automação residencial utilizando arduino e aplicação web

85 Pages·2014·2.54 MB·Portuguese

CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA- UniCEUB
FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS – FATECS
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO

ROBERTO AUGUSTO FREITAS CAMPOS

AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL UTILIZANDO
ARDUINO E APLICAÇÃO WEB

BRASÍLIA – DF
1° SEMESTRE DE 2014
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ROBERTO AUGUSTO FREITAS CAMPOS

AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL UTILIZANDO
ARDUINO E APLICAÇÃO WEB

Trabalho apresentado ao Centro Universitário de
Brasília (UniCEUB) como pré-requisito para a
obtenção de Certificado de Conclusão de Curso de
Engenharia de Computação.
Orientador: Prof. MSc. Luciano Henrique Duque

Brasília
Junho, 2014
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ROBERTO AUGUSTO FREITAS CAMPOS
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL UTILIZANDO ARDUINO E APLICAÇÃO WEB

Trabalho apresentado ao Centro
Universitário de Brasília
(UniCEUB) como pré-requisito
para a obtenção de Certificado de
Conclusão de Curso de Engenharia
de Computação.
Orientador: Prof. Luciano Henrique
Duque.

Este Trabalho foi julgado adequado para a obtenção do Título de Engenheiro de Computação,
e aprovado em sua forma final pela Faculdade de Tecnologia e Ciências Sociais Aplicadas -
FATECS.

___________________________
Prof. Abiezer Amarilia Fernandes
Coordenador do Curso
Banca Examinadora:
________________________
Prof. Luciano Henrique Duque
Mestre, UniCEUB

________________________
Profª. Ingrid Maria Dittert
Doutora, UniCEUB

________________________
Profª. Nathaly Sarasty Narváez
Mestra, UniCEUB
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AGRADECIMENTOS

Agradeço, acima de tudo, a Deus, que me concedeu a graça de chegar ao fim
de mais um desafio em minha vida;
Aos meus pais, José Augusto e Maria da Conceição, e às minhas irmãs,
Fernanda e Lígia, pelo amor incondicional e pelo apoio prestado em momentos tristes
e felizes, incentivando-me sempre ao crescimento pessoal e profissional;
À minha namorada e companheira de faculdade, Mayume, pelo
companheirismo e pela compreensão de sempre e aos amigos de curso pela união
prestada para alcançar o objetivo conjunto da aprovação.
Ao professor e orientador Prof. MSc. Luciano Henrique Duque, que com suas
orientações me proporcionou a realização desse trabalho.
5

" Uma Comunidade Inteligente é uma
comunidade que fez um esforço consciente para usar
a tecnologia da informação para transformar a vida e
o trabalho dentro de seu território de forma
significativa e fundamental, em vez de seguir uma
forma incremental”
California Institute for Smart Communities, 2001.
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SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO................................................................................................... 13
1.1 - Motivação ..................................................................................................................... 14
1.2 - Objetivos ....................................................................................................................... 14
1.3 - Metodologia .................................................................................................................. 15
1.4 - Resultados esperados .................................................................................................. 17
1.5 - Organização ................................................................................................................. 17

CAPÍTULO 2 REFERENCIALTEÓRICO ................................................................................. 19
2.1 - Histórico da Automação Residencial ........................................................................... 19
2.2 - Domótica ....................................................................................................................... 21
2.3 - Automação Residencial: Realidade Hoje!.................................................................... 23
2.4 - Sistemas Integrados ..................................................................................................... 23
2.5 - Dispositivos Utilizados .................................................................................................. 24
2.5.1 - A Plataforma Arduino ............................................................................................... 24
2.5.1.1 - Arduino UNO ......................................................................................................... 25
2.5.1.2 - Arduino Mega ........................................................................................................ 28
2.5.1.3 - IDE e linguagem de programação ........................................................................ 31
2.5.2 - Servidor Web ............................................................................................................ 32
2.5.2.1 - Apache................................................................................................................... 33
2.5.2.2 - Linguagem de Programação ................................................................................. 34
2.5.3 – NFC........... .............................................................................................................. 35
2.5.4 - Rádio Frequência (RF) ............................................................................................. 37
2.5.5 – Relé .......................................................................................................................... 38
2.5.6 - Umidade do Solo ...................................................................................................... 39

CAPÍTULO 3 DESENVOLVIMENTO....................................................................................... 41
3.1 - Apresentação Geral do Projeto Proposto .................................................................... 41
3.2 - Descrição das etapas do sistemas integrados com controle centralizado ................. 43
3.2.1 - Servidor Web ............................................................................................................ 43
3.2.2 - Central de Controles e Comandos ........................................................................... 44
3.2.2.1 - Interruptor Digital ................................................................................................... 45
3.2.2.2 - Controle de Iluminação por Dispositivos Móveis .................................................. 49
3.2.2.3 - Acionamento do Portão Automático ..................................................................... 51
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3.3 - Descrição das Etapas do Sistema Autônomo ............................................................. 54
3.3.1 - Sistema de Irrigação ................................................................................................ 55
3.3.2 - Sistema de Filtragem da Piscina ............................................................................. 57
3.3.3 - Sistema de Controle de Acesso ............................................................................... 60

CAPÍTULO 4 Testes e resultados ......................................................................................... 63
4.1 - Erro 1 ............................................................................................................................ 63
4.2 - Erro 2 ............................................................................................................................ 66
4.3 - Erro 3 ............................................................................................................................ 67
4.4 - Erro 4 ............................................................................................................................ 67

