura 4 – Aplicativo Android.
Fonte: Dos Autores
4.3 Funcionamento do protótipo
O funcionamento do projeto consiste em primeiramente estabelecer uma
conexão entre microcontrolador e dispositivo Android para isso é necessário
16
identificar o IP obtido pelo microcontrolador ao ser alimentado, que será
mostrado em um display de cristal líquido (LCD), como mostra a figura 5.
Figura 5 – IP e horário armazenado no ESP.
Fonte: Dos Autores.
Entretanto na primeira utilização não haverá nenhuma rede salva no
microcontrolador, sendo assim necessário configurar uma rede de conexão. O
nodeMCU entrará no modo access point (ponto de acesso), funcionando como
um “roteador” ele irá gerar uma página Web para configuração dos parâmetros,
como mostra a figura 6.
Figura 6 - Redes disponíveis.
Fonte: Dos Autores.
17
Ao pesquisar as redes Wi-Fi disponíveis encontraremos o nome da rede
“Domotica&&IoT” que foi o nome escolhido pelos desenvolvedores, e
conectando-se a ela a página Web será aberta automaticamente para a
configuração, exemplificado na figura 7.
Figura 7 – Página WEB.
Fonte: Dos Autores.
Na página aberta automaticamente no botão “Configure Wi-Fi” é possível
inserir o SSID (Nome da rede) e a password (Senha da rede), ou simplesmente
clicar nas redes encontradas e inserir a senha. As redes serão organizadas de
cima para baixo, a que possuir um sinal mais intenso para a conexão seja
mostrada mais acima, após inserir os dados da rede e salvar o
microcontrolador irá reiniciar e pesquisar a rede em seguida e se conectará
automaticamente caso a rede já esteja disponível, caso não consiga ele irá
gerar a página de configuração novamente até conseguir se conectar a uma
determinada rede e mostrará no display o IP obtido.
O IP deverá ser inserido no aplicativo no campo determinado como
“Insira o IP do dispositivo Slave:”, após o IP estar devidamente em configurado
o aplicativo está pronto para enviar os dados desejados ao microcontrolador,
fazendo o uso do protocolo TCP/IP de maneira invisível ao usuário.
18
4.4 Montagem
Na maquete do protótipo serão acionadas 3 lâmpadas, uma em cada
cômodo distinto, 2 ventiladores, 1 televisão, 1 portão e 1 relógio. Algumas
lâmpadas serão representadas por LEDs, os ventiladores por coolers de
computadores de 12V, a televisão por um Raspberry Pi (um microprocessador),
o portão por um drive de DVD e o relógio por um display. O modo de
acionamento de todos os dispositivos serão via relés 5V/10A, ou diretamente
pelo microcontrolador.
4.4.1 Quarto
No quarto como mostra a figura 8 projetamos ventilador (cooler) e
lâmpada (led), ventilador acionado por relé, e a lâmpada acionada diretamente
pelo microcontrolador, vale lembrar que no led foi necessário inserir um resistor
de 1K para limitar a corrente e um transistor para chaveamento.
Figura 8 – Quarto.
Fonte: Dos Autores.
19
4.4.2 Sala
Na sala foram projetados, um ventilador (cooler), uma lâmpada (led) e
uma televisão (Raspberry Pi), o ventilador e a televisão acionados por relé e a
lâmpada acionada diretamente pelo microcontrolador, onde foram necessários
resistor e transistor novamente, exemplificado na figura 9.
Figura 9 – Sala.
Fonte: Dos Autores.
4.4.3 Garagem
Na garagem, figura 10, foram projetados, um relógio (display), uma
lâmpada (led) e o portão (Drive de DVD), o relógio e a lâmpada acionados
diretamente pelo microcontrolador, e o drive de DVD pelos relés.
20
Figura 10 – Garagem.
Fonte: Dos Autores.
Os relés foram alimentados por meio de uma fonte de 5V/3A e o
microcontrolador por um power bank solar que recepta energia solar, converte
em energia elétrica e armazena em uma bateria, e as ligações, todas elas
foram feitas com jumpers, como mostra figura 11.
Figura 11 – Caixa de Componentes.
Fonte: Dos Autores.
21
5 RESULTADOS
O desenvolvimento do projeto envolveu a utilização de conceitos
multidisciplinares e diferentes tecnologias que foram integradas de forma
harmoniosa para obter os resultados esperados. Para validar o sistema
domótico gerado foi construído um protótipo onde foram validadas tanto, as
técnicas de controle utilizadas quanto, as funcionalidades e eficiência dos
algoritmos e programas elaborados.
Foram gerados dois sistemas de controle, um utilizado
microcontroladores e outro utilizado sistemas móveis que foram integrados
validados através de testes reais. Foi implementado vários algoritmos e
programas, incluindo também controle por comandos de voz. A conexão entre
o microcontrolador e o aplicativo gerado foi também realizada e validada
através de técnicas e algoritmos de comunicação que propiciaram eficiente
troca de informações de controle e dados. Todos equipamentos, sensores e
atuadores inseridos no protótipo também foram utilizados e testados.
