Internet das Coisas (IoT): utilização do Arduino para automação residencial

Resumo

Desde o início a tecnologia tem como foco trazer praticidade, comodidade, segurança e economia. Pensando nisso, a ideia de automatizar uma residência busca o mesmo objetivo. A automação residencial vem ganhando espaço no mercado nos últimos tempos, não pela modernidade e status, mas sim pela questão da segurança e praticidade proporcionada às pessoas, principalmente as deficientes, que não podem se locomover o tempo todo para executar tarefas simples, como abrir uma janela, porta ou acender uma luz.

O projeto apresenta um protótipo de automação residencial de baixo custo, com uso de um hardware denominado Arduino. O software estudado trabalha juntamente com um controlador Arduino. O sistema também pode ser controlado através da internet, por dispositivos móveis, de qualquer lugar, até mesmo longe de casa.

Palavras-Chave: Automação. Residência. Arduino.

Introdução

No ano de 2018 Internet das Coisas (IoT) se tornará a espinha dorsal das coisas conectadas à internet. Para que tudo isso se torne realidade, é preciso investir principalmente em infraestrutura, pois, a IoT dependerá cada vez, de plataformas e dispositivos se conectando entre si.

Essa nova tendência, surge com a Automação Residencial (AR) por microcontroladores e gerenciados por um servidor web. Ela apresenta inúmeras vantagens se comparados a outros sistemas do mercado, além de ser de baixo custo o material, é também baixo o custo operacional se comparados a sistemas isolados, sistemas eletrônicos e eletromecânicos sendo de baixa eficiência e alto custo.

O principal objetivo do tema, é tentar compreender o funcionamento do sistema de automação residencial, utilizando e integrando diversos sensores e equipamentos de controle automatizados de baixo custo. O sistema estudado tem as seguintes característica: fazer conexão da iluminação da residência, na qual o usuário tem o total controle a distância e a dimerização do ambiente, como também o controle da temperatura ambiente. Atentando ao requisito usabilidade, o sistema de iluminação é controlado por um aplicativo de fácil interatividade facilitando a interconexão com o usuário.  

Internet das coisas (IOT)

O nome de Internet das Coisas (Internet of Things – IoT), é um paradigma que tem por objetivo criar uma ponte entre acontecimentos do mundo real e suas representações no mundo digital, por meio da conexão de objetos físicos à Internet como mostra a figura 1.

O propósito da Internet das Coisas (IoT) consiste em ligar tudo (todas as “coisas”, móveis, utensílios domésticos, roupas...) a Internet e formar uma rede em que cada objeto se comunique com outros objetos e gere informações para serem usada de diversas formas, isso tudo utilizando os protocolos já existentes na Internet.

Conceitos

A ideia básica desse conceito é a presença generalizada à nossa volta de uma variedade de coisas ou objetos – como tags de identificação por radiofrequência (RFID), sensores, atuadores, telefones celulares, etc. – que, por meio de esquemas de endereçamento exclusivos, são capazes para interagir uns com os outros e cooperar com outros objetos para alcançar objetivos comuns (ATZORI et al, 2011).

Na IoT é esperado que as ‘coisas’ se tornem participantes ativas dos negócios e dos processos informacionais e sociais nos quais eles são capazes de interagir e comunicar-se entre eles e com o ambiente com a da troca de dados e informação percebida sobre o ambiente. (CERP IoT, 2009).

Placa Arduino e Microcontroladores

O conceito Arduino surgiu na Itália no ano de 2005, com o objetivo de criar um dispositivo para controlar projetos e protótipos construídos de uma forma mais acessível do que outros sistemas disponíveis no mercado (SILA, 2014). Arduino é um dispositivo que possui um microcontrolador com plug USB pelo qual é possível conectar a um computador e realizar a programação deste. Possui uma série de portas analógicas e digitais de conexão que podem ser ligadas até mesmo em produtos eletrônicos externos, tais como motores, sensores de luz, diodos de laser, alto-falantes, microfones, como mostra a figura 2 abaixo. (GIBB, 2010).

Histórico

O microcontrolador Arduino foi orginalmente criado como uma plataforma educacional com intuito de interagir para um projeto de classe no instituto Ivrea Interação e Design, de forma a ter um orçamento menor que outros sistemas de prototipagem disponíveis na época. O Arduino foi criado em 2005 na cidade de Ivrea, Itália por um grupo de 4 pesquisadores: Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe e David Mellis. A equipe Arduino queria simplificar ainda mais a plataforma de fiação e, assim, o microcontrolador Arduino foi desenvolvido. Há quatro razões coesas que diferenciam a placa Arduino de outras existentes:

1. É barato

2. É englobado com ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) 

3. É programável via USB.