CAPÍTULO 5 Conclusão ......................................................................................................... 69
5.1 - Conclusão ..................................................................................................................... 69
5.2 - Sugestões para trabalhos futuros ................................................................................ 70

REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 71

APÊNDICE A – Página inicial do servidor Web .................................................................. 73

APÊNDICE B – Código do controlador central ................................................................... 77

APÊNDICE C – Código do sistema autônomo de automação .......................................... 79

APÊNDICE D – Código do leitor de NFC.............................................................................. 82

APÊNDICE E – Código do interruptor digital ...................................................................... 84
8

LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1 – ARQUITETURA CENTRALIZADA DOS EQUIPAMENTOS ........................... 22
FIGURA 2.2 – ARDUINO UNO ................................................................................................ 25
FIGURA 2.3 – ESQUEMA ELÉTRICO DO ARDUINO UNO REVISÃO 3 .............................. 27
FIGURA 2.4 – ARDUINO MEGA ............................................................................................. 28
FIGURA 2.5 – ESQUEMA ELÉTRICO DO ATMEGA 2560 .................................................... 31
FIGURA 2.6 – TRANSMISSOR E RECEPTOR RF - 433 MHZ .............................................. 38
FIGURA 2.7 – DIAGRAMA DE UM RELÉ ............................................................................... 39
FIGURA 2.8 – SENSOR DE UMIDADE DE SOLO ................................................................. 40
FIGURA 3.1 – SISTEMAS INTEGRADOS COM CONTROLE CENTRALIZADO .................. 42
FIGURA 3.2 – SISTEMAS AUTÔNOMOS............................................................................... 42
FIGURA 3.3 – CONFIGURAÇÃO DE SERVIDOR VIRTUAL ................................................. 44
FIGURA 3.4 – DISPLAY SENSÍVEL AO TOQUE ................................................................... 46
FIGURA 3.5 – TFT LCD MEGA SHIELD V2.0 ........................................................................ 47
FIGURA 3.6 – CODIFICAÇÃO DO ARDUINO MEGA (FONTE: AUTOR) .............................. 48
FIGURA 3.7 – PÁGINA WEB DEMONSTRA A LUZ ACESA E APAGADA ........................... 49
FIGURA 3.8 – HTML DA PÁGINA WEB .................................................................................. 50
FIGURA 3.9 – PARTE DO CÓDIGO DO CONTROLE DE ILUMINAÇÃO .............................. 51
FIGURA 3.10 – CENTRAL MICROPROCESSADA KX30 ...................................................... 52
FIGURA 3.11 – BOTOEIRA EXTERNA ................................................................................... 53
FIGURA 3.12 – PÁGINA WEB MOSTRANDO PORTÃO ABERTO E FECHADO ................. 53
FIGURA 3.13 – CÓDIGO PARA ACIONAMENTO DO PORTÃO ........................................... 54
FIGURA 3.14 – SISTEMA AUTÔNOMO DE AUTOMAÇÃO ................................................... 55
FIGURA 3.15 – CÓDIGO GERADO PARA LER E CONVERTER A UMIDADE DO SOLO ... 56
FIGURA 3.16 – PONTE H ........................................................................................................ 57
FIGURA 3.17 – CÓDIGO QUE CONTROLA O ACIONAMENTO DA FILTRAGEM ............... 58
FIGURA 3.18 – SHIELD RTC COM LCD ................................................................................ 59
FIGURA 3.19 – SHIELD NFC .................................................................................................. 61
FIGURA 3.20 – PARTE DO CÓDIGO REFERENTE AO ACESSO DE USUÁRIOS ............. 62
FIGURA 4.1 – LEITURAS CONSECUTIVAS DO NEXUS 4 ................................................... 64
FIGURA 4.2 – PARTE DO CÓDIGO DA BIBLIOTECA PN532_SPI ....................................... 64
FIGURA 4.3 – LEITURAS CONSECUTIVAS DO NEXUS 4 – APÓS A CORREÇÃO ........... 65
FIGURA 4.4 – ERRO DE SINCRONIZAÇÃO .......................................................................... 66
9

LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – RESUMO DO ARDUINO UNO ........................................................................... 26
TABELA 2 – RESUMO DO ARDUINO MEGA 2560 ............................................................... 28
TABELA 3 – QUOTA DE MERCADO DE TODOS OS SITES ................................................ 34
TABELA 4 – MODELO DO FILTRO X CAPACIDADE POR HORA ........................................ 58
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LISTA DE ABREVIATURAS E NOMENCLATURA

V – Volts
NFC – Near Field Communication (comunicação por aproximação de campo)
IDE - Integrated Development Environment (ambiente de desenvolvimento integrado)
cm – centímetros
mA – miliampéres
AC – corrente alternada
PCI – placa de circuito impresso
E / S – entrada e saída
GPU - Graphics Processing Unit (unidade de processamento gráfico)
RAM - Random Access Memory (memória de acesso aleatório)
MB – megabite
LCD – Liquid Crystal Display (tela de cristal líquido)
HTML – HyperText Markup Language (linguagem de marcação de hipertexto)
PHP – Php Hypertext Preprocessor (preprocessador de hipertexto Php)
Web – rede de alcance mundial
RTC – Real Time Clock (relógio de tempo real)