Além disso, foram gerados testes das técnicas de obtenção do IP em
diversos tipos de redes para obter um projeto adaptável a diversos
equipamentos e usuários. Foi utilizado testes de funcionamento do display para
verificação em tempo real de valores de dados e resultados gerados pelo
sistema domótico construído.
Testes de comando de voz responsivo do aplicativo para treinamento do
sistema de reconhecimento de fala e conversão em texto obtiveram bons
resultados. Para complementar a funcionalidade de todo sistema foram
gerados testes adicionais que validaram temporizações e interrupções que
ocorrem tanto de forma síncrona quanto assíncronas. Testes de reconexão em
caso de falhas e demais testes de acionamento verificando a eficácia do
projeto.
Com todos esses testes devidamente realizados e analisados os
resultados obtidos foram extremamente satisfatórios, pois alcançaram os
objetivos estabelecidos.
A figura 11 mostra o protótipo finalizado.
22
Figura 11 – Protótipo concluído.
Fonte: Dos Autores.
6 CONCLUSÕES E PROPOSTAS DE CONTINUIDADE
Através de muita pesquisa bibliográfica e trabalho exaustivo o projeto foi
concluído e contribuiu de forma efetiva tanto para consolidar conhecimento
adquiridos durante o curso, quanto para complementar de forma abrangente a
formação através do estudo e domínio de conceitos e técnicas não abrangidas
pelo conteúdo programático atual. Algumas dificuldades transpostas a
satisfação da realização do mesmo, tais como, o desenvolvimento de
aplicativos para sistemas móveis utilizando Android, e geração de técnicas de
controle de utilizando comandos de voz, que não faz parte da grade curricular
do curso. Para tanto foi necessário muito estudo e dedicação para o
entendimento, desenvolvimento, domínio e aprimoramento do sistema
domótico desenvolvido.
23
Sugestões para continuidade e aprimoramento do projeto ou geração de
futuros novos projetos futuros projetos, estão relacionadas com a previsão de
saídas PWM para controles de ajuste da intensidade luminosa, controles de
velocidade de atuadores como exemplo os ventiladores e portões, controle de
irrigação de um possível jardim e um sistema de controle de reaproveitamento
da água da chuva para economia de água.
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Durante o desenvolvimento do projeto, através da execução de todas as
atividades necessárias para gerar e validar o sistema domótico de forma
gradativa e completa foi obtido êxito e muita capacitação, tornando o exaustivo
trabalho e satisfação do grupo de desenvolvedores. Os resultados do projeto
obtidos em todos os testes devidamente executados foram de relevante
importância, para consolidar as tecnologias e conhecimentos abordado na
problemática. Os objetivos e expectativas iniciais foram devidamente e
plenamente alcançados, contribuindo para o desenvolvimento da área de
domótica em nossa Instituição e na região.
REFERÊNCIAS
ANDROIDPRO – Fillipe Cordeiro. App inventor. 2017. Disponível em:
<http://www.androidpro.com.br/app-inventor/>. Acesso em: 18 set. 2017.
CODE IOT. Introdução internet das coisas. 2017. Disponível em:
<http://codeiot.org.br/courses/course-v1:LSI-
TEC+IOT1701+2017_T3/courseware/02e53d48a29747e2bb70889aaeee92a4/b
9ec145528ff496c985a45056220efd5/>. Acesso em: 31 out. 2017.
EMBARCADOS – André Curvello. Apresentando o módulo ESP8266. 2015.
Disponível em: < https://www.embarcados.com.br/modulo-esp8266/>. Acesso
em: 16 abr. 2017.
24
SISLITE - INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS. Domótica iluminação e controlo
soluções audioVisuais. Portugal. Disponível em:
<http://www.sislite.pt/domus.htm>. Acesso em: 26 set. 2016.
TECMUNDO – Alexandre Guiss. Google app inventor. 2011. Disponível em:
<https://www.tecmundo.com.br/google/11458-google-app-inventor-o-criador-de-
apps-para-android-para-quem-nao-sabe-programar.htm>. Acesso em: 20 set.
2017.
TECHTUDO – Juliana Pixinine. Como funciona Wi-Fi? Entenda a tecnologia.
2015. Disponível em:
<http://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2015/02/como-um-wi-fi-funciona-
entenda-tecnologia.html>. Acesso em: 3 out. 2017.
UFSC. Contextualização. Joinville, 2016. Disponível em:
<http://mecatronica.ufsc.br/contextualização/>. Acesso em: 26 set. 2016.
WWWHAT’S NEW – Denise Helena. Novo app inventor, para criar
aplicativos android. 2013. Disponível em: <
https://br.wwwhatsnew.com/2013/12/novo-app-inventor-para-criar-aplicativos-
android/>. Acesso em: 18 set. 2017.
ANEXOS
Figura 1 – Portas do ESP8266.
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Fonte: Datasheet ESP8266 – EX. (2015).
Figura 2 - NodeMCU ESP8266 12E.
Fonte: Kolban’s book on ESP8266. (2016).
Figura 3 – ESP-12.
Fonte: Datasheet ESP8266 – EX. (2015).