4. É apoiado pela comunidade.

Os pontos acima foram decisões tomadas quando a plataforma Arduino estava sendo conceituada e projetada. (GIBB, 2010).

Internet das coisas e a utilização de Arduino na automação residencial

Um dos projetos mais cobiçados pelos amantes da tecnologia é a automação residencial com Arduino, onde, por meio de aplicativos, comandar a casa como um todo, permitindo abrir e fechar cortinas e janelas motorizadas, ligar e desligar televisores em horários pré-definidos, comandar ventiladores, e tudo mais, isso diretamente do celular, tablet ou computador.

Grandes coisas em automação podem ser feitas adicionando ao Arduino um Ethernet Shield, permitindo transformar o pequeno microcontrolador em um dispositivo conectado à internet, capaz de mudar o estado de luzes, TVs, praticamente qualquer coisa que pode pensar, ligado e desligado, utilizando uma interface baseada em browser ou um temporizador.

Uso e aplicação

O projeto estudado consiste na implementação de várias funcionalidades, dentre elas podemos destacar duas funcionalidades básicas do projeto: Monitoramento de temperatura e Sistema de iluminação. A figura 3 abaixo, apresenta um quadro geral do esquema em funcionamento. Aplicação do projeto consiste em ligar ou desligar as lâmpadas através de um sistema programável, na qual o usuário pode controlar todo ambiente da casa por um simples aplicativo mobile, como também disposto de um sistema de iluminação dimerizável, onde através deste, pode controlar a intensidade luminosa de determinada lâmpada, visto que, agrega um valor final na economia de energia. Quanto ao sistema de monitoramento de temperatura, é utilizado um sensor LM35, na qual este sensor permite o monitoramento de determinado ambiente da casa, podendo ser acionado se integrado por exemplo a um ar condicionado ou ventilador, supondo que, em um determinado dia em que está calor, o usuário determina no próprio aplicativo, quando atingir determinada temperatura, o mesmo acionaria automaticamente, reduzindo assim, mais uma vez o consumo de energia.

Conclusão

No cenário atual do controle de residências através de sistemas embarcados, utilizando microcontroladores como central de automação, foi observado que, o Arduino Uno apresentou-se uma ferramenta de fácil implementação, além de possuir uma relação de custo-benefício para o controle de determinados processos em residências conforme comentados na introdução. Outro ponto que se mostrou favorável, é que, o projeto estudado possui uma ótima relação de custo-benefício, se comparado aos sistemas atuais de automação residencial no mercado. 

Vale ressaltar, no que se refere ao objetivo central do tema que era tentar compreender o funcionamento da automação residencial e seus sensores, foi atendido com sucesso, visto que, neste trabalho proposto, foi apresentado um estudo no desenvolvimento de um sistema de automação residencial utilizando a plataforma de prototipagem eletrônica Arduino. Buscando aliar um baixo custo de investimento ao projeto, como também apresentar de qual forma pode ser integrado aos conceitos de ioT.

Referências

ATZORI, Luigi. The internet of things: A survey, 2010. Disponível em:   Acesso em: 16 de abr. 2018.

CERP Iot. Internet of things European research cluster, 2009. Disponível em: http://www.internet-of-things-rrsearch.eu/pdf/IoT_Cluster_Strategic_Research_Agenda.pdf>. Acesso em: 17 de abr. 2018.

M.GIBB, Alicia. New Media Art, design, and the Arduino Microcontroller: A malleable tool. Disponível em: http://www.aliciagibb.com/wp-content/uploads/2013/01/New-Media-Art-Design-and-the-Arduino-Mocrocontroller-2.pdf> Acesso em: 2 maio. 2018.
Silva, J. L. S.; Melo, M. C.; Camilo, R. S.; Galindo, A. L; e Viana, E. C. 2014. Plataforma Arduino integrado ao PLX-DAQ: Análise e aprimoramento de sensores com ênfase no LM35. XIV Escola Regional de Computação Bahia, Alagoas e Sergipe (ERBASE). Feira de Santana, BA. 2014.

Caio Akira Alves Sonomura

Faculdade Paraíso do Ceará (FAPCE)

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Análise de Desenvolvimento de Sistemas